2026年度機(jī)械工程師認(rèn)證考試題庫(kù)：機(jī)械設(shè)計(jì)原理實(shí)踐題一、計(jì)算題（共5題，每題12分，共60分）1.齒輪傳動(dòng)計(jì)算題某減速器采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，已知輸入軸轉(zhuǎn)速為1500r/min，傳動(dòng)比i=4，齒輪模數(shù)m=3mm，齒數(shù)Z1=20，材料為45鋼調(diào)質(zhì)，許用彎曲應(yīng)力σFP=180MPa。試計(jì)算：（1）輸出軸轉(zhuǎn)速；（2）大齒輪齒數(shù)Z2；（3）若齒輪分度圓直徑為100mm，求齒輪傳遞的扭矩T1（N·mm）；（4）校核齒輪彎曲強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求。2.軸的設(shè)計(jì)計(jì)算題設(shè)計(jì)一心軸，材料為40Cr調(diào)質(zhì)，承受交變扭矩T=800N·m，軸徑d=60mm，軸長(zhǎng)L=300mm，軸表面粗糙度Ra=0.8μm。試計(jì)算：（1）軸的最大剪應(yīng)力；（2）校核軸的疲勞強(qiáng)度（材料的疲勞極限σ-1=540MPa，表面質(zhì)量系數(shù)ηb=0.85）；（3）若軸上開(kāi)有鍵槽，鍵槽對(duì)強(qiáng)度的影響系數(shù)為0.8，重新校核疲勞強(qiáng)度。3.滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算題某軸用深溝球軸承6310，轉(zhuǎn)速n=1000r/min，載荷F=5000N，預(yù)期壽命Lh=5000小時(shí)，載荷系數(shù)fp=1.2。試計(jì)算：（1）基本額定動(dòng)載荷C；（2）若改為圓錐滾子軸承31310，其他條件不變，求其基本額定動(dòng)載荷C'（錐軸承壽命修正系數(shù)ε=1.5）；（3）比較兩種軸承的適用性。4.彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算題設(shè)計(jì)一圓柱螺旋壓縮彈簧，材料為60Si2Mn，彈簧指數(shù)C=6，中徑D=50mm，工作載荷F1=2000N，極限載荷F2=3000N，行程h=20mm。試計(jì)算：（1）彈簧絲直徑d；（2）彈簧圈數(shù)n；（3）彈簧剛度k；（4）校核彈簧的穩(wěn)定性。5.液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算題設(shè)計(jì)一液壓缸，缸徑D=100mm，活塞桿直徑d=50mm，工作壓力p=10MPa，行程L=1000mm，液壓油缸行程速度v=0.5m/s。試計(jì)算：（1）液壓缸推力F；（2）活塞桿承受的拉應(yīng)力σ；（3）若液壓缸回油腔背壓p2=0.5MPa，求回油腔的背壓力。二、簡(jiǎn)答題（共5題，每題8分，共40分）1.齒輪材料選擇與熱處理簡(jiǎn)述齒輪常用的材料及其熱處理方法，并說(shuō)明選擇材料時(shí)需考慮哪些因素。2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)簡(jiǎn)述軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足哪些要求，并舉例說(shuō)明如何減少應(yīng)力集中。3.滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑與密封簡(jiǎn)述滾動(dòng)軸承常用的潤(rùn)滑方式及適用條件，并說(shuō)明密封裝置的選擇依據(jù)。4.彈簧的失效形式簡(jiǎn)述彈簧常見(jiàn)的失效形式及其原因，并說(shuō)明如何預(yù)防彈簧失效。5.液壓缸常見(jiàn)故障簡(jiǎn)述液壓缸常見(jiàn)的故障現(xiàn)象及其原因，并提出相應(yīng)的解決措施。三、設(shè)計(jì)題（共2題，每題25分，共50分）1.齒輪減速器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器，輸入功率P=5kW，轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，傳動(dòng)比i=4，齒輪材料為20CrMnTi滲碳淬火，齒面接觸強(qiáng)度許用應(yīng)力σH=600MPa。要求：（1）確定齒輪參數(shù)（模數(shù)、齒數(shù)、中心距）；（2）繪制齒輪工作圖（需標(biāo)注主要尺寸及公差）；（3）簡(jiǎn)述齒輪的裝配與調(diào)試要點(diǎn)。2.軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一軸系結(jié)構(gòu)，用于傳遞扭矩T=1000N·m，軸材料為40Cr調(diào)質(zhì)，軸上裝有聯(lián)軸器、齒輪和軸承。要求：（1）確定軸的直徑及結(jié)構(gòu)形式；（2）選擇合適的軸承類(lèi)型及型號(hào)；（3）繪制軸系結(jié)構(gòu)圖（需標(biāo)注關(guān)鍵尺寸及配合）；（4）簡(jiǎn)述軸系裝配的注意事項(xiàng)。答案與解析一、計(jì)算題1.齒輪傳動(dòng)計(jì)算題（1）輸出軸轉(zhuǎn)速：n2=n1/i=1500/4=375r/min；（2）大齒輪齒數(shù)：Z2=Z1×i=20×4=80；（3）齒輪傳遞的扭矩：T1=9550×P/n1=9550×5/1500=31.83N·m；（4）彎曲應(yīng)力：σF=T1/(0.5mZ1)=31.83×106/(0.5×3×20×50)=667MPa＞σFP=180MPa，不滿(mǎn)足要求。2.軸的設(shè)計(jì)計(jì)算題（1）最大剪應(yīng)力：τ=T/d3=800×106/(π×603)=7.96MPa；（2）疲勞強(qiáng)度校核：σa=σm=σ-1/2=540/2=270MPa，安全系數(shù)S=σ-1/(σa×ηb)=540/(270×0.85)=2.44＞1，滿(mǎn)足要求；（3）鍵槽影響：σa=σm×0.8=270×0.8=216MPa，S=540/(216×0.85)=3.18＞1，仍滿(mǎn)足要求。3.滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算題（1）基本額定動(dòng)載荷：Lh=（C/fp)n(10^6)/60=5000，C≈8.4×105N；（2）圓錐滾子軸承：C'≈εC=1.5×8.4×105=12.6×105N；（3）錐軸承承載能力更強(qiáng)，適用于重載或調(diào)心要求高的場(chǎng)合。4.彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算題（1）彈簧絲直徑：d≈7.8mm；（2）彈簧圈數(shù)：n≈10；（3）彈簧剛度：k≈1225N/mm；（4）穩(wěn)定性校核：D/d=50/7.8＞5，需加導(dǎo)向套。5.液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算題（1）推力：F=p×πD2/4=10×106×π×1002/4=7.85×106N；（2）拉應(yīng)力：σ=F/(πd2/4)=7.85×106/(π×502/4)=1000MPa；（3）背壓力：F2=p2×πD2/4=0.5×106×π×1002/4=1.96×106N。二、簡(jiǎn)答題1.齒輪材料選擇與熱處理常用材料：45鋼調(diào)質(zhì)、20CrMnTi滲碳淬火、40CrNiMo調(diào)質(zhì)等。熱處理方法：調(diào)質(zhì)、滲碳淬火、高頻淬火等。選擇因素：載荷大小、轉(zhuǎn)速、使用壽命、成本等。2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)要求：強(qiáng)度、剛度、耐磨性、可靠性。減少應(yīng)力集中方法：圓角過(guò)渡、鍵槽優(yōu)化、避免截面突變等。3.滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑與密封潤(rùn)滑方式：油潤(rùn)滑（油浴、飛濺）、脂潤(rùn)滑；密封裝置：氈圈密封、骨架密封、迷宮密封。選擇依據(jù)：轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度、介質(zhì)等。4.彈簧的失效形式失效形式：疲勞斷裂、塑性變形、磨損等。預(yù)防措施：合理選擇材料、控制應(yīng)力、增加表面硬度等。5.液壓缸常見(jiàn)故障故障：泄漏、爬行、沖擊等。原因：密封損壞、壓力波動(dòng)、安裝不當(dāng)?shù)取＝鉀Q措施：更換密封件、優(yōu)化回路、加強(qiáng)調(diào)平等。三、設(shè)計(jì)題1.齒輪減速器設(shè)計(jì)（1）參數(shù)：m=3，Z1=20，Z2=80，a=210mm；（2）工作圖略；（3）