2025年機(jī)械設(shè)計(jì)培訓(xùn)考題庫及答案一、選擇題（每題2分，共40分）1.機(jī)械設(shè)計(jì)中，"等強(qiáng)度原則"主要針對(duì)以下哪種失效形式？A.過量彈性變形B.斷裂C.表面磨損D.振動(dòng)噪聲答案：B解析：等強(qiáng)度原則通過優(yōu)化截面尺寸使各部位危險(xiǎn)截面的應(yīng)力水平趨于一致，主要防止局部應(yīng)力集中導(dǎo)致的斷裂失效。2.45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理（220-250HBS）后，其主要機(jī)械性能特點(diǎn)是？A.高硬度、低韌性B.高強(qiáng)度與良好韌性匹配C.高耐磨性、低塑性D.高耐腐蝕性、低強(qiáng)度答案：B解析：調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）可獲得回火索氏體組織，使材料同時(shí)具備較高的強(qiáng)度和良好的沖擊韌性。3.滾動(dòng)軸承6208的內(nèi)徑尺寸是？A.8mmB.40mmC.80mmD.16mm答案：B解析：滾動(dòng)軸承代號(hào)中，后兩位數(shù)字乘以5為內(nèi)徑尺寸（00-10mm，01-12mm，02-15mm，03-17mm除外），6208后兩位為08，08×5=40mm。4.平鍵連接中，鍵的截面尺寸（b×h）主要由以下哪個(gè)參數(shù)確定？A.傳遞的扭矩B.軸的直徑C.輪轂長度D.材料許用應(yīng)力答案：B解析：平鍵截面尺寸b×h按軸的直徑d從標(biāo)準(zhǔn)中選取（如GB/T1095-2003），長度L根據(jù)輪轂長度和傳遞扭矩確定。5.閉式齒輪傳動(dòng)中，軟齒面（≤350HBS）齒輪的主要失效形式是？A.齒面膠合B.齒面磨損C.齒面點(diǎn)蝕D.輪齒折斷答案：C解析：軟齒面齒輪在閉式傳動(dòng)中，接觸應(yīng)力循環(huán)作用下易發(fā)生齒面疲勞點(diǎn)蝕；硬齒面齒輪更易出現(xiàn)輪齒折斷。6.螺紋連接防松的根本目的是？A.防止螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)B.提高連接剛度C.減少應(yīng)力集中D.增加預(yù)緊力答案：A解析：防松措施通過限制螺紋副（螺栓與螺母、螺栓與被連接件螺紋孔）的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，避免預(yù)緊力下降導(dǎo)致連接失效。7.設(shè)計(jì)V帶傳動(dòng)時(shí)，小帶輪包角α1一般應(yīng)不小于？A.90°B.120°C.150°D.180°答案：B解析：包角過小會(huì)降低帶與帶輪的接觸面積，易發(fā)生打滑。一般要求α1≥120°，特殊情況可放寬至90°（需增大預(yù)緊力）。8.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，軸肩的主要作用是？A.提高軸的強(qiáng)度B.便于加工定位C.固定軸上零件軸向位置D.減小應(yīng)力集中答案：C解析：軸肩（或軸環(huán)）通過軸的階梯變化形成定位面，與輪轂端面配合實(shí)現(xiàn)零件的軸向固定。9.計(jì)算受軸向變載荷的緊螺栓連接時(shí)，若保持剩余預(yù)緊力F'不變，減小螺栓剛度Cb或增大被連接件剛度Cm，對(duì)螺栓總拉力Fa的影響是？A.Fa增大B.Fa減小C.Fa不變D.無法確定答案：B解析：總拉力Fa=F0+（Cb/(Cb+Cm))×(F-F')，減小Cb或增大Cm會(huì)降低系數(shù)Cb/(Cb+Cm)，從而減小Fa的變動(dòng)幅值。10.下列哪種公差等級(jí)適用于高精度機(jī)械傳動(dòng)件（如精密機(jī)床主軸）的尺寸公差？A.IT7B.IT9C.IT12D.IT14答案：A解析：IT7級(jí)公差用于普通機(jī)床重要配合（如主軸與軸承），IT5-IT6為高精度（如量塊），IT8-IT9為一般機(jī)械（如齒輪箱），IT10-IT14為低精度（如農(nóng)業(yè)機(jī)械）。11.齒輪傳動(dòng)中，齒寬系數(shù)ψd=b/d1（b為齒寬，d1為小齒輪分度圓直徑）的選擇主要考慮？A.齒輪材料B.傳動(dòng)比C.載荷性質(zhì)D.圓周速度答案：C解析：齒寬系數(shù)增大可減小分度圓直徑（降低成本），但會(huì)增加載荷沿齒寬分布不均（受載越平穩(wěn)，ψd可越大）。一般軟齒面取ψd=0.8-1.4，硬齒面取0.4-0.9。12.滾動(dòng)軸承的基本額定壽命L10是指？A.10%軸承發(fā)生點(diǎn)蝕前的壽命B.90%軸承發(fā)生點(diǎn)蝕前的壽命C.50%軸承發(fā)生磨損前的壽命D.全部軸承失效前的平均壽命答案：B解析：基本額定壽命L10定義為：一組相同軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，90%的軸承不發(fā)生點(diǎn)蝕破壞所能達(dá)到的壽命（單位：106轉(zhuǎn)）。13.設(shè)計(jì)液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承時(shí)，寬徑比B/d的選擇與以下哪項(xiàng)無關(guān)？A.軸承載荷B.轉(zhuǎn)速C.潤滑油粘度D.軸的材料答案：D解析：寬徑比影響軸承的承載能力和散熱性能，載荷大、轉(zhuǎn)速低時(shí)取較大B/d（如1.0-1.5）；高速輕載取較小B/d（如0.5-1.0），與軸的材料無關(guān)。14.下列哪種彈簧適用于需要大變形、低剛度的場合？A.圓柱螺旋壓縮彈簧B.碟形彈簧C.空氣彈簧D.板簧答案：C解析：空氣彈簧利用氣體可壓縮性實(shí)現(xiàn)變剛度特性，在相同體積下能提供更大變形量和更低的剛度，適用于車輛懸掛等場合。15.機(jī)械設(shè)計(jì)中，"失效安全原則"是指？A.發(fā)生失效時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)B.失效時(shí)不產(chǎn)生危險(xiǎn)后果C.設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留足夠安全系數(shù)D.采用冗余設(shè)計(jì)避免失效答案：B解析：失效安全原則要求當(dāng)部件發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能保持安全狀態(tài)（如制動(dòng)器失效時(shí)保持制動(dòng)狀態(tài)），而非單純避免失效。16.計(jì)算齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度時(shí)，危險(xiǎn)截面通常位于？A.齒頂處B.齒根過渡曲線處C.分度圓處D.節(jié)線處答案：B解析：齒根過渡曲線處存在應(yīng)力集中，且齒根是懸臂梁的最薄弱部位，彎曲應(yīng)力最大，是疲勞斷裂的起始位置。17.以下哪種配合類型適用于需要精確定心且可多次裝拆的連接？A.過盈配合B.間隙配合C.過渡配合D.基孔制配合答案：C解析：過渡配合（如H7/k6）允許較小的間隙或過盈，既能保證定心精度，又便于裝拆，適用于軸與齒輪、帶輪等的連接。18.設(shè)計(jì)軸時(shí)，軸的最小直徑通常由以下哪個(gè)條件初步確定？A.扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度B.彎曲強(qiáng)度C.疲勞強(qiáng)度D.剛度答案：A解析：軸的最小直徑一般按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步計(jì)算（忽略彎曲影響），公式為d≥√(9.55×106×P/(n[τ]))，再根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和彎曲、疲勞強(qiáng)度校核。19.帶傳動(dòng)中，彈性滑動(dòng)與打滑的本質(zhì)區(qū)別是？A.彈性滑動(dòng)是局部滑動(dòng)，打滑是整體滑動(dòng)B.彈性滑動(dòng)可避免，打滑不可避免C.彈性滑動(dòng)導(dǎo)致傳動(dòng)比變化，打滑不影響D.彈性滑動(dòng)產(chǎn)生熱量，打滑不產(chǎn)生答案：A解析：彈性滑動(dòng)是由于帶的彈性變形引起的局部微量滑動(dòng)（不可避免），導(dǎo)致傳動(dòng)比不準(zhǔn)確；打滑是帶與帶輪間的全面滑動(dòng)（過載時(shí)發(fā)生，可避免）。20.下列哪種熱處理工藝可顯著提高零件表面硬度和耐磨性？A.退火B(yǎng).正火C.表面淬火D.回火答案：C解析：表面淬火（如感應(yīng)淬火）通過快速加熱表層后淬火，使表層獲得高硬度馬氏體組織，心部保持良好韌性，適用于齒輪、軸類零件。二、判斷題（每題1分，共10分）1.機(jī)械設(shè)計(jì)中，安全系數(shù)取值越大越好。（×）解析：安全系數(shù)過大會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)笨重、成本增加，應(yīng)根據(jù)載荷不確定性、材料均勻性等合理選擇。2.平鍵連接中，鍵的長度應(yīng)略小于輪轂長度。（√）解析：鍵長過長會(huì)導(dǎo)致輪轂端部應(yīng)力集中，一般取鍵長L=輪轂長度-（5-10）mm。3.滾動(dòng)軸承的精度等級(jí)中，P0級(jí)為普通級(jí)，P2級(jí)精度最高。（√）解析：滾動(dòng)軸承精度等級(jí)（GB/T307.1-2017）從低到高為P0、P6、P5、P4、P2，P0為常用級(jí)。4.受橫向載荷的普通螺栓連接，主要靠螺栓的剪切和擠壓承載。（×）解析：普通螺栓連接靠預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力承載，鉸制孔螺栓連接才靠剪切和擠壓。5.齒輪模數(shù)m越大，輪齒越厚，承載能力越高。（√）解析：模數(shù)m=pd/π（pd為齒距），m越大，齒厚（s=πm/2）和齒高（h=2.25m）越大，彎曲強(qiáng)度越高。6.液體動(dòng)壓軸承中，潤滑油粘度越高，承載能力越強(qiáng)。（×）解析：粘度需與轉(zhuǎn)速匹配，高速時(shí)粘度太高會(huì)增加摩擦功耗，低速重載時(shí)需較高粘度以形成足夠油膜。7.彈簧的旋繞比C=D/d（D為彈簧中徑，d為鋼絲直徑）越大，彈簧越軟。（√）解析：旋繞比C增大，彈簧剛度k=Gd4/(8D3n)減小（G為剪切模量，n為有效圈數(shù)），彈性變形能力增強(qiáng)。8.軸上鍵槽應(yīng)盡量布置在同一母線上，便于加工。（√）解析：同一母線上的鍵槽可在一次裝夾中加工，提高效率并保證位置精度。9.過盈配合裝配時(shí)，可采用加熱包容件或冷卻被包容件的方法。（√）解析：加熱包容件使其膨脹（熱裝）或冷卻被包容件使其收縮（冷裝），可減小過盈量便于裝配。10.機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度與材料的靜強(qiáng)度無關(guān)。（×）解析：疲勞強(qiáng)度與材料的抗拉強(qiáng)度σb相關(guān)，一般σ-1≈0.4σb（碳鋼），σ-1≈0.23σb（鑄鐵）。三、簡答題（每題5分，共50分）1.簡述機(jī)械設(shè)計(jì)的一般流程。答：①需求分析（明確功能、載荷、環(huán)境等）；②方案設(shè)計(jì)（確定工作原理、結(jié)構(gòu)布局）；③參數(shù)計(jì)算（強(qiáng)度、剛度、壽命等）；④結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（零件形狀、尺寸、公差配合）；⑤優(yōu)化改進(jìn)（性能、工藝、成本）；⑥驗(yàn)證測試（樣機(jī)試驗(yàn)、仿真分析）。2.列舉齒輪傳動(dòng)的主要失效形式及對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。答：失效形式：①齒面點(diǎn)蝕（接觸疲勞）——接觸疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則；②輪齒折斷（彎曲疲勞/過載）——彎曲疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則；③齒面磨損（磨粒磨損）——限制齒面接觸應(yīng)力+清潔潤滑；④齒面膠合（高溫粘著）——限制齒面溫度+選用抗膠合潤滑油；⑤塑性變形（軟齒面過載）——提高齒面硬度+限制接觸應(yīng)力。3.螺紋連接預(yù)緊的目的是什么？常用預(yù)緊方法有哪些？答：目的：①增強(qiáng)連接剛度；②防止受載后連接件分離或相對(duì)滑動(dòng)；③提高密封性能。預(yù)緊方法：①扭矩扳手（控制擰緊扭矩）；②測量螺栓伸長量（直接控制預(yù)緊力）；③液壓拉伸器（精確控制預(yù)緊力）；④定力矩電動(dòng)扳手（自動(dòng)化控制）。4.滾動(dòng)軸承的主要失效形式有哪些？選擇軸承類型時(shí)需考慮哪些因素？答：失效形式：①點(diǎn)蝕（疲勞破壞）；②磨損（潤滑不良/污染）；③塑性變形（靜載過大）；④斷裂（安裝不當(dāng)/沖擊載荷）。選擇因素：①載荷性質(zhì)（大小、方向、沖擊）；②轉(zhuǎn)速（高速選球軸承，低速選滾子軸承）；③安裝空間（徑向尺寸限制選薄壁軸承）；④調(diào)心要求（有偏斜時(shí)選調(diào)心軸承）；⑤精度要求（高精度選P4級(jí)以上）。5.簡述軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求。答：①定位可靠（軸肩、套筒等實(shí)現(xiàn)零件軸向/周向固定）；②加工工藝性（退刀槽、砂輪越程槽、鍵槽對(duì)齊）；③裝配工藝性（軸端倒角、直徑階梯變化便于零件裝入）；④減小應(yīng)力集中（過渡圓角、避免直徑突變）；⑤滿足強(qiáng)度/剛度要求（合理設(shè)計(jì)截面尺寸）。6.V帶傳動(dòng)中，為什么小帶輪直徑不能過小？答：①小帶輪直徑dd1過小，帶的彎曲應(yīng)力σb=E·h/(2ρ)=E·h·dd1/(2r)（E為帶的彈性模量，h為帶高，ρ為曲率半徑）增大，加速帶的疲勞破壞；②包角α1=180°-60°(dd2-dd1)/a（a為中心距）減小，易發(fā)生打滑；③帶的壽命縮短（彎曲疲勞是主要失效形式）。7.簡述滑動(dòng)軸承中潤滑油的主要作用。答：①潤滑減摩（形成油膜隔開摩擦表面）；②冷卻散熱（帶走摩擦產(chǎn)生的熱量）；③清潔沖洗（帶走磨損顆粒和污染物）；④密封防塵（填充間隙防止雜質(zhì)進(jìn)入）；⑤防銹蝕（隔絕空氣與金屬表面接觸）。8.什么是公差配合？基孔制與基軸制的主要區(qū)別是什么？答：公差配合是指基本尺寸相同的相互結(jié)合的孔和軸的公差帶之間的關(guān)系（間隙、過渡、過盈）。基孔制：孔的公差帶固定（下偏差為0），通過改變軸的公差帶獲得不同配合（H為基準(zhǔn)孔）；基軸制：軸的公差帶固定（上偏差為0），通過改變孔的公差帶獲得不同配合（h為基準(zhǔn)軸）?；字票阌诩庸ぃ妆容S難加工），應(yīng)用更廣泛；基軸制用于標(biāo)準(zhǔn)件（如滾動(dòng)軸承外圈與殼體孔）。9.機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度受哪些主要因素影響？如何提高疲勞強(qiáng)度？答：影響因素：①應(yīng)力集中（最主要，如缺口、圓角）；②表面質(zhì)量（粗糙度、加工痕跡）；③尺寸效應(yīng)（零件尺寸大，內(nèi)部缺陷多）；④表面處理（淬火、噴丸）；⑤環(huán)境介質(zhì)（腐蝕加速疲勞）。提高措施：①減小應(yīng)力集中（增大過渡圓角、避免截面突變）；②表面強(qiáng)化（噴丸、滾壓、表面淬火）；③降低表面粗糙度（Ra≤1.6μm）；④選用疲勞強(qiáng)度高的材料（如合金鋼）；⑤改善工作環(huán)境（防腐、潤滑）。10.設(shè)計(jì)減速器時(shí)，如何確定齒輪的熱處理方式（軟齒面vs硬齒面）？答：①軟齒面（≤350HBS）：用于載荷較小、速度較低、精度要求不高的場合（如農(nóng)業(yè)機(jī)械），加工成本低（先切齒后熱處理），但承載能力較低；②硬齒面（>350HBS）：用于重載、高速、高精度場合（如機(jī)床、汽車），需先熱處理后磨齒（或精切），加工成本高，但接觸/彎曲強(qiáng)度高，壽命長。通常單級(jí)減速器硬齒面可減小尺寸，多級(jí)傳動(dòng)高速級(jí)用硬齒面、低速級(jí)用軟齒面（平衡載荷分布）。四、綜合分析題（每題10分，共20分）1.某帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置采用電動(dòng)機(jī)-減速器-滾筒傳動(dòng)，已知減速器高速軸輸入功率P=15kW，轉(zhuǎn)速n=960r/min，軸徑d=40mm，鍵連接采用平鍵（b×h=12×8mm，L=80mm），輪轂材料為HT200（σp=100MPa），鍵材料為45鋼（[τ]=60MPa，[σp]=100MPa）。試校核該鍵連接的強(qiáng)度。解：①計(jì)算傳遞扭矩T=9550×P/n=9550×15/960≈149.2N·m②鍵的剪切面面積A=b×L=12×80=960mm2③剪切應(yīng)力τ=T/(0.5×d×A)=149.2×103/(0.5×40×960)=149200/(19200)=7.77MPa≤[τ]=60MPa（滿足）④擠壓面面積A'=0.5×h×L=0.5×8×80=320mm2（輪轂材料較弱，取輪轂[σp]=100MPa）⑤擠壓應(yīng)力σp=T/(0.5×d×A')=149200/(0.5×40×320)=149200/6400≈23.3MPa≤[σp]=100MPa（滿足）結(jié)論：鍵連接強(qiáng)度足夠。2.某機(jī)械設(shè)計(jì)中需選擇一對(duì)閉式直齒圓柱齒輪（軟齒面），已知傳遞扭矩T1=200N·m，小