2025年高频机械设计面试题库及答案

2025年高频机械设计面试题库及答案一、机械原理与机构设计1.请简述平面四杆机构的基本类型及其特点答：平面四杆机构的基本类型有曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。曲柄摇杆机构：具有一个曲柄和一个摇杆。特点是能将曲柄的整周连续转动转换为摇杆的往复摆动，或者将摇杆的往复摆动转换为曲柄的整周转动。在实际应用中，如缝纫机的踏板机构，踏板相当于摇杆，通过连杆带动曲柄转动，实现缝纫动作。双曲柄机构：具有两个曲柄。其特点是两曲柄可作整周相对转动，主动曲柄等速转动时，从动曲柄一般作变速转动。例如惯性筛的机构，利用双曲柄机构的变速特性，使筛子产生变速运动，达到筛选物料的目的。双摇杆机构：具有两个摇杆。两摇杆只能在一定范围内摆动，不能作整周转动。汽车的转向机构就是双摇杆机构的应用实例，通过两个摇杆的摆动，实现汽车车轮的转向。2.什么是机构的急回特性？如何判断机构是否具有急回特性？答：机构的急回特性是指原动件作等速整周转动，从动件作往复运动时，回程速度大于工作行程速度的特性。判断机构是否具有急回特性，可通过极位夹角θ来判断。极位夹角是指机构在两个极限位置时，原动件所夹的锐角。当θ＞0时，机构具有急回特性；当θ=0时，机构不具有急回特性。对于曲柄摇杆机构，可通过测量摇杆处于两个极限位置时，曲柄所夹的锐角来确定极位夹角。3.简述凸轮机构的分类及应用场合答：凸轮机构按凸轮的形状可分为盘形凸轮、圆柱凸轮和圆锥凸轮。盘形凸轮：是一个绕固定轴转动且具有变化向径的盘形构件。它结构简单，应用广泛，常用于实现从动件的往复直线运动或摆动。如内燃机的配气机构，通过盘形凸轮的转动，控制气门的开启和关闭。圆柱凸轮：凸轮轮廓曲线位于圆柱面上。它可以实现从动件较复杂的运动规律，常用于自动机床的进刀机构等。圆锥凸轮：凸轮轮廓曲线位于圆锥面上。适用于从动件的运动平面与凸轮轴线倾斜的场合。按从动件的形状可分为尖顶从动件、滚子从动件和平底从动件。尖顶从动件能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，实现任意运动规律，但尖顶易磨损，适用于传力小、速度低的场合；滚子从动件通过滚子与凸轮接触，磨损较小，应用较为广泛；平底从动件与凸轮轮廓接触处易形成油膜，润滑条件好，常用于高速场合。二、机械强度与材料力学1.简述疲劳破坏的特点及影响疲劳强度的主要因素答：疲劳破坏的特点如下：交变应力作用下，破坏时的应力远低于材料的静强度极限。疲劳破坏是一个累积损伤的过程，要经历裂纹萌生、扩展和最终断裂三个阶段。疲劳破坏前没有明显的塑性变形，是突然发生的，具有很大的危险性。影响疲劳强度的主要因素有：应力集中：零件几何形状突变处会产生应力集中，使局部应力远高于名义应力，降低疲劳强度。如轴上的键槽、台阶等部位，应尽量采用圆角过渡，减小应力集中。尺寸大小：零件尺寸越大，内部缺陷出现的概率越大，疲劳强度越低。表面质量：零件表面粗糙度越大，疲劳裂纹越容易萌生，降低疲劳强度。提高表面加工质量，如进行磨削、抛光等，可以提高疲劳强度。环境介质：在腐蚀介质中工作的零件，会加速疲劳裂纹的扩展，降低疲劳强度。如在海洋环境中的机械零件，需要采取防腐措施。2.请说明材料的屈服强度和抗拉强度的含义及在机械设计中的意义答：屈服强度是指材料开始产生明显塑性变形时的应力。抗拉强度是指材料在拉伸过程中所能承受的最大应力。在机械设计中，屈服强度是一个重要的设计指标。当零件所受应力达到屈服强度时，会产生塑性变形，影响零件的正常工作。因此，在设计时通常要求零件所受的应力小于材料的屈服强度，以保证零件在工作过程中不发生塑性变形。抗拉强度反映了材料的最大承载能力。虽然在设计中一般不直接以抗拉强度作为设计依据，但它是衡量材料强度的一个重要指标。在一些特殊情况下，如零件可能受到冲击载荷时，抗拉强度也具有重要的参考价值。3.简述梁的弯曲正应力公式的应用条件及推导思路答：梁的弯曲正应力公式σ=My/Iz的应用条件如下：梁的材料服从胡克定律，即应力与应变成正比。梁在纯弯曲情况下，即梁的横截面上只有弯矩，没有剪力。对于横力弯曲，当梁的跨度与截面高度之比大于5时，该公式也可近似应用。推导思路如下：几何关系：通过观察梁的变形，假设梁在弯曲变形后，横截面仍保持为平面，且与梁的轴线垂直。根据平面假设，得到梁横截面上各点的纵向线应变沿截面高度线性分布的关系。物理关系：利用胡克定律，将纵向线应变与正应力联系起来，得到正应力沿截面高度线性分布的关系。静力学关系：根据横截面上的正应力合成弯矩的条件，即∫σdA·y=M，结合前面得到的正应力分布关系，推导出梁的弯曲正应力公式。三、机械传动设计1.简述齿轮传动的特点及主要失效形式答：齿轮传动的特点如下：传动效率高：一般可达0.940.99，在机械传动中效率较高。传动比准确：能保证恒定的传动比，使机器的工作性能稳定。结构紧凑：在相同的传递功率和转速下，齿轮传动所需的空间尺寸较小。工作可靠、寿命长：设计和制造合理的齿轮传动，可在较长时间内正常工作。齿轮传动的主要失效形式有：齿面磨损：由于齿面间的相对滑动和摩擦，会使齿面材料逐渐磨损。磨损会使齿厚减薄，导致齿侧间隙增大，影响传动精度。齿面接触疲劳：在交变接触应力作用下，齿面会产生疲劳裂纹，裂纹扩展后会使齿面金属剥落，形成点蚀。点蚀会降低齿面的承载能力，影响传动的平稳性。齿面胶合：在高速重载或低速重载的情况下，齿面间的油膜可能被破坏，使两齿面金属直接接触，发生粘着磨损，形成胶合。胶合会使齿轮迅速失效。齿根弯曲疲劳折断：齿轮在传递动力时，齿根处会产生交变弯曲应力。当弯曲应力超过材料的疲劳极限时，会在齿根处产生疲劳裂纹，裂纹扩展后导致齿根折断。塑性变形：在重载作用下，齿面材料会产生塑性流动，使齿面形状发生改变，影响传动性能。2.请说明带传动的工作原理及弹性滑动和打滑的区别答：带传动是依靠带与带轮之间的摩擦力来传递运动和动力的。当主动带轮转动时，通过摩擦力带动带运动，带再带动从动带轮转动。弹性滑动和打滑的区别如下：弹性滑动是由于带的弹性变形而引起的带与带轮之间的相对滑动。它是带传动中不可避免的现象，只要带传递运动和动力，就会存在弹性滑动。弹性滑动会使从动带轮的圆周速度低于主动带轮的圆周速度，造成传动比不准确。打滑是指当带传递的功率超过带与带轮之间的最大摩擦力时，带与带轮之间发生的全面滑动。打滑是一种失效现象，会使带传动无法正常工作，加剧带的磨损。弹性滑动是局部的、微量的滑动，而打滑是全面的、严重的滑动。3.简述链传动的优缺点及应用场合答：链传动的优点如下：无弹性滑动和打滑现象，能保持准确的平均传动比。传动效率较高，一般可达0.950.98。可在高温、多尘、潮湿等恶劣环境中工作。能实现较大中心距的传动。链传动的缺点如下：瞬时传动比不恒定，传动平稳性较差，工作时有噪声。链条的铰链磨损后，易发生跳齿和脱链现象。安装和维护要求较高。链传动常用于要求平均传动比准确，工作条件恶劣，且对传动平稳性要求不高的场合。如摩托车的发动机与后轮之间的传动、农业机械中的传动等。四、轴系零部件设计1.简述轴的分类及设计步骤答：轴按承受载荷的不同可分为心轴、转轴和传动轴。心轴：只承受弯矩，不传递转矩。如自行车的前轴。转轴：既承受弯矩，又传递转矩。如减速器中的轴。传动轴：主要传递转矩，不承受或只承受很小的弯矩。如汽车的传动轴。轴的设计步骤如下：初步确定轴的材料：根据轴的工作条件、载荷大小和性质等因素，选择合适的轴材料。按扭转强度估算轴的最小直径：根据轴所传递的功率和转速，利用扭转强度公式初步估算轴的最小直径。进行轴的结构设计：确定轴的各段直径和长度，考虑轴上零件的安装、定位和固定方式，如采用键、轴肩、套筒等。进行轴的强度计算：根据轴的受力分析，计算轴的弯矩和转矩，然后进行弯扭合成强度计算，校核轴的强度。对于重要的轴，还需要进行疲劳强度计算。进行轴的刚度计算：对于对刚度要求较高的轴，需要计算轴的弯曲变形和扭转角，校核轴的刚度。确定轴的加工工艺和表面处理要求：根据轴的使用要求和加工条件，确定轴的加工工艺和表面处理方法，如热处理、表面淬火等。2.请说明滚动轴承的类型选择原则及寿命计算的意义答：滚动轴承的类型选择原则如下：载荷大小和方向：当载荷较大时，应选择承载能力大的轴承，如圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承等。当载荷为纯径向载荷时，可选择深沟球轴承、圆柱滚子轴承等；当载荷为纯轴向载荷时，可选择推力球轴承；当同时承受径向和轴向载荷时，可选择角接触球轴承、圆锥滚子轴承等。转速：高速场合应选择球轴承，因为球轴承的滚动体与滚道之间的摩擦系数小，发热少。如深沟球轴承、角接触球轴承等适用于高速运转。调心性能：当轴的弯曲变形较大或两轴承座孔不同轴时，应选择调心性能好的轴承，如调心球轴承、调心滚子轴承等。安装和拆卸要求：对于需要经常安装和拆卸的场合，可选择内外圈可分离的轴承，如圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承等。滚动轴承寿命计算的意义在于保证轴承在规定的工作条件下，在预定的时间内正常工作。通过寿命计算，可以合理选择轴承的型号，避免因轴承过早失效而导致设备故障。同时，寿命计算也可以为轴承的维护和更换提供依据。3.简述联轴器和离合器的作用及区别答：联轴器和离合器的作用都是用于连接两轴，使它们一起转动并传递转矩。区别在于：联轴器在机器运转过程中，两轴不能分离，只有在机器停车后，通过拆卸才能使两轴分离。如凸缘联轴器、弹性套柱销联轴器等，常用于一般的机械传动中，连接两轴传递动力。离合器在机器运转过程中，可根据工作需要随时使两轴结合或分离。如摩擦离合器、电磁离合器等，常用于机床的变速机构、汽车的传动系统等，方便实现机器的启动、停止、变速等操作。五、机械制造工艺与精度设计1.简述机械加工工艺规程的制定步骤答：机械加工工艺规程的制定步骤如下：分析零件图和产品装配图：了解零件的结构特点、技术要求和在产品中的作用，找出主要加工表面和关键技术要求。确定毛坯：根据零件的材料、形状、尺寸和生产批量等因素，选择合适的毛坯类型，如铸件、锻件、型材等。拟定工艺路线：确定零件加工的先后顺序，选择各工序的加工方法和加工设备。工艺路线的拟定应遵循先粗后精、先面后孔、基准先行等原则。确定各工序的加工余量、工序尺寸和公差：根据零件的加工要求和加工方法，确定各工序的加工余量，然后计算工序尺寸和公差。选择各工序的机床、刀具、夹具、量具等工艺装备：根据工序的加工要求和生产批量，选择合适的机床、刀具、夹具和量具。确定各工序的切削用量和时间定额：根据机床性能、刀具材料和工件材料等因素，确定各工序的切削用量，如切削速度、进给量和背吃刀量。同时，根据加工时间和辅助时间等，确定各工序的时间定额。填写工艺文件：将制定好的工艺规程填写在工艺卡片上，如机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片等。2.请说明尺寸链的概念及计算方法答：尺寸链是指在机器装配或零件加工过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组。尺寸链中的每一个尺寸称为环。其中，在装配或加工过程中最后形成的尺寸称为封闭环，其余的尺寸称为组成环。组成环又可分为增环和减环，当某一组成环增大时，封闭环也随之增大，则该组成环为增环；当某一组成环增大时，封闭环反而减小，则该组成环为减环。尺寸链的计算方法有极值法和概率法。极值法：按尺寸链各环的最大极限尺寸和最小极限尺寸来计算封闭环的极限尺寸。这种方法计算简单，但比较保守，适用于环数较少的尺寸链。封闭环的最大极限尺寸等于所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环的最小极限尺寸之和；封闭环的最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和减去所有减环的最大极限尺寸之和。概率法：考虑到各组成环尺寸的实际分布情况，按概率统计的方法来计算封闭环的极限尺寸。这种方法计算结果更接近实际情况，适用于环数较多的尺寸链。3.简述形位公差的含义