2026年機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：機(jī)械零件設(shè)計(jì)與制造能力提升題集一、單選題（共5題，每題2分）說明：下列每題只有一個(gè)正確答案。1.在齒輪設(shè)計(jì)中，當(dāng)齒面接觸應(yīng)力超過許用值時(shí)，主要應(yīng)通過以下哪種方法改善？A.增大模數(shù)B.提高齒面硬度C.增加齒數(shù)D.減小齒寬2.某重型機(jī)械的軸類零件，工作環(huán)境惡劣，頻繁承受沖擊載荷，最適合采用以下哪種材料？A.45鋼調(diào)質(zhì)B.QT800-2（球墨鑄鐵）C.40Cr高頻淬火D.38CrMoAl氮化處理3.在軸承組合設(shè)計(jì)中，當(dāng)軸需要雙向承受軸向力時(shí)，通常選用以下哪種軸承類型？A.深溝球軸承B.推力球軸承C.圓錐滾子軸承D.調(diào)心滾子軸承4.某企業(yè)生產(chǎn)的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)，要求高強(qiáng)度、輕量化，以下哪種熱處理工藝最適用？A.正火B(yǎng).調(diào)質(zhì)C.淬火+低溫回火D.滲碳淬火5.在機(jī)械零件的疲勞設(shè)計(jì)中，若應(yīng)力循環(huán)特征系數(shù)r=1，則屬于以下哪種載荷類型？A.對(duì)稱循環(huán)載荷B.脈動(dòng)循環(huán)載荷C.靜載荷D.變幅載荷二、多選題（共4題，每題3分）說明：下列每題有多個(gè)正確答案，漏選、錯(cuò)選均不得分。6.影響軸類零件疲勞強(qiáng)度的因素包括哪些？A.材料的疲勞極限B.應(yīng)力集中系數(shù)C.軸的表面粗糙度D.工作溫度E.軸的轉(zhuǎn)速7.在緊固件連接設(shè)計(jì)中，提高螺栓連接強(qiáng)度的措施有哪些？A.采用高強(qiáng)度螺栓B.控制預(yù)緊力C.增加螺栓直徑D.優(yōu)化扳手角度E.采用防松結(jié)構(gòu)8.機(jī)械零件的制造誤差主要來源于哪些方面？A.機(jī)床精度B.工藝系統(tǒng)剛性不足C.刀具磨損D.環(huán)境溫度變化E.操作人員技能9.在滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)中，為提高軸承壽命，應(yīng)考慮哪些因素？A.軸承材料的選擇B.軸承間隙的合理控制C.潤(rùn)滑油的粘度D.軸承的安裝方式E.軸承的載荷分布均勻性三、判斷題（共5題，每題2分）說明：下列每題判斷正確得2分，錯(cuò)誤得0分。10.在鍵連接設(shè)計(jì)中，平鍵連接主要用于傳遞轉(zhuǎn)矩，而花鍵連接適用于高速、重載場(chǎng)合。（√/×）11.滾動(dòng)軸承的極限轉(zhuǎn)速主要受潤(rùn)滑條件的影響，潤(rùn)滑不良會(huì)導(dǎo)致軸承過早失效。（√/×）12.對(duì)于重要的機(jī)械零件，如齒輪、軸類等，通常需要進(jìn)行表面硬化處理以提高耐磨性。（√/×）13.在機(jī)械設(shè)計(jì)中，零件的公差配合等級(jí)越高，其加工成本越高。（√/×）14.焊接結(jié)構(gòu)比螺栓連接結(jié)構(gòu)具有更高的疲勞強(qiáng)度和抗沖擊性能。（√/×）四、簡(jiǎn)答題（共4題，每題5分）說明：簡(jiǎn)要回答問題，重點(diǎn)突出關(guān)鍵點(diǎn)。15.簡(jiǎn)述機(jī)械零件設(shè)計(jì)中應(yīng)力集中的概念及其危害。16.簡(jiǎn)述軸上零件的軸向固定方法及其適用場(chǎng)合。17.簡(jiǎn)述滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑方式及其選擇原則。18.簡(jiǎn)述機(jī)械零件疲勞失效的主要原因及其預(yù)防措施。五、計(jì)算題（共3題，每題10分）說明：根據(jù)題目條件，列出計(jì)算公式并得出結(jié)果。19.某齒輪傳動(dòng)的模數(shù)m=3mm，齒數(shù)z1=20，z2=80，試計(jì)算該齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比i及中心距a。20.某軸承受扭矩T=800N·m，軸的直徑d=40mm，材料許用剪應(yīng)力τ=60MPa，試校核該軸的強(qiáng)度是否滿足要求。21.某滑動(dòng)軸承的軸頸直徑d=50mm，軸承寬度B=40mm，載荷F=5000N，潤(rùn)滑油粘度η=0.08Pa·s，試計(jì)算該軸承的雷諾數(shù)Re，并判斷潤(rùn)滑狀態(tài)。六、綜合應(yīng)用題（共2題，每題15分）說明：結(jié)合實(shí)際工程案例，分析問題并提出解決方案。22.某礦山機(jī)械的齒輪箱長(zhǎng)期在重載、多塵環(huán)境下工作，導(dǎo)致齒輪磨損嚴(yán)重，試分析可能的原因并提出改進(jìn)措施。23.某汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的材料為QT800-2，要求承受軸向力F=8000N和徑向力F_r=5000N，試選擇合適的軸承類型，并說明選擇理由。答案與解析一、單選題1.B解析：齒面接觸應(yīng)力與齒面硬度成正比，提高齒面硬度（如高頻淬火、滲碳淬火）可有效改善接觸應(yīng)力。模數(shù)和齒數(shù)主要影響承載能力和傳動(dòng)比，齒寬影響接觸面積，但不是主要方法。2.C解析：45鋼調(diào)質(zhì)適用于一般軸類零件，QT800-2強(qiáng)度高但韌性稍差，調(diào)質(zhì)后的40Cr具有高強(qiáng)度和良好的沖擊韌性，適合沖擊載荷工況。氮化處理主要提高表面硬度，但不適用于沖擊載荷。3.C解析：圓錐滾子軸承可同時(shí)承受徑向力和雙向軸向力，深溝球軸承主要承受徑向力，推力球軸承只能承受單向軸向力，調(diào)心滾子軸承適用于調(diào)心要求高的場(chǎng)合。4.D解析：汽車轉(zhuǎn)向節(jié)需高強(qiáng)度和輕量化，滲碳淬火可顯著提高表面硬度和耐磨性，同時(shí)保持心部韌性。正火和調(diào)質(zhì)強(qiáng)度不足，淬火+低溫回火適用于耐磨件但韌性較差。5.A解析：對(duì)稱循環(huán)載荷的應(yīng)力循環(huán)特征系數(shù)r=1，如靜載荷或恒定載荷。脈動(dòng)循環(huán)r=0，靜載荷r=-1。二、多選題6.A、B、C、D、E解析：疲勞強(qiáng)度受材料、應(yīng)力集中、表面粗糙度、溫度和轉(zhuǎn)速等多因素影響，均正確。7.A、B、C、E解析：提高螺栓強(qiáng)度需高強(qiáng)度材料、合理預(yù)緊力、大直徑和防松結(jié)構(gòu)，扳手角度影響預(yù)緊力控制但非強(qiáng)度本身。8.A、B、C、D、E解析：制造誤差來源于機(jī)床、工藝剛性、刀具磨損、溫度變化和操作技能，均正確。9.A、B、C、D、E解析：軸承壽命受材料、間隙、潤(rùn)滑油、安裝和載荷分布影響，均正確。三、判斷題10.√解析：平鍵用于傳遞轉(zhuǎn)矩，花鍵承載能力更強(qiáng)，適用于高速重載。11.√解析：潤(rùn)滑不良會(huì)導(dǎo)致摩擦增大、溫升過高，加速軸承磨損和失效。12.√解析：表面硬化（如滲碳、氮化、高頻淬火）可顯著提高耐磨性，適用于重要零件。13.√解析：公差等級(jí)越高，加工精度要求越高，成本越高。14.×解析：焊接結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生焊接應(yīng)力，疲勞強(qiáng)度可能降低；螺栓連接可拆卸，便于維修。四、簡(jiǎn)答題15.應(yīng)力集中的概念及其危害解析：應(yīng)力集中是指零件幾何形狀突變處（如孔、槽、尖角）應(yīng)力遠(yuǎn)高于平均應(yīng)力的現(xiàn)象。危害：易引發(fā)疲勞裂紋，縮短零件壽命。預(yù)防措施：采用圓角過渡、避免尖角、增大孔邊圓角等。16.軸上零件的軸向固定方法解析：方法包括：軸肩、套筒、螺母、擋圈、緊定螺釘。適用場(chǎng)合：軸肩用于固定位置要求不高處；套筒適用于相鄰零件間距小的情況；螺母和擋圈用于承受較大軸向力；緊定螺釘用于精確定位小零件。17.滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑方式及選擇原則解析：潤(rùn)滑方式包括：油潤(rùn)滑（飛濺、壓力、脂潤(rùn)滑）、脂潤(rùn)滑。選擇原則：載荷大、高速選壓力潤(rùn)滑；載荷小、低速選飛濺潤(rùn)滑；重載低速選脂潤(rùn)滑。潤(rùn)滑油的粘度需根據(jù)溫度、載荷和轉(zhuǎn)速選擇。18.機(jī)械零件疲勞失效原因及預(yù)防措施解析：原因：應(yīng)力循環(huán)、材料缺陷、表面粗糙度、腐蝕、過載等。預(yù)防措施：選用高疲勞極限材料、避免應(yīng)力集中、提高表面質(zhì)量（拋光）、控制工作溫度、合理熱處理。五、計(jì)算題19.齒輪傳動(dòng)計(jì)算公式：i=z2/z1=80/20=4；a=(m(z1+z2))/2=(3×(20+80))/2=150mm。結(jié)果：傳動(dòng)比i=4，中心距a=150mm。20.軸強(qiáng)度校核公式：τ=T/(0.2πd^3)=800/(0.2×π×40^3)≈39.3MPa<60MPa。結(jié)果：強(qiáng)度滿足要求。21.滑動(dòng)軸承雷諾數(shù)計(jì)算公式：Re=(π×d×B×υ)/η=(π×50×40×0.5)/0.08≈785000，υ為軸頸圓周速度υ=π×d×n/60=π×40×500/60≈41.9m/s。結(jié)果：Re=785000，屬于混合潤(rùn)滑。六、綜合應(yīng)用題22.齒輪磨損原因及改進(jìn)措施原因：潤(rùn)滑不良、載荷過載、齒面硬度不足、制造誤差、環(huán)境多塵等。改進(jìn)措施：改進(jìn)潤(rùn)滑系統(tǒng)（如強(qiáng)制潤(rùn)滑）、選用高強(qiáng)度耐磨材料（