机械设计工程师职称考试试题及答案

机械设计工程师职称考试试题及答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）1.一杆件受轴向拉伸，其横向应变（线膨胀）与纵向应变之比的绝对值称为（）。A.杨氏模量B.泊松比C.屈服强度D.断裂韧性2.对于受扭圆轴，其横截面上切应力方向与扭矩方向的关系是（）。A.相同B.相反C.垂直D.无关3.在机械设计中，通常将零件可能发生的失效形式分为强度失效、刚度失效和（）。A.磨损失效B.疲劳失效C.稳定性失效D.寿命失效4.平键连接主要依靠键的（）传递扭矩。A.侧面B.上表面C.下表面D.端面5.选择滚动轴承类型时，首要考虑的因素通常是（）。A.轴承的极限转速B.轴承的寿命C.轴承的尺寸D.轴承的价格6.在零件图上，表示表面粗糙度的参数通常是（）。A.尺寸公差B.形位公差C.轮廓算术平均偏差RaD.基准要素7.一对标准直齿圆柱齿轮要正确啮合，必须满足的条件之一是（）。A.模数相等B.压力角相等C.中心距相等D.A和B8.机构自由度的计算公式是F=3n-2pL-pH，其中pL表示（）。A.低副数量B.高副数量C.构件数量D.轨迹约束数9.下列材料中，最适合用于制造承受冲击载荷的零件的是（）。A.灰铸铁B.45钢调质C.Q235钢D.铝合金10.热处理工艺中，能显著提高材料强度和硬度的方法是（）。A.退火B.正火C.淬火D.回火二、判断题（每题1分，共10分。请将正确的划“√”，错误的划“×”）1.静载荷作用下，材料的许用应力等于极限应力除以安全系数。（）2.疲劳极限是指材料在循环载荷作用下不发生断裂的最大应力。（）3.键连接属于可拆连接。（）4.滚动轴承的基本额定寿命是指一批轴承中10%的轴承发生疲劳破坏前的总转数。（）5.线性尺寸公差表示零件尺寸允许的变动范围。（）6.任何机构都能实现预定运动规律。（）7.锥齿轮传动可以用于相交轴或交错轴之间的传动。（）8.装配图是表达机器或部件结构、工作原理和技术要求的图样。（）9.提高零件刚度的常用方法有增加截面尺寸、改善结构形式等。（）10.金属材料在拉伸过程中，屈服阶段之后通常会发生颈缩现象。（）三、填空题（每空1分，共15分。请将答案填在横线上）1.构件的强度是指构件抵抗______的能力，刚度是指构件抵抗______的能力。2.常用的销连接有圆柱销连接、______连接和槽销连接。3.选择滚动轴承时，需要根据载荷类型和大小选择轴承的______、______和______。4.表面粗糙度符号“□”表示______。5.平面连杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其他两杆长度之和，则该机构为______机构。6.常用的机械传动形式有______传动、______传动、______传动和______传动。7.零件图中，尺寸标注必须满足______、______、______和______四个基本要求。四、简答题（每题5分，共20分）1.简述机械零件常见失效形式及其产生原因。2.简述选择普通平键连接类型和尺寸的主要依据。3.简述滚动轴承润滑的目的和方法。4.简述绘制零件图时，应标注哪些主要内容？五、计算题（共35分）1.（8分）如图所示，简支梁AB受集中力F作用，试求截面C上的弯矩MC（假设图略，F、a、b、l已知，请自行设定数值进行计算）。并校核梁是否满足强度要求（已知梁材料许用弯曲应力[σ]）。2.（10分）某轴传递功率P=7.5kW，转速n=300r/min，轴的材料为45钢调质，轴上安装一对6208型滚动轴承（额定动载荷Cr=24.5kN，额定静载荷C0r=18.5kN），轴承受径向载荷Fr=4000N，轴向载荷Fa=1500N。试计算该轴的当量动载荷P，并校核轴承是否满足静载荷要求。3.（9分）一对标准直齿圆柱齿轮，模数m=3mm，压力角α=20°，小齿轮齿数z1=21，大齿轮齿数z2=67。试计算该对齿轮传动的传动比i、中心距a和分度圆直径d1、d2。4.（8分）如图所示，杠杆式压榨机，在力F的作用下压榨物体W（假设图略，F、l1、l2已知，请自行设定数值进行计算）。设压榨力W作用点距离支点O的距离为l3。试用杠杆平衡原理求压榨力W的大小。试卷答案一、选择题1.B解析：泊松比是描述材料横向变形与纵向变形之间关系的无量纲系数。2.C解析：根据圆轴扭转切应力公式τ=Tρ/Jp，切应力方向与半径ρ垂直，而扭矩T是矢量，其方向符合右手定则，故切应力方向与扭矩方向垂直。3.C解析：机械零件失效形式主要包括强度失效（如断裂、屈服）、刚度失效（变形过大）和稳定性失效（如失稳）。4.A解析：平键连接依靠键的侧面对键槽的挤压来传递扭矩。5.B解析：轴承的寿命选择是确保机械可靠运行的首要因素，通常根据预期寿命和工作条件选择。6.C解析：Ra（轮廓算术平均偏差）是国际通用的表面粗糙度主要评定参数。7.D解析：正确啮合条件要求两齿轮模数和压力角必须分别相等。8.A解析：公式中pL代表机构中的低副数量。9.B解析：45钢调质处理可以获得良好的综合力学性能，包括较高的强度和韧性，适合承受冲击载荷。10.C解析：淬火是快速冷却的热处理工艺，能显著提高材料的硬度和强度。二、判断题1.√解析：许用应力是保证安全运行时零件允许承受的最大应力，计算方法为极限应力除以安全系数。2.√解析：疲劳极限是材料在规定循环次数下不发生疲劳断裂的最大应力。3.√解析：键连接可以方便地拆卸和安装。4.√解析：基本额定寿命指一批轴承在额定载荷作用下，有90%的轴承不发生疲劳破坏前的总转数或总时间。5.√解析：尺寸公差就是零件尺寸允许的变动范围。6.×解析：并非所有机构都能实现任意预定的运动规律，其运动形式受结构约束。7.√解析：锥齿轮可以用于相交轴（直交）和交错轴之间的传动。8.√解析：装配图用于表达机器或部件的组成、结构、装配关系和工作原理等。9.√解析：增加截面惯性矩、改善结构（如增加支撑）是提高刚度的有效方法。10.×解析：颈缩现象发生在拉伸试验的局部缩径阶段，而屈服阶段是应力基本不变、应变显著增加的阶段。三、填空题1.外力作用；变形解析：强度是抵抗破坏的能力，刚度是抵抗变形的能力。2.圆锥销解析：常用的销连接有圆柱销、圆锥销和槽销。3.类型；尺寸；精度解析：选择轴承需考虑载荷性质（径向/轴向）、大小、转速、安装条件等，对应选择不同类型（如深沟球、角接触）、尺寸（内径、外径）和精度等级。4.需要去除材料解析：表面粗糙度符号“□”表示加工表面需要通过去除材料（如铣、车、磨）达到的要求。5.双曲柄解析：根据杆长关系判断平面四杆机构的类型。6.齿轮；带；链；摩擦解析：常见的机械传动类型包括这四种。7.完整性；正确性；清晰性；唯一性解析：尺寸标注的四个基本要求。四、简答题1.答：机械零件常见失效形式有：*强度失效：如断裂、屈服。产生原因：应力超过材料极限或疲劳累积。*刚度失效：如变形过大。产生原因：应力或载荷作用下弹性变形超出允许范围。*稳定性失效：如失稳（压杆失稳）。产生原因：载荷超过临界载荷。*磨损失效：如磨损、腐蚀。产生原因：表面间相对运动、摩擦、环境介质。*疲劳失效：如疲劳断裂。产生原因：循环应力作用。2.答：选择平键类型主要依据载荷类型（主要是传递扭矩，可附带轴向力）和键槽宽度，选择尺寸主要依据轴的直径。通常，键的截面尺寸b按轴径d选取（如d=16-22mm选b=6mm键），键长L一般取1.5-2倍的轴径，并符合标准系列。对于传递较大扭矩或承受轴向力的情况，可选用强度更高的半圆键或花键连接。3.答：润滑目的：*减小摩擦，降低功耗。*冷却摩擦表面，防止过热。*填充间隙，防止磨损。*清洁作用，排除杂质。*密封作用，防尘防水。润滑方法：按润滑剂状态分，有油润滑（浸油、飞溅、压力润滑）和脂润滑；按润滑方式分，有连续润滑和间歇润滑（如手动加油）。4.答：零件图应标注的主要内容：*一组视图：准确、完整、清晰地表达零件内外结构形状。*尺寸标注：完整、正确、清晰、合理地标注所有尺寸。*技术要求：包括表面粗糙度、尺寸公差、形位公差、材料热处理要求、表面处理要求等。*标题栏和明细栏：标注零件名称、图号、材料、比例、设计、审核等信息，明细栏用于装配图。五、计算题1.解：设F=10kN,a=1m,b=2m,l=3m,[σ]=160MPa,梁截面为矩形，b=50mm,h=100mm,Iz=4.0×10^7mm^4。弯矩M_C=F*a=10kN*1m=10kN·m=10×10^3N·m。抗弯截面系数W_z=Iz/(h/2)=(4.0×10^7mm^4)/(100mm/2)=8.0×10^5mm^3=8.0×10^-4m^3。弯曲应力σ_C=M_C/W_z=(10×10^3N·m)/(8.0×10^-4m^3)=12.5×10^7Pa=125MPa。校核：σ_C=125MPa<[σ]=160MPa，满足强度要求。2.解：6208型轴承额定动载荷Cr=24.5kN，额定静载荷C0r=18.5kN。径向载荷Fr=4000N，轴向载荷Fa=1500N。根据Fa/C0r=1500N/18.5kN=0.08<e(e为径向载荷系数，对于6208约为0.22)，认为轴向载荷Fa的影响较小。当量动载荷P=X*Fr+Y*Fa，其中X≈1,Y≈0。P≈1*4000N+0*1500N=4000N。校核静载荷：径向当量静载荷P0=max(Fr,C0r)=max(4000N,18.5kN)=18.5kN。实际径向载荷Fr=4000N<P0=18.5kN，满足静载荷要求。3.解：模数m=3mm，压力角α=20°，z1=21，z2=67。传动比i=z2/z1=67/21=3.19。中心距a=(z1+z2)*m/2=(21+67)*3mm/2=1