機械工程師機械設(shè)計面試題庫:2025年實戰(zhàn)案例分析及答案一、選擇題1.在機械設(shè)計中，為了提高零件的疲勞強度，下列哪種方法是不可取的（）A.減小應(yīng)力集中B.提高表面質(zhì)量C.增加零件的尺寸D.采用表面強化處理答案：C解析：增加零件的尺寸不一定能提高零件的疲勞強度，因為尺寸增大可能會帶來一些不利因素，如內(nèi)部缺陷增多等。而減小應(yīng)力集中、提高表面質(zhì)量和采用表面強化處理都可以有效地提高零件的疲勞強度。2.普通平鍵連接傳遞動力是靠（）A.兩側(cè)面的摩擦力B.兩側(cè)面的擠壓力C.上表面的擠壓力D.上表面的摩擦力答案：B解析：普通平鍵連接工作時，是通過鍵的兩側(cè)面與軸和輪轂鍵槽的側(cè)面相互擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩的，而不是靠摩擦力。3.帶傳動工作時，帶的應(yīng)力中，（）最大。A.拉應(yīng)力B.離心應(yīng)力C.彎曲應(yīng)力D.扭轉(zhuǎn)應(yīng)力答案：C解析：帶在繞過帶輪時會產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，一般情況下，彎曲應(yīng)力在帶的應(yīng)力中是最大的。拉應(yīng)力和離心應(yīng)力也存在，但通常彎曲應(yīng)力更為關(guān)鍵。扭轉(zhuǎn)應(yīng)力在普通帶傳動中一般不是主要應(yīng)力。4.在齒輪傳動設(shè)計中，軟齒面齒輪的齒面硬度范圍是（）A.≤350HBSB.＞350HBSC.≤450HBSD.＞450HBS答案：A解析：軟齒面齒輪的齒面硬度一般小于等于350HBS，硬齒面齒輪的齒面硬度大于350HBS。5.滾動軸承的基本額定壽命是指（）A.一批同型號的軸承在相同條件下運轉(zhuǎn)，其中90%的軸承所能達到的壽命B.一個軸承在正常工作條件下所能達到的壽命C.一批同型號的軸承在相同條件下運轉(zhuǎn)，其中10%的軸承所能達到的壽命D.一個軸承在規(guī)定的載荷作用下所能達到的壽命答案：A解析：滾動軸承的基本額定壽命是指一批同型號的軸承在相同條件下運轉(zhuǎn)，其中90%的軸承所能達到的壽命。6.在設(shè)計軸時，采用軸肩或軸環(huán)的目的是（）A.便于軸的加工B.便于安裝軸上零件C.提高軸的強度D.實現(xiàn)軸上零件的軸向定位答案：D解析：軸肩或軸環(huán)的主要作用是實現(xiàn)軸上零件的軸向定位，防止零件在軸上發(fā)生軸向移動。7.下列哪種螺紋主要用于連接（）A.三角形螺紋B.矩形螺紋C.梯形螺紋D.鋸齒形螺紋答案：A解析：三角形螺紋的牙型角大，自鎖性能好，主要用于連接。矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋主要用于傳動。8.聯(lián)軸器和離合器的主要作用是（）A.緩沖、減振B.傳遞運動和轉(zhuǎn)矩C.防止機器發(fā)生過載D.補償兩軸的相對位移答案：B解析：聯(lián)軸器和離合器的主要作用是傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。緩沖、減振一般是通過彈性聯(lián)軸器等實現(xiàn)；防止機器過載可通過安全聯(lián)軸器等；補償兩軸的相對位移也是聯(lián)軸器的一個功能，但不是主要作用。9.在機械設(shè)計中，當零件的主要失效形式為疲勞破壞時，應(yīng)按（）進行設(shè)計。A.強度準則B.剛度準則C.耐磨性準則D.振動穩(wěn)定性準則答案：A解析：當零件的主要失效形式為疲勞破壞時，應(yīng)按強度準則進行設(shè)計，以保證零件在交變載荷作用下有足夠的疲勞強度。10.對于高速重載的齒輪傳動，為了提高齒面接觸強度，可采用（）的方法。A.增大模數(shù)B.增大齒寬系數(shù)C.提高齒面硬度D.減小齒形系數(shù)答案：C解析：提高齒面硬度可以有效地提高齒面接觸強度。增大模數(shù)主要影響齒根彎曲強度；增大齒寬系數(shù)會增加載荷分布不均的影響；減小齒形系數(shù)對齒面接觸強度影響不大。二、填空題1.機械設(shè)計的一般程序包括計劃階段、方案設(shè)計階段、______階段和改進設(shè)計階段。答案：技術(shù)設(shè)計2.帶傳動的主要失效形式是打滑和______。答案：疲勞破壞3.齒輪傳動的主要失效形式有齒面磨損、齒面膠合、齒面疲勞點蝕和______。答案：輪齒折斷4.滾動軸承按承受載荷的方向可分為______、推力軸承和向心推力軸承。答案：向心軸承5.軸按所受載荷的不同可分為心軸、______和轉(zhuǎn)軸。答案：傳動軸6.螺紋連接的防松方法按工作原理可分為摩擦防松、______和破壞螺紋副關(guān)系防松。答案：機械防松7.聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器和______聯(lián)軸器兩大類。答案：撓性8.機械零件的強度分為______強度和疲勞強度。答案：靜9.為了保證帶傳動的正常工作，帶速一般應(yīng)在______m/s范圍內(nèi)。答案：5-2510.齒輪的模數(shù)越大，輪齒的尺寸越______，承載能力越______。答案：大；高三、判斷題1.機械設(shè)計中，只要滿足了強度要求，零件就一定能正常工作。（）答案：×解析：機械零件正常工作不僅要滿足強度要求，還可能需要滿足剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性等其他要求。2.帶傳動在工作時，只要包角不小于120°，就不會發(fā)生打滑現(xiàn)象。（）答案：×解析：包角不小于120°只是有利于防止打滑，但當傳遞的載荷超過帶的承載能力時，仍然可能發(fā)生打滑現(xiàn)象。3.齒輪傳動中，齒面接觸強度主要取決于齒輪的模數(shù)。（）答案：×解析：齒輪的齒面接觸強度主要取決于齒輪的分度圓直徑，而不是模數(shù)。模數(shù)主要影響齒根彎曲強度。4.滾動軸承的基本額定動載荷越大，其承載能力越強。（）答案：√解析：基本額定動載荷是衡量滾動軸承承載能力的一個重要指標，基本額定動載荷越大，軸承的承載能力越強。5.軸的強度計算中，對于只承受轉(zhuǎn)矩的軸，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強度條件進行計算。（）答案：√解析：只承受轉(zhuǎn)矩的軸，按扭轉(zhuǎn)強度條件進行計算是合理的。6.螺紋連接的預(yù)緊力越大越好。（）答案：×解析：螺紋連接的預(yù)緊力過大可能會導(dǎo)致螺栓過載斷裂等問題，應(yīng)根據(jù)具體情況合理確定預(yù)緊力。7.聯(lián)軸器和離合器的區(qū)別在于，聯(lián)軸器在機器運轉(zhuǎn)過程中不能分離兩軸，而離合器可以。（）答案：√解析：這是聯(lián)軸器和離合器的主要區(qū)別之一。8.機械零件的表面粗糙度越小，其疲勞強度越高。（）答案：√解析：減小表面粗糙度可以降低應(yīng)力集中，從而提高零件的疲勞強度。9.對于開式齒輪傳動，主要的失效形式是齒面磨損和輪齒折斷。（）答案：√解析：開式齒輪傳動由于潤滑條件差，容易發(fā)生齒面磨損，同時在過載等情況下也可能發(fā)生輪齒折斷。10.設(shè)計軸時，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。（）答案：√解析：應(yīng)力集中會降低軸的疲勞強度，所以設(shè)計軸時應(yīng)盡量避免出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。四、簡答題1.簡述機械設(shè)計的基本原則。(1).滿足使用要求：所設(shè)計的機械產(chǎn)品應(yīng)能滿足預(yù)定的功能和使用要求。(2).可靠性原則：保證機械在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的功能。(3).經(jīng)濟性原則：在設(shè)計過程中要考慮降低成本，提高經(jīng)濟效益，包括制造成本、使用成本等。(4).安全性原則：確保機械在使用過程中的安全性，避免對操作人員和周圍環(huán)境造成危害。(5).工藝性原則：設(shè)計的機械零件應(yīng)具有良好的工藝性，便于加工、裝配和維修。(6).創(chuàng)新性原則：在滿足基本要求的基礎(chǔ)上，盡量采用新原理、新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝，提高產(chǎn)品的競爭力。2.帶傳動為什么要張緊？常用的張緊方法有哪些？帶傳動張緊的原因：帶在傳動過程中會因為長期受拉力作用而產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致帶的長度增加，使帶的張緊力減小，從而可能出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，影響帶傳動的正常工作。所以需要對帶進行張緊，以保證帶傳動有足夠的工作能力。常用的張緊方法：(1).定期張緊裝置：包括滑道式定期張緊裝置和擺架式定期張緊裝置?；朗绞峭ㄟ^調(diào)整帶輪在滑道上的位置來改變中心距實現(xiàn)張緊；擺架式是通過帶輪安裝在可擺動的擺架上，利用重力或彈簧力使帶張緊。(2).自動張緊裝置：將裝有帶輪的電動機安裝在浮動的擺架上，利用電動機的自重，使帶輪隨同電動機繞固定軸擺動，以自動保持張緊力。(3).采用張緊輪的張緊裝置：當中心距不能調(diào)節(jié)時，可采用張緊輪將帶張緊。張緊輪一般應(yīng)放在松邊的內(nèi)側(cè)，使帶只受單向彎曲，同時張緊輪還應(yīng)盡量靠近大帶輪，以減小對包角的影響。3.簡述齒輪傳動的優(yōu)缺點。優(yōu)點：(1).傳動效率高：一般圓柱齒輪傳動的效率可達97%-99%，在機械傳動中效率較高。(2).傳動比準確：能保證恒定的傳動比，這對于要求精確傳動比的機械非常重要。(3).結(jié)構(gòu)緊湊：在相同的功率和傳動比條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸相對較小。(4).工作可靠、壽命長：設(shè)計和制造合理、使用維護良好的齒輪傳動，可使用較長時間而不需要頻繁更換零件。(5).適用范圍廣：傳遞功率的范圍大，從幾瓦到數(shù)萬千瓦；圓周速度也可以從很低到很高。缺點：(1).制造和安裝精度要求高：需要專門的設(shè)備和工藝來保證齒輪的制造精度，安裝時也需要較高的精度，否則會影響傳動的平穩(wěn)性和噪聲水平。(2).成本較高：由于制造和安裝要求高，所以齒輪傳動的成本相對較高。(3).不適用于遠距離傳動：當兩軸中心距較大時，采用齒輪傳動會使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，成本增加。(4).低精度齒輪傳動時噪聲和振動較大：特別是在高速運轉(zhuǎn)時，噪聲和振動問題更為突出。4.滾動軸承的選擇應(yīng)考慮哪些因素？(1).載荷的大小、方向和性質(zhì)：根據(jù)載荷的大小選擇合適的軸承尺寸；根據(jù)載荷方向選擇向心軸承、推力軸承或向心推力軸承；如果載荷有沖擊或振動，應(yīng)選擇具有較高承載能力和抗沖擊性能的軸承。(2).轉(zhuǎn)速：高速運轉(zhuǎn)時，應(yīng)選擇極限轉(zhuǎn)速高、旋轉(zhuǎn)精度好的軸承，同時要考慮軸承的潤滑和散熱問題。(3).調(diào)心性能：當軸的彎曲變形較大或兩軸承座孔的同軸度較差時，應(yīng)選擇具有調(diào)心性能的軸承。(4).安裝和拆卸要求：對于需要經(jīng)常安裝和拆卸的場合，應(yīng)選擇便于安裝和拆卸的軸承，如圓錐滾子軸承等。(5).經(jīng)濟性：在滿足使用要求的前提下，盡量選擇成本較低的軸承。5.簡述軸的設(shè)計步驟。(1).確定軸的用途和工作條件：了解軸所傳遞的功率、轉(zhuǎn)速、載荷的大小和方向等工作條件。(2).初步確定軸的材料：根據(jù)軸的工作要求和使用場合，選擇合適的軸材料，如碳鋼、合金鋼等。(3).按扭轉(zhuǎn)強度初步估算軸的直徑：根據(jù)軸所傳遞的功率和轉(zhuǎn)速，利用扭轉(zhuǎn)強度條件初步估算軸的最小直徑。(4).進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：確定軸的各段直徑和長度，考慮軸上零件的安裝、定位和固定方式，設(shè)計軸肩、軸環(huán)、鍵槽等結(jié)構(gòu)。(5).進行軸的強度計算：對于只承受轉(zhuǎn)矩的軸，按扭轉(zhuǎn)強度計算；對于既承受轉(zhuǎn)矩又承受彎矩的軸，按彎扭合成強度計算，必要時還需進行疲勞強度的精確計算。(6).進行軸的剛度計算：對于對剛度要求較高的軸，需要進行剛度計算，以保證軸在工作時的變形量在允許范圍內(nèi)。(7).考慮軸的其他設(shè)計要求：如軸的表面粗糙度、熱處理要求等，以提高軸的性能和使用壽命。(8).繪制軸的零件圖：標注軸的尺寸、公差、表面粗糙度等技術(shù)要求。五、案例分析題1.某工廠有一臺帶式輸送機，采用普通V帶傳動。在使用過程中，發(fā)現(xiàn)帶經(jīng)常出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，而且?guī)У哪p比較嚴重。請分析可能的原因，并提出相應(yīng)的解決措施?？赡艿脑颍?1).初拉力不足：帶傳動的初拉力過小，導(dǎo)致帶與帶輪之間的摩擦力不夠，容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。同時，由于帶與帶輪之間的相對滑動增加，會加劇帶的磨損。(2).帶輪包角過?。喊沁^小會使帶與帶輪之間的接觸面積減小，摩擦力降低，從而容易打滑。而且包角過小會使帶在帶輪上的彎曲程度增大，加速帶的疲勞磨損。(3).帶的型號選擇不當：如果帶的型號過小，其承載能力不足，在傳遞一定功率時容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，并且會因為過載而加速磨損。(4).帶輪表面狀況不佳：帶輪表面有油污、磨損等情況，會降低帶與帶輪之間的摩擦力，導(dǎo)致打滑和磨損加劇。(5).工作環(huán)境溫度過高：溫度過高會使帶的彈性模量降低，導(dǎo)致帶的張緊力減小，同時也會加速帶的老化和磨損。(6).負載過大：輸送機的負載超過了帶傳動的設(shè)計承載能力，會使帶承受過大的拉力，容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。解決措施：(1).調(diào)整初拉力：可以通過調(diào)整中心距或使用張緊裝置來增加帶的初拉力，使帶與帶輪之間有足夠的摩擦力。(2).增大包角：可以通過調(diào)整中心距或使用張緊輪等方法來增大帶輪的包角，提高帶傳動的工作能力。(3).重新選擇帶的型號：根據(jù)輸送機的功率、轉(zhuǎn)速等工作條件，選擇合適型號的帶，確保其承載能力滿足要求。(4).改善帶輪表面狀況：清潔帶輪表面的油污，修復(fù)磨損的帶輪表面，提高帶與帶輪之間的摩擦力。(5).改善工作環(huán)境：采取降溫措施，如增加通風(fēng)設(shè)備等，降低工作環(huán)境溫度，延長帶的使用壽命。(6).檢查負載情況：檢查輸送機的負載是否正常，如有必要，對負載進行調(diào)整或改進輸送機的工作方式，避免過載運行。2.某機械傳動系統(tǒng)中，一對圓柱齒輪傳動在運行一段時間后，發(fā)現(xiàn)齒面出現(xiàn)了嚴重的膠合現(xiàn)象。請分析膠合產(chǎn)生的原因，并提出防止膠合的措施。膠合產(chǎn)生的原因：(1).齒面溫度過高：在高速重載的情況下，齒面間的摩擦力做功產(chǎn)生大量的熱量，使齒面溫度急劇升高，導(dǎo)致潤滑油膜破裂，齒面金屬直接接觸并發(fā)生粘連，形成膠合。(2).潤滑不良：潤滑油的粘度不夠、油量不足或潤滑油變質(zhì)等，都無法在齒面間形成良好的潤滑膜，容易導(dǎo)致齒面膠合。(3).齒面硬度不匹配：如果小齒輪和大齒輪的齒面硬度相差過大，在嚙合過程中，較軟的齒面容易被較硬的齒面刮傷，進而引發(fā)膠合。(4).載荷過大：過大的載荷會使齒面間的接觸應(yīng)力增大，加劇齒面的磨損和發(fā)熱，增加膠合的可能性。(5).齒面粗糙度大：齒面粗糙度大，會使齒面間的實際接觸面積減小，接觸應(yīng)力增大，同時也不利于潤滑油膜的形成，容易導(dǎo)致膠合。防止膠合的措施：(1).合理設(shè)計齒輪參數(shù)：選擇合適的模數(shù)、齒數(shù)和齒寬等參數(shù)，降低齒面接觸應(yīng)力，避免過載。(2).提高齒面硬度：采用合適的熱處理工藝提高齒面硬度，并且使小齒輪和大齒輪的齒面硬度有適當?shù)钠ヅ洹?3).改善潤滑條件：選擇合適粘度的潤滑油，保證充足的油量，并定期更換潤滑油。對于高速重載的齒輪傳動，可以采用噴油潤滑等方式。(4).降低齒面粗糙度：通過精細加工和磨削等工藝，降低齒面粗糙度，提高齒面的光潔度，有利于潤滑油膜的形成。(5).控制工作溫度：采取散熱措施，如在箱體上設(shè)置散熱片、安裝冷卻裝置等，降低齒輪傳動的工作溫度。3.某設(shè)備中的一根軸在運行過程中發(fā)生了疲勞斷裂。經(jīng)檢查，軸的材料和熱處理工藝符合設(shè)計要求，軸的尺寸也滿足強度計算的要求。請分析可能導(dǎo)致軸疲勞斷裂的原因，并提出相應(yīng)的改進措施。可能導(dǎo)致軸疲勞斷裂的原因：(1).應(yīng)力集中：軸上存在鍵槽、軸肩、圓角等結(jié)構(gòu)，這些部位容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。如果應(yīng)力集中系數(shù)過大，會使局部應(yīng)力遠高于名義應(yīng)力，從而降低軸的疲勞強度，導(dǎo)致疲勞斷裂。(2).表面質(zhì)量不佳：軸的表面粗糙度大、存在劃痕或裂紋等缺陷，會使軸表面的應(yīng)力集中加劇，降低軸的疲勞壽命。(3).載荷波動：設(shè)備在運行過程中，軸所承受的載荷可能存在波動，如沖擊載荷、振動等。這些交變載荷會使軸產(chǎn)生疲勞損傷，最終導(dǎo)致斷裂。(4).腐蝕環(huán)境：如果軸工作在腐蝕環(huán)境中，如潮濕、有化學(xué)介質(zhì)等，會使軸表面發(fā)生腐蝕，形成腐蝕坑，從而降低軸的疲勞強度。(5).裝配不當：軸在裝配過程中，如果安裝精度不夠，如兩軸不同軸度超差、軸承安裝不當?shù)龋瑫馆S承受額外的彎曲或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，加速軸的疲勞破壞。改進措施：(1).優(yōu)化軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：盡量減少軸上的應(yīng)力集中源，如采用較大的圓角半徑、合理設(shè)計鍵槽等。對于重要的軸，可以采用卸載槽等措施來降低應(yīng)力集中。(2).提高表面質(zhì)量：采用精細加工工藝，降低軸的表面粗糙度，避免表面出現(xiàn)劃痕和裂紋等缺陷。也可以對軸表面進行強化處理，如噴丸、滾壓等，提高軸的表面疲勞強度。(3).改善載荷條件：對設(shè)備進行減振、緩沖等處理，減少沖擊載荷和振動對軸的影響?？梢栽趥鲃酉到y(tǒng)中設(shè)置緩沖裝置，如彈性聯(lián)軸器等。(4).防護腐蝕：根據(jù)軸的工作環(huán)境，采取相應(yīng)的防腐措施，如涂覆防腐涂層、進行表面處理（如鍍鋅、鍍鉻等），或者選擇耐腐蝕的材料。(5).保證裝配質(zhì)量：在裝配過程中，嚴格控制安裝精度，確保兩軸的同軸度符合要求，正確安裝軸承等零部件。可以采用高精度的測量工具和裝配工藝，提高裝配質(zhì)量。4.某機械裝置中使用了一對圓錐滾子軸承，在運行一段時間后，發(fā)現(xiàn)軸承的溫度過高，并且有異常噪聲。請分析可能的原因，并提出解決辦法。可能的原因：(1).潤滑不良：潤滑油不足、潤滑油變質(zhì)或潤滑油的粘度不適合等，都會導(dǎo)致軸承在運轉(zhuǎn)過程中摩擦力增大，產(chǎn)生過多的熱量，同時也會加劇軸承的磨損，產(chǎn)生異常噪聲。(2).安裝不當：軸承的安裝精度不夠，如軸承的軸向游隙調(diào)整不當、軸承與軸或軸承座的配合過緊或過松等，會使軸承承受不均勻的載荷，導(dǎo)致溫度升高和噪聲增大。(3).載荷過大：機械裝置的實際載荷超過了軸承的額定承載能力，會使軸承內(nèi)部的接觸應(yīng)力增大，產(chǎn)生過多的熱量，同時也容易導(dǎo)致軸承的過早損壞和異常噪聲。(4).軸承本身質(zhì)量問題：軸承的制造精度不高、材料有缺陷等，會影響軸承的正常運轉(zhuǎn)，導(dǎo)致溫度過高和噪聲異常。(5).密封不良：密封裝置失效，會使灰塵、水分等雜質(zhì)進入軸承內(nèi)部，破壞潤滑油膜，加劇軸承的磨損，從而導(dǎo)致溫度升高和噪聲增大。(6).散熱不良：軸承座的散熱條件不好，如散熱面積過小、通風(fēng)不暢等，會使軸承產(chǎn)生的熱量無法及時散發(fā)出去，導(dǎo)致溫度升高。解決辦法：(1).檢查和更換潤滑油：確保潤滑油的油量充足、質(zhì)量良好，并且選擇合適粘度的潤滑油。定期更換潤滑油，保持潤滑油的清潔。(2).重新安裝軸承：嚴格按照安裝要求進行安裝，調(diào)整好軸承的軸向游隙，保證軸承與軸和軸承座的配合精度?？梢允褂脤I(yè)的安裝工具和測量設(shè)備，確保安裝質(zhì)量。(3).評估和調(diào)整載荷：檢查機械裝置的工作載荷，看是否超過了軸承的額定承載能力。如果需要，可以通過調(diào)整設(shè)備的工作參數(shù)、更換更大承載能力的軸承等方式來解決。(4).更換軸承：如果確定是軸承本身的質(zhì)量問題，應(yīng)及時更換合格的軸承。在選擇軸承時，要選擇質(zhì)量可靠、信譽好的供應(yīng)商。(5).改善密封：檢查密封裝置的狀態(tài)，如有損壞應(yīng)及時更換。選擇合適的密封形式和密封材料，確保密封效果良好，防止雜質(zhì)進入軸承內(nèi)部。(6).改進散熱條件：增加軸承座的散熱面積，如設(shè)置散熱片；改善通風(fēng)條件，如安裝風(fēng)扇等，使軸承產(chǎn)生的熱量能夠及時散發(fā)出去。5.某企業(yè)設(shè)