機(jī)械工程師招聘試題及解答(某大型集團(tuán)公司)2025年附答案一、專業(yè)基礎(chǔ)題（共40分）1.齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算（15分）某帶式輸送機(jī)驅(qū)動裝置采用一級斜齒圓柱齒輪傳動，已知小齒輪轉(zhuǎn)速n?=960r/min，傳遞功率P=30kW，齒數(shù)z?=23，z?=92，法面模數(shù)m?=3mm，螺旋角β=12°，齒寬b?=80mm，b?=75mm，小齒輪材料為20CrMnTi（滲碳淬火，齒面硬度58-62HRC），大齒輪材料為40Cr（表面淬火，齒面硬度48-52HRC）。工作壽命10年（每年300天，每天2班，每班8小時(shí)），載荷平穩(wěn)無沖擊，單向傳動。（1）計(jì)算齒輪傳動的名義轉(zhuǎn)矩T?（3分）（2）確定載荷系數(shù)K（需列出各系數(shù)取值依據(jù)，4分）（3）校核小齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度（已知：節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)Z_H=2.43，彈性系數(shù)Z_E=189.8√(MPa)，接觸疲勞強(qiáng)度極限σ_Hlim1=1500MPa，σ_Hlim2=1200MPa，接觸疲勞壽命系數(shù)K_HN1=0.92，K_HN2=0.95，安全系數(shù)S_H=1.0）（8分）解答：（1）名義轉(zhuǎn)矩T?=9550×P/n?=9550×30/960≈298.44N·m=298440N·mm（2）載荷系數(shù)K=K_A×K_v×K_Hβ×K_Hα-工作機(jī)載荷平穩(wěn)，原動機(jī)為電動機(jī)，查GB/T3480.1-2021得使用系數(shù)K_A=1.0；-齒輪圓周速度v=πd?n?/(60×1000)，d?=m?z?/cosβ=3×23/cos12°≈70.94mm，v=π×70.94×960/(60×1000)≈3.57m/s，7級精度（軟齒面常用），查動載系數(shù)K_v≈1.15；-齒寬系數(shù)ψ_d=b/d?=80/70.94≈1.13，7級精度，K_Hβ=1.3（按GB/T3480.3-2021查表）；-直齒輪K_Hα=1.0，斜齒輪接觸線傾斜可均載，取K_Hα=1.05；故K=1.0×1.15×1.3×1.05≈1.58（3）接觸應(yīng)力σ_H=Z_H×Z_E×√(2KT?(u+1)/(bd?2u))，其中u=z?/z?=92/23=4d?=70.94mm，b取b?=75mm（小齒輪較寬，計(jì)算時(shí)取大齒輪齒寬）代入數(shù)據(jù)：σ_H=2.43×189.8×√(2×1.58×298440×(4+1)/(75×70.942×4))≈2.43×189.8×√(4715352/(75×5032×4))≈2.43×189.8×√(4715352/1509600)≈2.43×189.8×1.77≈804MPa許用接觸應(yīng)力[σ_H1]=K_HN1×σ_Hlim1/S_H=0.92×1500/1.0=1380MPa，[σ_H2]=0.95×1200/1.0=1140MPa因σ_H=804MPa＜[σ_H2]=1140MPa（取較小值），故接觸疲勞強(qiáng)度滿足。2.軸的強(qiáng)度校核（15分）某減速箱輸出軸為階梯軸，材料為40Cr（調(diào)質(zhì)處理，σ_b=750MPa，σ_s=550MPa，τ_s=300MPa），危險(xiǎn)截面處軸徑d=50mm，彎矩M=1200N·m，扭矩T=800N·m，軸肩圓角半徑r=3mm（敏感系數(shù)q_σ=1.2，q_τ=1.1），表面粗糙度Ra=3.2μm（表面質(zhì)量系數(shù)β_σ=0.9，β_τ=0.9），尺寸系數(shù)ε_σ=0.85，ε_τ=0.88，安全系數(shù)S=1.5。（1）計(jì)算該截面的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（4分）（2）計(jì)算綜合安全系數(shù)S_ca（需考慮應(yīng)力集中、尺寸效應(yīng)和表面質(zhì)量）（7分）（3）判斷是否滿足強(qiáng)度要求（4分）解答：（1）彎曲應(yīng)力σ_b=32M/(πd3)=32×1200×103/(π×503)≈32×1200000/(392700)≈97.7MPa扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ=16T/(πd3)=16×800×103/(π×503)≈16×800000/(392700)≈32.6MPa（2）彎曲應(yīng)力的等效系數(shù)：σ-1=0.4σ_b=0.4×750=300MPa（對稱循環(huán)彎曲疲勞極限）K_σ=1+q_σ(K_tσ-1)，查軸肩圓角應(yīng)力集中系數(shù)K_tσ≈1.8（d/r=50/3≈16.7，σ_b=750MPa），故K_σ=1+1.2×(1.8-1)=1.96彎曲應(yīng)力的平均應(yīng)力σ_m=0（單向傳動，彎矩方向不變但扭矩脈動？題目未明確，假設(shè)為對稱循環(huán)，σ_m=0），則σ_a=σ_b=97.7MPa彎曲安全系數(shù)S_σ=σ-1/(K_σ/ε_σ×β_σ×σ_a)=300/(1.96/0.85×0.9×97.7)=300/((2.306)×87.93)≈300/202.8≈1.48扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的等效系數(shù)：τ-1=0.25σ_b=0.25×750=187.5MPa（對稱循環(huán)扭轉(zhuǎn)疲勞極限）K_τ=1+q_τ(K_tτ-1)，查扭轉(zhuǎn)應(yīng)力集中系數(shù)K_tτ≈1.6，故K_τ=1+1.1×(1.6-1)=1.66扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)（單向傳動扭矩不變），τ_m=τ_a=32.6MPa，取折合系數(shù)ψ_τ=0.1（40Cr調(diào)質(zhì)）扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)S_τ=τ-1/(K_τ/ε_τ×β_τ×(τ_a+ψ_ττ_m))=187.5/(1.66/0.88×0.9×(32.6+0.1×32.6))=187.5/((1.886)×(32.6+3.26))=187.5/(1.886×35.86)≈187.5/67.6≈2.77綜合安全系數(shù)S_ca=1/√(1/S_σ2+1/S_τ2)=1/√(1/1.482+1/2.772)=1/√(0.458+0.129)=1/√0.587≈1.31（3）S_ca=1.31＜S=1.5，不滿足強(qiáng)度要求，需增大軸徑或優(yōu)化結(jié)構(gòu)減小應(yīng)力集中。3.材料與熱處理（10分）某液壓油缸缸體需承受25MPa工作壓力，內(nèi)徑D=120mm，壁厚δ=15mm，工作溫度-20℃~80℃，需頻繁啟動/停止?，F(xiàn)有45鋼（正火）、20CrMo（調(diào)質(zhì)）、QT600-3（球墨鑄鐵）三種材料備選，分析各材料適用性并推薦最優(yōu)方案（需結(jié)合力學(xué)性能、工藝性、經(jīng)濟(jì)性）。解答：（1）45鋼（正火）：σ_b=600MPa，σ_s=355MPa，塑性較好（δ=16%），但缸體為承壓件，需計(jì)算壁厚強(qiáng)度：按第三強(qiáng)度理論，周向應(yīng)力σ_θ=pD/(2δ)=25×120/(2×15)=100MPa＜σ_s/1.5≈237MPa（安全系數(shù)1.5），強(qiáng)度滿足。但正火態(tài)表面硬度低（約180HB），缸體內(nèi)壁需與活塞密封件頻繁摩擦，易磨損；且45鋼焊接性一般（碳當(dāng)量0.5%），若缸體為焊接結(jié)構(gòu)可能存在裂紋風(fēng)險(xiǎn)；低溫韌性（-20℃）一般，沖擊功較低。（2）20CrMo（調(diào)質(zhì)）：σ_b=900MPa，σ_s=750MPa（調(diào)質(zhì)后），δ=12%，σ_s/σ_b=0.83，屈強(qiáng)比高，抗過載能力強(qiáng)；Cr、Mo合金元素提高淬透性和高溫強(qiáng)度（80℃無軟化），調(diào)質(zhì)后綜合力學(xué)性能優(yōu)異（硬度220-250HB），耐磨性優(yōu)于45鋼；碳當(dāng)量0.35%，焊接性良好；低溫沖擊韌性較好（-20℃時(shí)沖擊功≥47J），適合頻繁啟停的動態(tài)載荷。（3）QT600-3（球墨鑄鐵）：σ_b=600MPa，σ_s=420MPa，δ=3%，抗壓強(qiáng)度高（約1400MPa），但塑性差，缸體受內(nèi)壓時(shí)周向?yàn)槔瓚?yīng)力，球鐵的拉伸疲勞強(qiáng)度較低（約240MPa），頻繁啟停易引發(fā)疲勞裂紋；導(dǎo)熱性好但線脹系數(shù)小，溫度變化時(shí)與密封件配合可能出現(xiàn)間隙；鑄造工藝復(fù)雜，厚壁（δ=15mm）易產(chǎn)生縮松缺陷，氣密性難以保證。推薦20CrMo調(diào)質(zhì)：強(qiáng)度、韌性、耐磨性均滿足要求，工藝性（焊接、機(jī)加工）良好，雖成本高于45鋼但低于鍛鋼，綜合性價(jià)比最高。二、設(shè)計(jì)分析題（共30分）4.帶式輸送機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)（30分）某礦山用帶式輸送機(jī)要求：輸送量Q=800t/h，輸送速度v=2.5m/s，輸送帶寬B=1200mm，水平輸送距離L=150m，滾筒直徑D=630mm（驅(qū)動滾筒）。需設(shè)計(jì)包含電動機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、驅(qū)動滾筒的傳動系統(tǒng)，具體要求：（1）確定電動機(jī)功率（需計(jì)算傳動效率，η1=0.96（聯(lián)軸器），η2=0.94（減速器），η3=0.98（滾筒軸承），η4=0.95（輸送帶與滾筒摩擦））（10分）（2）選擇減速器類型（說明依據(jù)）并分配傳動比（總傳動比i總=15-20，推薦2級傳動）（8分）（3）設(shè)計(jì)驅(qū)動滾筒軸的支撐方案（需標(biāo)注軸承類型、配置方式及軸向定位措施）（12分）解答：（1）電動機(jī)功率計(jì)算：輸送帶所需牽引力F=K×(f×L×q+q×H)，水平輸送H=0，q=Q/(3.6v)=800/(3.6×2.5)≈88.89kg/m（物料線密度），托輥旋轉(zhuǎn)部分線密度q_r=25kg/m（經(jīng)驗(yàn)值），總線密度q_total=q+q_r=113.89kg/m，運(yùn)行阻力系數(shù)f=0.03（礦山環(huán)境），K=1.2（啟動系數(shù)）F=K×f×L×q_total×g=1.2×0.03×150×113.89×9.81≈1.2×0.03×150×1117≈6032N輸送帶功率P_輸送帶=F×v=6032×2.5≈15080W=15.08kW總效率η=η1×η2×η3×η4=0.96×0.94×0.98×0.95≈0.82電動機(jī)功率P_m=P_輸送帶/η≈15.08/0.82≈18.4kW，選Y2-180L-4（22kW，n_m=1470r/min）（2）減速器類型選擇：礦山環(huán)境粉塵大、沖擊載荷多，需選擇承載能力高、密封性好的減速器。2級圓柱齒輪減速器（展開式或分流式）為首選：展開式結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，適合中等載荷；分流式可均載，適合較大功率（22kW）。本題總傳動比i總=n_m/(v×60/(πD))=1470/(2.5×60/(π×0.63))=1470/(2.5×60/1.979)=1470/(75.7)=19.4，符合15-20范圍。分配2級傳動比i1=√i總≈4.4，i2=i總/i1≈4.4（等比分配，使兩級強(qiáng)度接近）（3）驅(qū)動滾筒軸支撐方案：滾筒軸為心軸（僅受彎矩），兩端支撐。軸承類型：滾筒承受徑向載荷（F=6032N）和可能的軸向載荷（輸送帶跑偏引起），選用深溝球軸承（承受徑向載荷）+角接觸球軸承（承受軸向載荷）組合，或雙列調(diào)心滾子軸承（自動調(diào)心，適應(yīng)滾筒安裝誤差）。推薦雙列調(diào)心滾子軸承（如22318，基本額定動載荷C=560kN，足夠承受徑向力）。配置方式：兩端正裝（面對面）或反裝（背對背），因滾筒軸跨度大（L=150m，滾筒寬度B=1200mm，軸伸長度約600mm），采用反裝（背對背）可提高軸系剛度。軸向定位：軸承內(nèi)圈與軸過盈配合（H7/js6），用軸肩+圓螺母+止動墊圈固定；外圈與軸承座過渡配合（H7/k6），軸承座端蓋用螺栓壓緊，預(yù)留0.2-0.5mm軸向間隙補(bǔ)償熱膨脹。三、工藝與制造題（共20分）5.精密箱體加工工藝設(shè)計(jì)（20分）某數(shù)控機(jī)床主軸箱體（材料HT300），主要尺寸：長×寬×高=800mm×600mm×500mm，包含主軸孔（φ120H7，Ra0.8μm）、三個(gè)平行孔（φ80H7，與主軸孔中心距±0.05mm，平行度0.03mm/100mm），底面（A面）與頂面（B面）平行度0.04mm，A面與主軸孔軸線垂直度0.02mm。（1）制定工藝路線（需明確定位基準(zhǔn)、關(guān)鍵工序）（12分）（2）說明主軸孔精加工方法（4分）（3）分析如何保證孔系平行度（4分）解答：（1）工藝路線：①鑄造毛坯→時(shí)效處理（消除內(nèi)應(yīng)力）→粗銑A面（以B面為粗基準(zhǔn)）→粗銑B面（以A面為基準(zhǔn)，留0.5mm余量）；②粗鏜主軸孔及三個(gè)平行孔（φ110mm，留3mm余量），定位基準(zhǔn)：A面+兩個(gè)工藝孔（一面兩銷）；③半精銑A、B面（留0.2mm余量），精銑A面（Ra1.6μm）作為精基準(zhǔn)；④半精鏜孔系（φ118mm，留1mm余量），以A面+主軸孔（一面一孔）定位，保證孔與A面垂直度；⑤時(shí)效處理（二次去應(yīng)力）→精銑B面（以A面定位，保證平行度0.04mm）；⑥精鏜主軸孔（φ120H7，Ra0.8μm），采用坐標(biāo)鏜床或加工中心，以A面+兩個(gè)定位銷（一面兩銷）定位，控制中心距；⑦精鏜三個(gè)平行孔（φ80H7），與主軸孔聯(lián)動加工，保證平行度；⑧去毛刺→清洗→檢驗(yàn)（三坐標(biāo)測量機(jī)檢測孔位、平行度、垂直度）。（2）主軸孔精加工方法：粗鏜→半精鏜→精鏜→浮動鏜。浮動鏜刀可自動定心，消除機(jī)床誤差，保證尺寸精度H7；最終采用珩磨或金剛鏜，珩磨可降低表面粗糙度至Ra0.8μm，同時(shí)修正圓度誤差（HT300硬度均勻，適合珩磨）。（3）孔系平行度保證措施：①采用加工中心或坐標(biāo)鏜床，三軸聯(lián)動控制，定位精度≤0.01mm；②鏜桿采用剛性支撐（如前后導(dǎo)向套），減少切削振動；③一次裝夾完成所有孔加工，避免多次裝夾誤差；④刀具選用硬質(zhì)合金刀片（YT15），切削參數(shù)：v=60-80m/min，f=0.1-0.15mm/r，ap=0.2-0.3mm，保證切削穩(wěn)定性；⑤加工中實(shí)時(shí)測量，用塞規(guī)檢測孔徑，激光干涉儀監(jiān)測鏜桿偏移量，動態(tài)調(diào)整進(jìn)給。四、綜合應(yīng)用題（共10分）6.設(shè)備振動故障分析（10分）某立式加工中心Z軸進(jìn)給系統(tǒng)（滾珠絲杠傳動）出現(xiàn)異常振動，表現(xiàn)為：轉(zhuǎn)速1000r/min時(shí)振動幅值12μm（正?！?μm