高頻機(jī)械設(shè)計(jì)小白面試題及答案Q1：機(jī)械設(shè)計(jì)中，如何根據(jù)零件的工作條件選擇合適的材料？需要重點(diǎn)考慮哪些性能指標(biāo)？A：材料選擇需結(jié)合零件的受力狀態(tài)、工作環(huán)境（溫度、腐蝕介質(zhì)、潤滑條件）、加工工藝（鑄造、鍛造、切削）及成本限制。核心性能指標(biāo)包括：1）力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度（靜載）、疲勞強(qiáng)度（循環(huán)載荷）、硬度（耐磨性）、沖擊韌性（沖擊載荷）；2）物理性能：熱導(dǎo)率（散熱需求）、線膨脹系數(shù)（溫度變化下的尺寸穩(wěn)定性）、密度（輕量化要求）；3）化學(xué)性能：耐腐蝕性（如海洋環(huán)境選不銹鋼）、抗氧化性（高溫環(huán)境選耐熱鋼）；4）工藝性能：鑄造流動(dòng)性（鑄鐵優(yōu)于鑄鋼）、可焊性（低碳鋼優(yōu)于高碳鋼）、切削加工性（易切鋼含硫磷）。例如，齒輪常用20CrMnTi（滲碳淬火，表面硬芯部韌），因需承受循環(huán)接觸應(yīng)力和沖擊；普通軸類選45鋼（調(diào)質(zhì)處理，綜合力學(xué)性能好），若需更高強(qiáng)度則用40Cr。Q2：解釋基孔制與基軸制的區(qū)別，實(shí)際設(shè)計(jì)中如何選擇？A：基孔制以孔的基本偏差為基準(zhǔn)（下偏差為0），通過改變軸的基本偏差獲得不同配合；基軸制以軸的基本偏差為基準(zhǔn)（上偏差為0），通過改變孔的基本偏差獲得配合。選擇依據(jù)：1）加工經(jīng)濟(jì)性：孔加工難，基孔制可減少刀具、量具種類（如同一鉆頭加工不同配合的孔）；2）標(biāo)準(zhǔn)件適配：與滾動(dòng)軸承內(nèi)圈配合的軸（基孔制）、外圈配合的孔（基軸制）；3）特殊需求：當(dāng)軸為標(biāo)準(zhǔn)件（如光軸）或需多件配合（如活塞銷與活塞、連桿孔）時(shí)，用基軸制減少軸的加工；4）配合性質(zhì)：過渡配合優(yōu)先基孔制，過盈配合若軸為冷拉材（已達(dá)精度）則用基軸制。例如，普通減速器中齒輪與軸的配合多為基孔制（如H7/k6），而與滾動(dòng)軸承外圈配合的箱體孔則用基軸制（如J7/h6）。Q3：機(jī)械制圖中，形位公差的“直線度”“平面度”“圓度”“圓柱度”分別控制什么？舉例說明設(shè)計(jì)中如何合理標(biāo)注？A：直線度控制實(shí)際直線對(duì)理想直線的變動(dòng)（如軸類零件的素線、導(dǎo)軌的導(dǎo)向面）；平面度控制實(shí)際平面對(duì)理想平面的變動(dòng)（如法蘭結(jié)合面、機(jī)床工作臺(tái)面）；圓度控制同一正截面上實(shí)際圓對(duì)理想圓的徑向變動(dòng)（如滾動(dòng)軸承滾道、齒輪齒頂圓）；圓柱度控制整個(gè)圓柱表面對(duì)理想圓柱的綜合變動(dòng)（如液壓缸內(nèi)壁、軸頸與軸承配合面）。標(biāo)注原則：1）功能優(yōu)先：如發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷與連桿孔配合，需控制圓柱度（保證均勻接觸）；2）避免重復(fù)：若已標(biāo)注圓柱度，無需再標(biāo)圓度和直線度；3）經(jīng)濟(jì)合理：普通軸頸與軸承配合（H7），直線度一般標(biāo)0.01mm（軸長100mm），過高會(huì)增加加工成本。例如，車床主軸的軸承安裝段需標(biāo)注圓柱度（0.005mm），導(dǎo)軌面標(biāo)注直線度（0.02/1000mm），法蘭連接面標(biāo)注平面度（0.03mm）。Q4：簡述齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，模數(shù)、齒數(shù)選擇的基本原則，如何平衡“小模數(shù)多齒數(shù)”與“大模數(shù)少齒數(shù)”的優(yōu)缺點(diǎn)？A：模數(shù)m決定輪齒大小（m↑，齒厚↑，承載能力↑），齒數(shù)z影響傳動(dòng)平穩(wěn)性（z↑，重合度↑，噪聲↓）。選擇原則：1）強(qiáng)度優(yōu)先：重載、沖擊工況選大模數(shù)（如礦山機(jī)械m=8-12），避免斷齒；2）平穩(wěn)性優(yōu)先：高速、精密傳動(dòng)選多齒數(shù)（如汽車變速箱z=20-30，m=2-4），減少振動(dòng)；3）結(jié)構(gòu)限制：受中心距a=(m(z1+z2))/2約束，若a固定，m小則z多（可減小齒頂圓直徑，節(jié)省空間）?！靶∧?shù)多齒數(shù)”優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)平穩(wěn)、齒面接觸應(yīng)力?。▃↑，曲率半徑↑），缺點(diǎn)：齒根彎曲強(qiáng)度低（m?。?，易斷齒；“大模數(shù)少齒數(shù)”優(yōu)點(diǎn)：齒根強(qiáng)度高，缺點(diǎn)：重合度低（z↓），傳動(dòng)沖擊大。設(shè)計(jì)時(shí)需折中：如普通減速器（中等載荷、中速），取m=3-5，z1=20-25，兼顧強(qiáng)度與平穩(wěn)性；高速齒輪（如汽輪機(jī)）則z1≥24，m=2-3，降低噪聲；低速重載（如起重機(jī)）z1=17-20，m=6-8，保證齒根強(qiáng)度。Q5：設(shè)計(jì)一根傳遞扭矩的實(shí)心軸，需經(jīng)歷哪些關(guān)鍵步驟？需校核哪些強(qiáng)度？A：步驟：1）確定輸入?yún)?shù)：扭矩T（由功率P和轉(zhuǎn)速n計(jì)算，T=9550P/n）、軸上載荷（齒輪/帶輪的徑向力、軸向力）、支撐方式（軸承類型，確定支點(diǎn)跨距）；2）初步估算直徑：按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度公式d≥√(9550×103P/(0.2[τ]n))（[τ]為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，45鋼調(diào)質(zhì)取30-40MPa）；3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：確定軸段直徑（配合段d=軸承內(nèi)徑，齒輪/帶輪轂孔d=鍵槽處直徑）、長度（根據(jù)零件寬度+定位尺寸），設(shè)計(jì)倒角、圓角（避免應(yīng)力集中，圓角半徑r≥0.02d）、鍵槽（對(duì)稱布置，減少彎曲應(yīng)力）；4）強(qiáng)度校核：①扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力校核（τ=T/(0.2d3)≤[τ]）；②彎扭組合強(qiáng)度校核（按第三強(qiáng)度理論，σe=√(σb2+4τ2)≤[σ-1]，[σ-1]為許用對(duì)稱循環(huán)彎曲應(yīng)力，45鋼調(diào)質(zhì)取55-65MPa）；③疲勞強(qiáng)度校核（若變載荷，需計(jì)算應(yīng)力幅、平均應(yīng)力，用Goodman直線方程校核）；5）剛度校核（高速軸需控制扭轉(zhuǎn)角θ=T/(GIP)×180/π≤[θ]，[θ]一般0.5-1°/m）。例如，設(shè)計(jì)電機(jī)輸出軸（P=10kW，n=1450r/min），初步d=30mm，若軸上有齒輪（徑向力Fr=2000N，跨距L=100mm），則最大彎矩M=Fr×L/4=50000N·mm，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ=9550×103×10/(0.2×303×1450)≈12MPa，彎曲應(yīng)力σb=32M/(πd3)=32×50000/(π×303)≈19MPa，σe=√(192+4×122)=28MPa≤[σ-1]（合格）。Q6：帶傳動(dòng)中，為什么需要張緊？常用張緊方式有哪些？如何避免帶的打滑與疲勞破壞？A：帶傳動(dòng)靠摩擦力傳遞動(dòng)力，工作中帶會(huì)因塑性變形松弛，導(dǎo)致摩擦力下降（打滑），故需張緊。常用方式：1）定期張緊：調(diào)整中心距（水平布置時(shí)增大中心距，垂直布置時(shí)減小中心距防松脫）；2）自動(dòng)張緊：用重錘或彈簧使帶輪隨動(dòng)（適用于空間受限場景）；3）張緊輪張緊：在松邊內(nèi)側(cè)靠近大帶輪處（避免反向彎曲降低帶壽命）或外側(cè)（增大包角），張緊輪直徑≥小帶輪直徑的0.8倍，材料與帶輪相同。避免打滑：1）控制有效拉力Fe≤Fec（臨界摩擦力，F(xiàn)ec=2F0(1-1/e^(fα))，F(xiàn)0為預(yù)緊力，f為摩擦系數(shù)，α為包角）；2）增大包角（α≥120°，必要時(shí)用張緊輪）；3）限制傳動(dòng)比i≤7（i過大，小帶輪包角過?。?。避免疲勞破壞：1）控制帶速v（5-25m/s，v↑離心力↑，v↓則Fe↑需更大預(yù)緊力）；2）減小彎曲應(yīng)力（σb=E×h/(2d)，h為帶高，d為帶輪直徑，故小帶輪直徑d1≥dmin，如普通V帶d1≥75mm）；3）限制循環(huán)次數(shù)（避免頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)）。Q7：簡述螺紋連接的防松原理，列舉至少5種常用防松方法，并說明適用場景。A：防松原理是阻止螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)（包括軸向和周向），分為摩擦防松、機(jī)械防松、永久防松三類。常用方法：1）摩擦防松：①彈簧墊圈（利用彈性變形產(chǎn)生軸向壓力，適用于一般機(jī)械，不適高溫（彈性失效））；②雙螺母（主螺母受拉，副螺母受壓，使螺紋接觸段摩擦力增大，適用于低速、穩(wěn)定載荷）；③自鎖螺母（尼龍嵌件螺母，嵌件與螺紋擠壓產(chǎn)生摩擦力，耐振動(dòng)，可重復(fù)使用）。2）機(jī)械防松：①開口銷+槽形螺母（銷穿螺母槽和螺栓尾孔，防轉(zhuǎn)動(dòng)，適用于高速、沖擊載荷（如汽車輪轂））；②止動(dòng)墊圈（內(nèi)舌嵌入螺栓槽，外舌彎入螺母側(cè)面，適用于軸端連接）；③串聯(lián)鋼絲（鋼絲穿入螺栓頭部孔并交叉拉緊，防同步轉(zhuǎn)動(dòng)，適用于成組螺栓（如發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋））。3）永久防松：①膠接（厭氧膠涂螺紋，固化后粘結(jié)，適用于需長期固定（如精密設(shè)備））；②焊接（螺栓與螺母點(diǎn)焊，不可拆卸，適用于不重要連接）。例如，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸螺栓（高速、強(qiáng)振動(dòng)）用開口銷防松；機(jī)床床頭箱連接螺栓（穩(wěn)定載荷）用彈簧墊圈；起重機(jī)臂架銷軸（需頻繁拆卸）用自鎖螺母。Q8：設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的機(jī)械裝置（如手動(dòng)壓蓋機(jī)），需考慮哪些設(shè)計(jì)要素？請(qǐng)簡述設(shè)計(jì)流程。A：需考慮要素：1）功能需求：壓蓋力（如500N）、行程（如壓下30mm）、操作方式（手動(dòng)搖桿）；2）人機(jī)工程：手柄力（≤30N，避免疲勞）、操作高度（1000-1200mm，符合人體工學(xué)）；3）結(jié)構(gòu)合理性：傳動(dòng)效率（齒輪/連桿機(jī)構(gòu)效率≥0.8）、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性（避免死點(diǎn)）；4）加工工藝：零件材料（Q235鋼板焊接機(jī)架，45鋼軸類）、加工精度（軸承孔φ30H7）、裝配可行性（部件可拆分）；5）成本控制：標(biāo)準(zhǔn)化零件（軸承6005、M8螺栓）、簡化結(jié)構(gòu)（減少機(jī)加工面）；6）安全性：急停裝置（無動(dòng)力源可忽略）、防夾手設(shè)計(jì)（外露運(yùn)動(dòng)件加防護(hù)罩）。設(shè)計(jì)流程：1）需求分析：明確壓蓋力F=500N，行程s=30mm，操作力F手≤30N；2）方案設(shè)計(jì)：選擇連桿增力機(jī)構(gòu)（省力，傳動(dòng)比i=F/F手=500/30≈16.7），確定搖桿長度L1=300mm（手推力臂），連桿長度L2=150mm，壓頭行程s=2L2sinθ（θ為搖桿擺角，取θ=30°，s=2×150×0.5=150mm，需調(diào)整參數(shù)使s=30mm）；3）力學(xué)計(jì)算：搖桿力矩平衡F手×L1=F壓×L2×cosθ（θ為連桿與垂直方向夾角，取θ=10°，cosθ≈0.98），則F壓=30×300/(150×0.98)=61.2N（不滿足），需改用齒輪齒條（齒輪z=20，m=2，齒條行程30mm，齒輪半徑r=20mm，手輪半徑R=200mm，傳動(dòng)比i=R/r=10，F(xiàn)壓=30×10=300N（仍不足），最終選螺旋機(jī)構(gòu)（螺距p=2mm，手柄半徑R=200mm，效率η=0.4，F(xiàn)壓=2πRηF手/p=2×π×200×0.4×30/2≈4524N（遠(yuǎn)超需求，可減小R=100mm，F(xiàn)壓≈2262N，調(diào)節(jié)螺距p=4mm，F(xiàn)壓≈1131N，滿足500N要求）；4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：繪制裝配圖（手柄-螺桿-壓頭-機(jī)架），標(biāo)注尺寸（螺桿M16×4，機(jī)架鋼板厚8mm）、公差（螺桿與螺母配合H7/g6）；5）驗(yàn)證：用SolidWorks模擬受力（螺桿最大應(yīng)力σ=F/A=500/(π×82)=2.5MPa≤[σ]（Q235[σ]=140MPa），安全）；6）優(yōu)化：減輕機(jī)架重量（加筋板代替厚鋼板），增加導(dǎo)向套（防止壓頭偏斜）。Q9：機(jī)械設(shè)計(jì)中，如何處理零件的“應(yīng)力集中”問題？列舉5種常見的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施。A：應(yīng)力集中是因零件截面突變（如臺(tái)階、孔、鍵槽）導(dǎo)致局部應(yīng)力遠(yuǎn)高于平均應(yīng)力的現(xiàn)象，易引發(fā)疲勞斷裂。處理措施：1）避免銳角過渡：臺(tái)階軸用圓角過渡（r≥0.05d，d為軸徑），代替直角（直角處應(yīng)力集中系數(shù)Kt≈2.5，圓角r=0.1d時(shí)Kt≈1.5）；2）減小截面突變幅度：軸肩高度h≤0.05d（高速軸），或采用凹切槽（在大直徑段切槽，使過渡圓角r增大）；3）孔口倒棱：板上通孔邊緣倒45°×0.5mm角（消除尖角，Kt從3.0降至1.8）；4）鍵槽設(shè)計(jì)：單鍵槽改為雙鍵槽對(duì)稱布置（減少彎曲應(yīng)力集中），或用花鍵（應(yīng)力集中系數(shù)低于單鍵）；5）避免在高應(yīng)力區(qū)開孔：齒輪輪輻孔遠(yuǎn)離齒根（齒根為高應(yīng)力區(qū)），或孔邊加凸臺(tái)（增強(qiáng)局部剛度）；6）表面強(qiáng)化：高頻淬火（提高表層硬度，壓縮殘余應(yīng)力抵消拉應(yīng)力）、噴丸（表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，Kt降低30%-50%）。例如，齒輪軸的軸承安裝段與齒輪段過渡處，采用r=3mm圓角（軸徑d=40mm，r=0.075d），并在圓角處噴丸處理；法蘭連接的螺栓孔，邊緣倒1×45°角，避免尖角開裂。Q10：簡述機(jī)械設(shè)計(jì)中“標(biāo)準(zhǔn)化”的意義，列舉3個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的國家標(biāo)準(zhǔn)，并說明其應(yīng)用場景。A：標(biāo)準(zhǔn)化意義：1）降低成本：減少零件種類（如螺栓、軸承），實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)；2）提高互換性：不同廠家零件可替換（如電機(jī)軸與減速器輸入軸通過標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器連接）；3）保證質(zhì)量：按國標(biāo)設(shè)計(jì)（如齒輪精度GB/T10095），避免設(shè)計(jì)失誤；4）促進(jìn)技術(shù)交流：統(tǒng)一術(shù)語（如形位公差符號(hào)GB/T1182），便于圖紙傳遞。常用國標(biāo)：1）GB/T1800.1-2020《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）極限與配合第1部分：公差、偏差和配合的基礎(chǔ)》：規(guī)定公差帶代號(hào)（如H7、k6），用于孔軸配合設(shè)計(jì)（如軸承與軸的配合φ50H7/js6）；2）GB/T10095.1-2008《圓柱齒輪精度制第1部分：輪齒同側(cè)齒面偏差的定義和允許值》：規(guī)定齒輪精度等級(jí)（如6級(jí)用于一般減速器，5級(jí)用于高精度機(jī)床），指導(dǎo)齒面加工（如齒距累積偏差Fp≤0.03mm）；3）GB/T1184-1996《形狀和位置公差未注公差值》：規(guī)定未標(biāo)注形位公差的默認(rèn)精度（如直線度未注公差按H級(jí)，長度100mm時(shí)允許0.05mm），簡化圖紙標(biāo)注；4）GB/T307.1-2016《滾動(dòng)軸承向心軸承公差》：規(guī)定軸承內(nèi)圈公差帶（上偏差0，下偏差負(fù)），用于確定與軸的配合（如6205軸承內(nèi)圈與軸配合φ25k6）。例如，設(shè)計(jì)普通V帶輪時(shí)，按GB/T11544-2012《普通V帶和窄V帶尺寸》確定輪槽尺寸（槽型A，槽深8mm，槽角34°），保證與標(biāo)準(zhǔn)V帶（A-1000）的匹配；設(shè)計(jì)螺栓連接時(shí)，按GB/T5782-2016《六角頭螺栓》選擇M12×50螺栓（螺紋公差6g，性能等級(jí)8.8級(jí)）。Q11：在SolidWorks中進(jìn)行裝配體設(shè)計(jì)時(shí)，如何避免干涉？常用的檢查方法有哪些？如何優(yōu)化裝配體的性能（如打開速度、計(jì)算效率）？A：避免干涉需在設(shè)計(jì)過程中控制：1）合理設(shè)置配合：優(yōu)先用“重合”“同軸心”“距離”等精確配合，避免“接觸”“相切”（易因公差導(dǎo)致干涉）；2）分階段檢查：完成2-3個(gè)零件裝配后立即用“干涉檢查”工具（菜單：工具-評(píng)估-干涉檢查），標(biāo)記硬干涉（實(shí)體相交）和軟干涉（間隙小于設(shè)定值）；3）使用公差分析：在配合中添加尺寸公差（如軸φ30h7與孔φ30H7，間隙0-0.021mm），用“公差分析”插件模擬最壞情況（最大過盈或間隙）。常用檢查方法：1）手動(dòng)拖動(dòng)：用“移動(dòng)零部件”工具手動(dòng)旋轉(zhuǎn)/平移，觀察是否碰撞；2）動(dòng)態(tài)干涉檢查：勾選“動(dòng)態(tài)間隙檢測(cè)”（選項(xiàng)-系統(tǒng)選項(xiàng)-裝配體），拖動(dòng)時(shí)實(shí)時(shí)顯示間隙；3）批量檢查：對(duì)整個(gè)裝配體運(yùn)行“干涉檢查”，輸出報(bào)告（列出干涉零件、體積、位置）。優(yōu)化性能：1）輕化處理：將非當(dāng)前操作的零件設(shè)為“輕化”（右鍵-顯示狀態(tài)-輕化），僅加載幾何信息；2）抑制零部件：暫時(shí)隱藏不相關(guān)零件（如螺栓），減少計(jì)算量；3）使用簡化配置：為復(fù)雜零件（如齒輪）創(chuàng)建簡化配置（刪除小特征如圓角），用于裝配體整體預(yù)覽；4）關(guān)閉視覺效果：禁用“光線追蹤”“反射”等渲染選項(xiàng)（選項(xiàng)-系統(tǒng)選項(xiàng)-顯示/選擇）；5）分裝配體設(shè)計(jì)：將功能模塊（如齒輪箱、潤滑系統(tǒng)）設(shè)為子裝配體，減少頂層裝配體的零件數(shù)量。例如，設(shè)計(jì)機(jī)床主軸箱時(shí)，先裝配主軸、軸承、齒輪（子裝配體），再與箱體、端蓋裝配（頂層），對(duì)齒輪與箱體的配合進(jìn)行干涉檢查（發(fā)現(xiàn)齒輪齒頂與箱體間隙僅0.5mm，需增大箱體孔直徑2mm），并將軸承、螺栓設(shè)為輕化狀態(tài)，提升裝配體打開速度。Q12：簡述機(jī)械設(shè)計(jì)中“冗余設(shè)計(jì)”的概念，舉例說明其在實(shí)際中的應(yīng)用，并分析可能的缺點(diǎn)。A：冗余設(shè)計(jì)是通過增加備用部件或功能，提高系統(tǒng)可靠性（當(dāng)主部件失效時(shí)，冗余部件接管工作）。應(yīng)用舉例：1）液壓系統(tǒng)：雙泵供油（主泵+備用泵，壓力傳感器檢測(cè)主泵失效后啟動(dòng)備用泵）；2）傳動(dòng)系統(tǒng)：雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)（如龍門銑床，左右兩側(cè)各一電機(jī)，同步控制，單電機(jī)失效時(shí)另一臺(tái)仍可維持運(yùn)行）；3）連接結(jié)構(gòu)：重要螺栓連接（如橋梁拉桿）采用“1備1”（設(shè)計(jì)2個(gè)螺栓，實(shí)際僅1個(gè)受力，失效時(shí)另一個(gè)承載）；4）控制系統(tǒng)：PLC冗余（主PLC+從PLC，數(shù)據(jù)同步，主站故障時(shí)從站切換）。優(yōu)點(diǎn)：顯著提高系統(tǒng)可靠性（如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的雙余度控制系統(tǒng)，失效概率從10^-5降至10^-10）；缺點(diǎn)：1）成本增加（冗余部件的采購、安裝、維護(hù)費(fèi)用）；2）重量/體積增大（如雙泵系統(tǒng)需額外泵、管路，占用空間）；3）復(fù)雜性提高（冗余切換邏輯可能引入新故障點(diǎn)，如傳感器誤判導(dǎo)致誤切換）。例如，起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，主鋼絲繩+副鋼絲繩（冗余），當(dāng)主繩斷裂時(shí)副繩承重，但需增加滑輪組、鋼絲繩長度（成本↑，重量↑），且需定期檢查副繩（維護(hù)工作量↑）；再如，汽車制動(dòng)系統(tǒng)的雙回路設(shè)計(jì)（前軸/后軸獨(dú)立制動(dòng)，一回路失效另一回路仍可制動(dòng)），雖增加管路數(shù)量，但確保了安全（冗余設(shè)計(jì)的典型成功應(yīng)用）。Q13：機(jī)械設(shè)計(jì)中，如何確定零件的表面粗糙度？需考慮哪些因素？舉例說明不同工況下的粗糙度選擇。A：表面粗糙度（Ra）影響零件的耐磨性、配合性質(zhì)、疲勞強(qiáng)度、密封性。確定原則：1）功能需求：①配合表面＞非配合表面（如軸頸與軸承配合Ra0.8-1.6，軸肩非配合面Ra6.3）；②動(dòng)配合＞靜配合（滑動(dòng)軸承軸頸Ra0.4-0.8，滾動(dòng)軸承軸頸Ra0.8-1.6）；③受循環(huán)載荷表面（齒輪齒面Ra0.8-1.6，避免應(yīng)力集中）；④密封面（法蘭結(jié)合面Ra1.6-3.2，防止泄漏）。2）加工經(jīng)濟(jì)性：Ra值越小，加工成本越高（如Ra0.8需磨削，Ra1.6可精車，Ra3.2可半精車）。3）材料特性：軟材料（如銅、鋁）易加工出低粗糙度（Ra0.8），硬材料（如淬火鋼）需磨削（Ra0.4）。舉例：①發(fā)動(dòng)機(jī)活塞與缸套（滑動(dòng)摩擦，壓力大）：缸套內(nèi)表面Ra0.4-0.8（保證油膜形成，減少磨損）；②普通減速器齒輪齒面（中速、中載）：Ra1.6（精銑或精滾）；③螺栓連接的法蘭面（靜密封）：Ra3.2（半精銑，兼顧密封與成本）；④滾動(dòng)軸承內(nèi)圈滾道（高接觸應(yīng)力）：Ra0.1-0.2（超精磨，減少點(diǎn)蝕）；⑤機(jī)床導(dǎo)軌面（滑動(dòng)導(dǎo)向）：Ra0.8-1.6（磨削，保證運(yùn)動(dòng)精度）。Q14：設(shè)計(jì)一個(gè)軸類零件的鍵連接，需考慮哪些參數(shù)？如何選擇鍵的類型和尺寸？A：需考慮參數(shù)：軸徑d、傳遞扭矩T、輪轂長度L、工作載荷（靜載/動(dòng)載）、對(duì)中性要求。鍵類型選擇：1）平鍵（最常用）：①普通平鍵（A/B/C型，A型帶圓頭，B型方頭，C型單圓頭），用于靜連接（如齒輪與軸）；②導(dǎo)向平鍵（鍵固定在軸上，輪轂可滑動(dòng)），用于動(dòng)連接（如變速箱滑移齒輪）；③滑鍵（鍵固定在輪轂上，隨輪轂滑動(dòng)），用于輪轂滑移距離大（＞100mm）；2）半圓鍵（鍵呈半圓形，可繞軸槽擺動(dòng)），用于錐形軸端（如手輪連接），但對(duì)軸削弱大（僅適用于輕載）；3）楔鍵（上下面為斜面，靠摩擦力和楔緊力傳力），用于對(duì)中性要求低（如帶輪與軸），但易引起軸轂偏斜；4）花鍵（多齒傳力，承載高、對(duì)中性好），用于重載、高精度（如汽車變速箱輸入軸）。尺寸確定：1）鍵寬b和鍵高h(yuǎn)：按軸徑d查表（如d=40mm，普通平鍵b=12mm，h=8mm，GB/T1096-2003）；2）鍵長L：≤輪轂長度L轂×0.7-0.8（避免輪轂斷裂），且L≥b+2×倒角（如L轂=80mm，取L=60mm）；3）強(qiáng)度校核：擠壓強(qiáng)度σp=4T/(dhl)≤[σp]（[σp]：鋼輪轂100-120MPa，鑄鐵輪轂50-60MPa，l=L-b為鍵的接觸長度）。例如，設(shè)計(jì)電機(jī)軸（d=50mm，T=500N·m）與齒輪連接，選普通平鍵（A14×9×80，b=14mm，h=9mm，L=80mm，l=80-14=66mm），σp=4×500×103/(50×9×66)=68MPa≤[σp]（鋼輪轂100MPa，合格）。Q15：簡述機(jī)械設(shè)計(jì)中“有限元分析（FEA）”的基本流程，設(shè)計(jì)小白在使用FEA時(shí)容易犯哪些錯(cuò)誤？A：基本流程：1）模型簡化：去除小特征（如圓角、小孔），保留主要承載結(jié)構(gòu)（減少計(jì)算量，同時(shí)不影響應(yīng)力分布）；2）材料定義：輸入材料屬性（彈性模量E、泊松比ν、密度ρ、屈服強(qiáng)度σs）；3）網(wǎng)格劃分：選擇單元類型（四面體/六面體，六面體精度高但難劃分），控制網(wǎng)格尺寸（關(guān)鍵區(qū)域細(xì)化，如應(yīng)力集中處網(wǎng)格尺寸=1-2mm，非關(guān)鍵區(qū)域=5-10mm）；4）約束與載荷：施加邊界條件（如固定端全約束）、載荷（集中力、分布力、扭矩）；5）求解：選擇求解器（靜態(tài)/動(dòng)態(tài)/熱分析，小白常用靜態(tài)）；6）結(jié)果分析：查看應(yīng)力云圖（最大應(yīng)力≤許用應(yīng)力）、位移云圖（變形量≤允許值）、安全系數(shù)（≥1.5-2.0）。小白常見錯(cuò)誤：1）過度簡化模型：刪除關(guān)鍵特征（如軸肩圓角），導(dǎo)致應(yīng)力集中被忽略（計(jì)算應(yīng)力遠(yuǎn)低于實(shí)際）；2）材料屬性錯(cuò)誤：誤用低碳鋼（E=200GPa）代替鋁合金（E=70GPa），導(dǎo)致剛度計(jì)算錯(cuò)誤；3）網(wǎng)格質(zhì)量差：網(wǎng)格畸變（單元長寬比＞10）、關(guān)鍵區(qū)域網(wǎng)格過粗（如齒根處網(wǎng)格尺寸=5mm，實(shí)際應(yīng)力集中需1mm網(wǎng)格）；4）約束不當(dāng)：將簡支梁錯(cuò)誤約束為固定端（實(shí)際應(yīng)為一端固定、一端自由，導(dǎo)致彎矩計(jì)算錯(cuò)誤）；5）載荷施加錯(cuò)誤：將分布力誤為集中力（如齒輪嚙合力應(yīng)施加在齒面接觸線，而非齒頂圓單點(diǎn)）；6）忽略接觸非線性：兩個(gè)零件接觸時(shí)未定義接觸類型（綁定/無摩擦/有摩擦），導(dǎo)致接觸應(yīng)力計(jì)算偏差。例如，小白分析齒輪軸時(shí)，刪除了軸肩圓角（r=3mm），計(jì)算最大應(yīng)力為80MPa（實(shí)際圓角處應(yīng)力150MPa），導(dǎo)致設(shè)計(jì)安全系數(shù)不足（實(shí)際σmax=150MPa＞[σ]=120MPa，存在斷裂風(fēng)險(xiǎn)）。Q16：機(jī)械設(shè)計(jì)中，“熱處理”的作用是什么？列舉5種常見熱處理工藝，并說明其應(yīng)用場景。A：熱處理通過控制加熱、保溫、冷卻，改變材料內(nèi)部組織，提升性能。作用：1）改善加工性能（如退火降低硬度，便于切削）；2）提高力學(xué)性能（淬火+回火提高強(qiáng)度、韌性）；3）獲得特殊性能（滲碳提高表面硬度）。常見工藝：1）退火：加熱至Ac3以上30-50℃，隨爐緩冷，降低硬度（如20鋼退火后HB≤156，便于切削），用于鑄鍛件消除內(nèi)應(yīng)力；2）正火：加熱后空冷，細(xì)化晶粒（45鋼正火后HB=170-217，比退火硬，用于不重要零件最終處理）；3）淬火：加熱至Ac3/Ac1以上，快速冷卻（水/油），獲得馬氏體（20CrMnTi滲碳后淬火，表面硬度HRC58-62），用于提高耐磨性（齒輪、軸類）；4）回火：淬火后加熱至A1以下（低溫150-250℃：保持硬度，消除應(yīng)力，用于刀具；中溫350-500℃：提高彈性，用于彈簧；高溫500-650℃：綜合力學(xué)性能，用于軸類）；5）滲碳：低碳鋼（0.15-0.25%C）加熱至900-950℃，滲碳后淬火+低溫回火，表面高硬度（HRC58-63）、心部韌性好（如汽車齒輪20CrMnTi）；6）表面淬火：中碳鋼（0.4-0.5%C）表面感應(yīng)加熱淬火，表層高硬度（HRC45-55）、心部韌性（如機(jī)床導(dǎo)軌45鋼）。例如，機(jī)床主軸（45鋼）需綜合性能，采用調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火，HB220-250）；沖頭（T10鋼）需高硬度，采用淬火+低溫回火（HRC58-62）；挖掘機(jī)履帶板（16Mn）需表面耐磨，采用滲碳淬火（表面HRC60，心部HRC30）。Q17：設(shè)計(jì)一個(gè)箱體類零件（如減速器箱體），需重點(diǎn)考慮哪些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)？A：要點(diǎn)：1）剛度與強(qiáng)度：①壁厚（灰鑄鐵HT200，壁厚δ=8-12mm，受載大處加筋板（厚度δ筋=0.8δ，高度≤5δ）；②軸承座凸臺(tái)（厚度≥1.2δ，直徑≥2倍軸承外徑，避免變形導(dǎo)致軸承偏斜）；2）加工工藝：①分型面（箱體與箱蓋結(jié)合面需精加工，Ra3.2-6.3，螺栓孔距公差±0.1mm）；②軸承孔（同軸度≤0.05mm，粗糙度Ra1.6-3.2）；③起模斜度（鑄造箱體內(nèi)外壁1°-3°，便于脫模）；3）密封與潤滑：①結(jié)合面設(shè)密封槽（放橡膠墊或涂密封膠）；②油池深度（齒輪浸油深度≥1-2個(gè)齒高，避免攪油損失）；③油標(biāo)孔（位置便于觀察油位，高度為箱體高度2/3）；4）裝配與維護(hù)：①起吊耳（頂部設(shè)吊環(huán)，重量＞50kg時(shí)需計(jì)算強(qiáng)度）；②定位銷（2個(gè)圓錐銷，直徑d=0.7-0.8倍螺栓直徑，距箱體邊緣≥2d）；③觀察孔（頂部設(shè)可拆蓋板，尺寸≥齒輪直徑1/3，便于檢查嚙合）；5）散熱：①外壁加散熱片（厚度3-5mm，間距≥10mm，增加散熱面積）；②油池體積（V≥0.005P（P為功率kW），保證散熱）。例如，設(shè)計(jì)10kW減速器箱體（中心距a=200mm），壁厚δ=10mm（HT200），軸承座凸臺(tái)厚度12mm，加垂直/水平筋板（δ筋=8mm）；結(jié)合面粗糙度Ra3.2，螺栓孔距公差±0.08mm；油池深度80mm（齒輪模數(shù)m=4，齒高h(yuǎn)=2.25m=9mm，浸油深度15mm≥9mm）；頂部設(shè)φ150觀察孔，側(cè)方設(shè)M20油標(biāo)孔（中心高120mm）；外壁設(shè)10片散熱片（長200mm，寬50mm，厚4mm，間距12mm）。Q18：機(jī)械設(shè)計(jì)中，“公差配合”的選擇對(duì)零件的裝配和使用性能有何影響？舉例說明“間隙配合”“過渡配合”“過盈配合”的典型應(yīng)用。A：公差配合直接影響裝配難易度、連接可靠性、運(yùn)動(dòng)精度。間隙配合（孔＞軸）：存在間隙，用于動(dòng)連接（如滑動(dòng)軸承與軸，間隙保證油膜形成）或要求自由裝配（如端蓋與箱體，間隙0.1-0.3mm便于安裝）；過渡配合（孔≈軸）：可能有間隙或過盈，用于準(zhǔn)確定位且需拆卸（如齒輪與軸，H7/k6，間隙0-0.021mm，靠鍵傳力）；過盈配合（孔＜軸）：靠壓力或溫差裝配，用于固定連接（如滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸，H7/r6，過盈0.01-0.03mm，防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)）。影響：1）間隙過大：滑動(dòng)軸承間隙＞0.1mm（軸徑φ50mm），會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)（油膜失效）；2）過盈過大：軸承內(nèi)圈過盈＞0.05mm，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)圈膨脹（滾動(dòng)體接觸應(yīng)力↑，壽命↓）；3）過渡配合間隙過大：齒輪與軸間隙＞0.03mm（無鍵連接），會(huì)導(dǎo)致松動(dòng)（扭矩傳遞失效）。舉例：①間隙配合：活塞與缸套（H9/d9，間隙0.08-0.20mm，保證熱膨脹后仍可滑動(dòng)）；②過渡配合：聯(lián)軸器與電機(jī)軸（H7/js6，間隙±0.015mm，靠緊定螺釘固定）；③過盈配合：齒輪輪轂與軸（H7/s6，過盈0.02-0.04mm，用于無鍵連接的重載傳動(dòng)）。Q19：簡述機(jī)械設(shè)計(jì)中“失效分析”的基本步驟，設(shè)計(jì)小白如何通過失效案例提升設(shè)計(jì)能力？A：失效