機(jī)械工程師考試的試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某軸類零件材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理后硬度220-250HBS，其工作時(shí)承受對(duì)稱循環(huán)彎曲應(yīng)力，若需提高該軸的疲勞強(qiáng)度，最有效的措施是（）A.增加軸的直徑B.表面高頻淬火C.減小軸肩處的圓角半徑D.降低表面粗糙度值2.標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)中，若中心距保持不變，增大模數(shù)m同時(shí)減少齒數(shù)z，則（）A.齒面接觸強(qiáng)度提高，彎曲強(qiáng)度降低B.齒面接觸強(qiáng)度降低，彎曲強(qiáng)度提高C.接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均提高D.接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均降低3.滾動(dòng)軸承6208的內(nèi)徑尺寸為（）A.8mmB.40mmC.20mmD.80mm4.下列螺紋連接中，適用于經(jīng)常裝拆場(chǎng)合的是（）A.螺栓連接B.雙頭螺柱連接C.螺釘連接D.緊定螺釘連接5.某機(jī)械系統(tǒng)中，主動(dòng)件轉(zhuǎn)速為1500r/min，要求從動(dòng)件轉(zhuǎn)速為500r/min，且傳動(dòng)比需精確恒定，應(yīng)選用（）A.帶傳動(dòng)B.鏈傳動(dòng)C.齒輪傳動(dòng)D.蝸桿傳動(dòng)6.切削加工中，影響已加工表面粗糙度的主要因素是（）A.切削速度B.進(jìn)給量C.背吃刀量D.刀具材料7.對(duì)于承受軸向載荷為主的角接觸球軸承，為提高其承載能力，應(yīng)選擇（）A.接觸角α較小的型號(hào)B.接觸角α較大的型號(hào)C.徑向游隙較大的型號(hào)D.公差等級(jí)較低的型號(hào)8.設(shè)計(jì)鍵連接時(shí)，鍵的截面尺寸（b×h）通常根據(jù)（）選取A.軸的直徑B.輪轂的長(zhǎng)度C.傳遞的扭矩D.鍵的材料9.下列材料中，適合制造汽輪機(jī)葉片的是（）A.Q235B.40CrC.2Cr13D.ZG270-50010.加工中心與普通數(shù)控機(jī)床的主要區(qū)別是（）A.具有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置B.加工精度更高C.可加工復(fù)雜曲面D.控制系統(tǒng)更先進(jìn)二、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述機(jī)械零件發(fā)生疲勞破壞的主要原因及提高疲勞強(qiáng)度的措施。2.說(shuō)明滾動(dòng)軸承基本額定壽命與基本額定動(dòng)載荷的定義，并寫(xiě)出二者關(guān)系公式。3.比較齒輪傳動(dòng)中硬齒面與軟齒面的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)時(shí)的主要區(qū)別。4.解釋加工工藝過(guò)程中“基準(zhǔn)先行”原則的含義，并舉例說(shuō)明其應(yīng)用。5.分析帶傳動(dòng)中彈性滑動(dòng)與打滑的區(qū)別及各自產(chǎn)生的原因。三、計(jì)算題（共30分）1.（10分）某轉(zhuǎn)軸受徑向載荷F=5000N，軸向載荷Fa=1500N，軸的轉(zhuǎn)速n=1450r/min，材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，σb=750MPa，σ-1=350MPa，τ-1=200MPa，許用安全系數(shù)[S]=1.5。軸的危險(xiǎn)截面處直徑d=40mm，彎矩M=1200N·m，扭矩T=800N·m，有效應(yīng)力集中系數(shù)Kσ=1.8，Kτ=1.5，尺寸系數(shù)εσ=0.85，ετ=0.8，表面質(zhì)量系數(shù)βσ=βτ=0.9。試校核該截面的強(qiáng)度（只校核彎扭組合強(qiáng)度）。2.（20分）設(shè)計(jì)一對(duì)閉式軟齒面直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，已知傳遞功率P=10kW，小齒輪轉(zhuǎn)速n1=960r/min，傳動(dòng)比i=3.5，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，工作壽命Lh=10000h。試完成以下計(jì)算：（1）確定齒輪材料及熱處理方式；（2）計(jì)算小齒輪分度圓直徑d1（取載荷系數(shù)K=1.2，齒寬系數(shù)φd=0.8，接觸疲勞許用應(yīng)力[σH1]=600MPa，[σH2]=550MPa，彈性系數(shù)ZE=189.8MPa1/2，節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH=2.5）；（3）計(jì)算模數(shù)m和齒數(shù)z1、z2（z1取24）；（4）計(jì)算齒寬b。四、綜合分析題（20分）某帶式輸送機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)如圖所示（注：實(shí)際考試中需附示意圖，此處描述關(guān)鍵結(jié)構(gòu)）：電動(dòng)機(jī)→V帶傳動(dòng)→圓柱齒輪減速器→鏈傳動(dòng)→輸送帶。已知電動(dòng)機(jī)功率P=7.5kW，轉(zhuǎn)速n=1440r/min，輸送帶所需轉(zhuǎn)速n輸送帶=60r/min，工作環(huán)境多塵，有輕微沖擊。（1）分析該傳動(dòng)系統(tǒng)中各傳動(dòng)類型的選擇是否合理，說(shuō)明理由；（2）指出V帶傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)的布置順序是否需要調(diào)整，為什么？（3）若鏈傳動(dòng)出現(xiàn)跳齒現(xiàn)象，可能的原因有哪些？（4）提出提高減速器中齒輪傳動(dòng)壽命的改進(jìn)措施（至少3項(xiàng)）。答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.D解析：降低表面粗糙度值可減少應(yīng)力集中源，顯著提高疲勞強(qiáng)度；表面淬火適用于表面強(qiáng)化，但45鋼調(diào)質(zhì)后已具備一定硬度，高頻淬火可能導(dǎo)致脆化；增加直徑主要提高靜強(qiáng)度；減小圓角半徑會(huì)加劇應(yīng)力集中。2.B解析：中心距a=m(z1+z2)/2不變時(shí)，增大m則齒厚增加，彎曲強(qiáng)度提高；齒數(shù)減少使分度圓直徑d=mz減小，接觸應(yīng)力σH=ZE√(2KT1(u+1)/(bd12u))增大，接觸強(qiáng)度降低。3.B解析：滾動(dòng)軸承代號(hào)中后兩位數(shù)字乘以5為內(nèi)徑，6208的后兩位為08，08×5=40mm。4.A解析：螺栓連接通過(guò)螺栓桿與被連接件通孔配合，裝拆時(shí)只需拆卸螺栓，適用于經(jīng)常裝拆；雙頭螺柱需拆卸螺柱，螺釘連接需破壞螺紋，緊定螺釘用于固定。5.C解析：齒輪傳動(dòng)能保證恒定傳動(dòng)比；帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)存在彈性滑動(dòng)或多邊形效應(yīng)，傳動(dòng)比不準(zhǔn)確；蝸桿傳動(dòng)傳動(dòng)比大但效率低。6.B解析：進(jìn)給量f增大時(shí)，殘留面積高度H≈f/(2cotκr)增大，表面粗糙度值Ra增大，是主要影響因素。7.B解析：角接觸球軸承的接觸角α越大，軸向承載能力越高；接觸角越小，徑向承載能力越高。8.A解析：鍵的截面尺寸b×h由軸的直徑d查表確定（如GB/T1095-2003），輪轂長(zhǎng)度L通常取(1.5-2)d。9.C解析：2Cr13是馬氏體不銹鋼，具有良好的耐蝕性和高溫強(qiáng)度，適合制造汽輪機(jī)葉片；Q235為普通碳素鋼，40Cr為合金結(jié)構(gòu)鋼，ZG270-500為鑄鋼。10.A解析：加工中心的核心特征是具備刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置（ATC），可在一次裝夾中完成多工序加工。二、簡(jiǎn)答題1.疲勞破壞原因：零件在循環(huán)應(yīng)力作用下，材料內(nèi)部缺陷（如夾雜物、微裂紋）處產(chǎn)生應(yīng)力集中，逐漸形成微裂紋；裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致有效承載面積減小，最終突然斷裂。提高措施：①降低表面粗糙度；②表面強(qiáng)化（噴丸、滾壓）；③設(shè)計(jì)合理結(jié)構(gòu)（避免尖角、采用過(guò)渡圓角）；④選用優(yōu)質(zhì)材料（減少內(nèi)部缺陷）；⑤適當(dāng)熱處理（如表面淬火）。2.基本額定壽命：一批相同軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，90%不發(fā)生點(diǎn)蝕破壞的壽命（以106r為單位）?；绢~定動(dòng)載荷C：軸承壽命為106r時(shí)，所能承受的最大載荷。關(guān)系公式：L10=(C/P)^ε，其中ε為壽命指數(shù)（球軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3），P為當(dāng)量動(dòng)載荷。3.硬齒面（硬度＞350HBS）特點(diǎn)：承載能力高，齒面耐磨，多用于重載、高速場(chǎng)合；需經(jīng)淬火、滲碳等處理，加工成本高，通常采用磨齒工藝。軟齒面（硬度≤350HBS）特點(diǎn)：加工容易（可直接切削），成本低，多用于一般載荷場(chǎng)合；設(shè)計(jì)時(shí)軟齒面以接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，硬齒面以彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，且硬齒面需校核接觸強(qiáng)度。4.“基準(zhǔn)先行”原則：在工藝過(guò)程中，先加工用作定位基準(zhǔn)的表面，以便后續(xù)工序使用該基準(zhǔn)定位加工其他表面。應(yīng)用舉例：加工階梯軸時(shí)，先加工兩端中心孔（定位基準(zhǔn)），后續(xù)車(chē)削、磨削外圓均以中心孔為基準(zhǔn)，保證各外圓的同軸度。5.彈性滑動(dòng)：由于帶的彈性變形和拉力差引起的局部滑動(dòng)，是不可避免的正?，F(xiàn)象；打滑：帶與帶輪間的全面滑動(dòng)，是過(guò)載引起的失效形式。原因：彈性滑動(dòng)由緊邊與松邊拉力差（F1-F2=F）導(dǎo)致帶的伸長(zhǎng)量不同；打滑由外載荷超過(guò)帶的最大有效拉力（Fmax=2F0(1-1/e^fα)）引起。三、計(jì)算題1.彎扭組合強(qiáng)度校核（1）計(jì)算當(dāng)量彎矩Me：對(duì)于轉(zhuǎn)軸，扭矩按脈動(dòng)循環(huán)處理，取α=0.6（對(duì)稱循環(huán)時(shí)α=1，脈動(dòng)循環(huán)α=0.6）Me=√(M2+(αT)2)=√(12002+(0.6×800)2)=√(1440000+230400)=√1670400≈1292.4N·m（2）計(jì)算彎曲應(yīng)力σb和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ：σb=32M/(πd3)=32×1200/(π×403×10^-9)=32×1200/(π×64000×10^-9)=32×1200/(2.0106×10^-4)=1.909×10^8Pa=190.9MPaτ=16T/(πd3)=16×800/(π×403×10^-9)=16×800/(2.0106×10^-4)=6.366×10^7Pa=63.66MPa（3）計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力σe（第三強(qiáng)度理論）：σe=√(σb2+4τ2)=√(190.92+4×63.662)=√(36442.8+16203.5)=√52646.3≈229.5MPa（4）計(jì)算工作安全系數(shù)S：σ-1=350MPa，τ-1=200MPa彎曲應(yīng)力的安全系數(shù)Sσ=σ-1/(Kσ/(εσβσ)×σb)=350/(1.8/(0.85×0.9)×190.9)=350/(1.8/0.765×190.9)=350/(2.353×190.9)=350/449.5≈0.78扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的安全系數(shù)Sτ=τ-1/(Kτ/(ετβτ)×τ)=200/(1.5/(0.8×0.9)×63.66)=200/(1.5/0.72×63.66)=200/(2.083×63.66)=200/132.6≈1.51彎扭組合安全系數(shù)S=1/√(1/Sσ2+1/Sτ2)=1/√(1/0.782+1/1.512)=1/√(1.653+0.438)=1/√2.091≈0.69＜[S]=1.5結(jié)論：該截面強(qiáng)度不足。2.齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)（1）材料及熱處理：軟齒面選45鋼，小齒輪調(diào)質(zhì)（220-250HBS），大齒輪正火（180-210HBS），硬度差約30-50HBS。（2）計(jì)算小齒輪分度圓直徑d1：接觸疲勞強(qiáng)度公式：d1≥√[(2KT1(u+1))/(φdu[σH]2)]×ZET1=9550×103×P/n1=9550×103×10/960≈99479N·mmu=i=3.5，[σH]取較小值550MPa（大齒輪）d1≥√[(2×1.2×99479×(3.5+1))/(0.8×3.5×5502)]×189.8計(jì)算分子：2×1.2×99479×4.5=2×1.2×447655.5=1074373.2分母：0.8×3.5×5502=2.8×302500=847000d1≥√(1074373.2/847000)×189.8≈√1.268×189.8≈1.126×189.8≈213.7mm（3）確定模數(shù)m和齒數(shù)：z1=24，z2=z1×i=24×3.5=84d1=mz1→m=d1/z1=213.7/24≈8.9mm，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=9mm（注：實(shí)際應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，如m=8或m=10，此處假設(shè)m=9）d1=9×24=216mm（與計(jì)算值213.7接近，誤差允許）（4）計(jì)算齒寬b：b=φd×d1=0.8×216=172.8mm，取b2=170mm，b1=b2+5-10mm=175mm。四、綜合分析題（1）傳動(dòng)系統(tǒng)合理性分析：①V帶傳動(dòng)：適用于高速級(jí)，能緩沖吸振，過(guò)載打滑保護(hù)電機(jī)，多塵環(huán)境下帶傳動(dòng)比鏈傳動(dòng)更不易卡滯，合理。②圓柱齒輪減速器：傳動(dòng)比大（總傳動(dòng)比i總=1440/60=24，V帶傳動(dòng)i帶≈2-4，齒輪傳動(dòng)i齒≈6-12，鏈傳動(dòng)i鏈≈2-3，分配合理），能保證精確傳動(dòng)比，合理。③鏈傳動(dòng)：適用于低速級(jí)，承載能力大，多塵環(huán)境下鏈傳動(dòng)比帶傳動(dòng)更耐磨損，合理。（2）布置順序無(wú)需調(diào)整：V帶傳動(dòng)在高速級(jí)（轉(zhuǎn)速高、帶速v=πd1n1/60×1000≈(0.1×1440)/60=2.4m/s，符合V帶經(jīng)濟(jì)速度5-25m/s），可降低帶輪尺寸；鏈傳動(dòng)在低速級(jí)（轉(zhuǎn)速低、沖擊小），符合鏈傳動(dòng)宜低速的特點(diǎn)。（3）鏈傳動(dòng)跳齒原因：①鏈條