2025年机械基础知识常用题库及答案

2025年机械基础知识常用题库及答案1.常见的金属材料按成分可分为哪几大类？各自的典型代表材料是什么？金属材料按成分主要分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属以铁为基，包括钢和铸铁，如Q235碳素结构钢、45号优质碳素钢、HT200灰铸铁；有色金属指除铁、铬、锰以外的金属，如工业纯铝（1060）、黄铜（H62）、钛合金（TC4）；此外还有特殊性能钢，如304不锈钢（耐蚀）、1Cr13马氏体不锈钢（耐磨）、25Cr2MoVA耐热钢（高温强度）。2.简述金属材料的主要机械性能指标及其含义。机械性能指标包括：①强度（抵抗塑性变形或断裂的能力），如抗拉强度σb（最大应力）、屈服强度σs（开始塑性变形的应力）；②塑性（断裂前发生塑性变形的能力），用断后伸长率δ（试样拉断后标距伸长量与原标距比值）和断面收缩率ψ（拉断后缩颈处截面积减少量与原截面积比值）衡量；③硬度（局部抵抗硬物压入表面的能力），常用洛氏硬度HRC（淬火钢）、布氏硬度HBW（退火/正火钢）、维氏硬度HV（薄件或表层）；④冲击韧性（抵抗冲击载荷的能力），用冲击吸收功Ak（摆锤冲击试样断裂所消耗的功）表示；⑤疲劳强度（无限次循环载荷下不发生断裂的最大应力），常用σ-1（对称循环疲劳强度）。3.热处理工艺中，正火与退火的主要区别有哪些？正火与退火的区别体现在：①加热温度：正火一般高于退火（亚共析钢正火加热Ac3+30-50℃，退火为Ac3+20-30℃或Ac1+20-30℃）；②冷却方式：正火采用空冷（冷却速度快），退火采用炉冷（冷却速度慢）；③组织性能：正火后得到细片状珠光体（硬度、强度高于退火），退火后为粗片状或球状珠光体（塑性、韧性更好）；④应用场景：正火多用于低碳钢（提高切削性）、中碳钢（预备热处理）或不重要零件的最终热处理；退火多用于高碳钢（降低硬度便于切削）、消除内应力或改善组织（如球化退火用于工具钢）。4.机械制图中，三视图的投影规律是什么？各视图间的对应关系如何？三视图的投影规律是“长对正、高平齐、宽相等”。主视图与俯视图反映物体的长度，两者长对正；主视图与左视图反映物体的高度，两者高平齐；俯视图与左视图反映物体的宽度，两者宽相等。具体对应关系：主视图上的左右方向对应俯视图的左右方向和左视图的前后方向；主视图的上下方向对应左视图的上下方向；俯视图的上下方向对应左视图的前后方向（靠近主视图的一侧为物体的后面，远离的一侧为前面）。5.尺寸标注中，“φ50H7/g6”表示什么含义？各符号的具体意义是什么？“φ50H7/g6”是基孔制间隙配合的尺寸标注。其中：φ50为基本尺寸；H7表示孔的公差带（H为基准孔的基本偏差代号，7为公差等级）；g6表示轴的公差带（g为轴的基本偏差代号，6为公差等级）。H7的上偏差为+0.025mm（假设基本尺寸50mm时），下偏差为0；g6的上偏差为-0.009mm，下偏差为-0.025mm（具体数值需查标准公差表）。该配合的最小间隙为孔下偏差减轴上偏差（0-(-0.009)=+0.009mm），最大间隙为孔上偏差减轴下偏差（0.025-(-0.025)=+0.050mm），属于间隙配合。6.平面机构自由度的计算公式是什么？计算时需注意哪些特殊情况？平面机构自由度计算公式为F=3n-2PL-PH，其中n为活动构件数（不包括机架），PL为低副数（转动副、移动副），PH为高副数（齿轮副、凸轮副）。计算时需注意三种特殊情况：①复合铰链：两个以上构件在同一轴线上组成多个转动副，实际低副数为构件数减1（如k个构件组成复合铰链，PL=k-1）；②局部自由度：与输出运动无关的自由度（如滚子从动件凸轮机构中滚子的自转），计算时需将局部自由度构件与相邻构件视为一个整体；③虚约束：对机构运动无限制的重复约束（如平行四边形机构中对边等长产生的虚约束），计算时需去除虚约束，按实际有效约束数计算。7.螺纹连接中，为何需要防松？常见的防松方法有哪些？螺纹连接在冲击、振动或变载荷作用下，螺旋副间的摩擦力会减小或消失，导致连接松动甚至脱开，因此需防松。防松方法分为三类：①摩擦防松（利用附加摩擦力防止松动），如弹簧垫圈（弹性变形产生压力）、双螺母（对顶螺母增大接触压力）、自锁螺母（尼龙圈嵌入螺纹增加摩擦）；②机械防松（用机械装置限制相对转动），如开口销与槽形螺母（销穿过螺母槽和螺栓尾孔）、止动垫圈（弯曲垫圈边卡住螺母和被连接件）、串联钢丝（钢丝穿过螺栓头部孔并相互拉紧）；③永久防松（破坏螺纹副关系），如点焊（将螺栓与螺母焊死）、胶接（在螺纹间涂厌氧胶固化）、冲点（在螺纹末端冲点变形）。8.齿轮传动中，闭式传动与开式传动的主要区别及设计注意事项是什么？闭式传动齿轮封闭在箱体内，能保证良好润滑和防尘，多用于重要场合（如机床、汽车变速箱）；开式传动齿轮外露，易受灰尘侵入且润滑条件差，多用于低速轻载或简易机械（如农业机械、起重设备）。设计注意事项：闭式传动需重点考虑齿面接触疲劳强度（防止点蚀）和齿根弯曲疲劳强度（防止折断），通常采用软齿面（≤350HBS）或硬齿面（＞350HBS）并进行热处理；开式传动主要失效形式为齿面磨损和齿根折断，设计时需适当增大模数（补偿磨损导致的齿厚减薄），并采用较高的齿面硬度（如表面淬火），润滑方式多为定期人工加油。9.滚动轴承的基本结构由哪些部分组成？按承受载荷方向可分为哪几类？滚动轴承由内圈（与轴颈配合）、外圈（与轴承座孔配合）、滚动体（传递载荷的元件，形式有球、圆柱滚子、圆锥滚子等）和保持架（分隔滚动体并引导其运动）组成。按承受载荷方向分为：①向心轴承（主要承受径向载荷），如深沟球轴承（60000型）、圆柱滚子轴承（N0000型）；②推力轴承（主要承受轴向载荷），如推力球轴承（50000型）、推力圆柱滚子轴承（80000型）；③向心推力轴承（同时承受径向和轴向载荷），如角接触球轴承（70000型，接触角15°、25°、40°）、圆锥滚子轴承（30000型）。10.液压系统中，溢流阀与减压阀的主要区别有哪些？溢流阀与减压阀的区别体现在：①功能不同：溢流阀用于维持系统压力恒定（溢流稳压）或防止系统过载（安全保护）；减压阀用于降低某一支路的压力（减压），使该支路压力低于主系统压力。②连接方式不同：溢流阀并联在泵的出口（与系统主油路并联）；减压阀串联在需要减压的支路上（进油口接高压油，出油口接低压油路）。③阀口状态不同：溢流阀在常态下阀口关闭（无溢流时），系统压力达到调定压力时阀口开启溢流；减压阀在常态下阀口开启（保证油流通），当出口压力达到调定值时阀口关小（保持出口压力稳定）。④控制压力来源不同：溢流阀的控制压力来自进口（进口压力推动阀芯动作）；减压阀的控制压力来自出口（出口压力反馈控制阀芯）。11.简述带传动的主要失效形式及设计准则。带传动的主要失效形式有：①打滑（过载时带在带轮上全面滑动，失去传动能力）；②带的疲劳破坏（长期循环应力导致带体出现脱层、断裂）；③带的磨损（带与带轮接触表面摩擦导致厚度减薄）。设计准则是：在保证不打滑的前提下，使带具有足够的疲劳寿命。具体设计时需满足：①最大有效拉力不超过带与带轮间的最大摩擦力（防止打滑）；②带的循环应力不超过许用应力（防止疲劳断裂）。此外，还需限制带的根数（避免载荷分布不均）、带轮直径（避免弯曲应力过大）和带速（一般5-25m/s，过高离心力大，过低所需有效拉力大）。12.机械零件的失效形式主要有哪些？设计时如何预防？机械零件的失效形式包括：①断裂（脆性断裂、疲劳断裂），如齿轮齿根断裂、轴的疲劳断裂；②塑性变形（应力超过屈服强度导致永久变形），如螺栓受拉变形、键连接挤压变形；③表面损伤（磨损、点蚀、胶合），如滑动轴承的磨损、齿轮的齿面点蚀；④过量弹性变形（变形量超过允许值影响功能），如机床主轴的弯曲变形影响加工精度。预防措施：①合理选择材料（根据载荷、环境选强度高、耐蚀的材料）；②优化结构设计（避免应力集中，如圆角过渡、减少截面突变）；③控制加工质量（提高表面粗糙度、热处理均匀性）；④改善工作条件（合理润滑、避免过载）；⑤进行失效分析（针对具体失效形式调整设计参数）。13.简述键连接的类型及各自的应用场景。键连接分为平键连接、半圆键连接、楔键连接和花键连接。①平键连接：两侧面为工作面（传递扭矩），分为普通平键（A/B/C型，用于静连接，如齿轮与轴的连接）和导向平键（键固定在轴上，轮毂可轴向移动，如变速箱滑移齿轮）；②半圆键连接：键呈半圆形，能在轴槽中摆动，适用于锥形轴端（如手轮与锥轴的连接），但键槽较深会削弱轴的强度；③楔键连接：上下面为工作面（靠楔紧产生摩擦力传递扭矩），分为普通楔键（用于静连接，对中性差）和钩头楔键（便于拆卸），适用于低速、载荷平稳且对中性要求不高的场合；④花键连接：多齿传递载荷（承载能力高），分为矩形花键（应用最广，如汽车变速箱轴）和渐开线花键（齿面接触应力小，适用于重载、高精度场合）。14.简述公差等级的含义及选择原则。公差等级是确定尺寸精确程度的等级，国家标准（GB/T1800.1）规定了IT01至IT18共20个等级，IT01精度最高，IT18最低。选择原则：①满足功能要求（如配合性质、连接精度），如间隙配合（H7/g6）通常选IT6-IT8，过盈配合（H7/p6）选IT6-IT7；②考虑加工经济性（高精度需高成本），如IT7-IT8为普通机床加工的经济精度（适用于一般机械零件），IT5-IT6为精密加工（磨床、珩磨）；③协调孔轴公差等级（通常孔比轴低一级，如孔IT7、轴IT6，因孔加工难度大于轴）；④参考标准推荐（如滚动轴承与轴/孔的配合，轴颈常选IT6，外壳孔选IT7）。15.简述凸轮机构的类型及从动件常用运动规律。凸轮机构按凸轮形状分为盘形凸轮（最常用，如内燃机配气机构）、移动凸轮（直线运动，如自动机床进刀机构）、圆柱凸轮（凸轮绕轴线旋转，从动件做复杂运动，如自动机械分度机构）。从动件按运动形式分为直动从动件（往复直线运动）和摆动从动件（往复摆动）；按接触形式分为尖顶从动件（易磨损，用于低速）、滚子从动件（磨损小，应用广）、平底从动件（接触处易形成油膜，用于高速）。从动件常用运动规律有：①等速运动（速度突变，存在刚性冲击，用于低速轻载）；②等加速等减速运动（加速度突变，存在柔性冲击，用于中速）；③简谐运动（加速度连续，无冲击，用于高速）；④正弦加速度运动（加速度光滑变化，适用于高速精密场合）。16.简述滑动轴承的主要类型及适用场合。滑动轴承按承受载荷方向分为向心滑动轴承（承受径向载荷）和推力滑动轴承（承受轴向载荷）。向心滑动轴承按结构分为整体式（轴套与轴承座一体，不可调，用于低速轻载）、剖分式（轴承盖与座分开，可调整间隙，应用广）、自动调心式（轴瓦外表面为球面，补偿轴的弯曲变形，用于长轴或多支点轴）。推力滑动轴承按止推面形式分为实心式（边缘压力大，少用）、空心式（压力分布较均匀）、单环式（一个止推环，用于单向轴向载荷）、多环式（多个止推环，用于双向或大轴向载荷）。适用场合：高速重载（如汽轮机转子轴承）、高精度（如磨床主轴轴承）、低速重载（如轧机轴承）、有冲击载荷（如锻压设备轴承）或需剖分安装（如大型电机轴承）的场景。17.简述机械设计中“标准化”的意义及主要内容。标准化的意义：①提高互换性（零件可通用，降低维修成本）；②简化设计（直接选用标准件，缩短设计周期）；③保证质量（按统一标准生产，性能稳定）；④降低成本（批量生产减少加工费用）；⑤促进技术交流（国际标准统一，便于合作）。主要内容包括：①产品标准化（如滚动轴承、螺栓、齿轮的型号规格）；②方法标准化（如公差配合、热处理工艺的标准）；③术语标准化（如机械制图符号、材料性能指标的统一名称）；④安全标准化（如机械防护装置的安全距离、电气设备的绝缘等级）。18.简述材料的工艺性能及其包含的主要内容。工艺性能是材料适应各种加工工艺的能力，直接影响零件的制造质量和成本。主要包括：①铸造性能（液态金属的流动性、收缩性、偏析倾向），如灰铸铁流动性好、收缩小，适合铸造复杂零件；②锻造性能（塑性变形能力、变形抗力），如低碳钢塑性好、易锻造，高碳钢易开裂需严格控制温度；③焊接性能（形成优质焊缝的能力），如Q235钢焊接性好，不锈钢需控制热输入防止晶间腐蚀；④切削性能（被切削的难易程度），如易切钢（含硫、铅）切削力小、表面质量好，淬火钢需用硬质合金刀具；⑤热处理工艺性能（淬透性、变形开裂倾向），如40Cr淬透性好，适合制造大截面零件，T10钢淬火易变形需等温淬火。19.简述机械制图中“形位公差”的含义及常用符号。形位公差是形状公差和位置公差的总称，用于限制零件实际要素的形状和位置误差，保证零件的功能要求。形状公差（无基准要求）包括：直线度（—）、平面度（□）、圆度（○）、圆柱度（○）；位置公差（有基准要求）包括：平行度（∥）、垂直度（⊥）、倾斜度（∠）、同轴度（◎）、对称度（=）、位置度（○）、圆跳动（↗）、全跳动（↗）。例如，“⊥0.05A”表示被测要素（如平面）对基准A（如轴线）的垂直度公差为0.05mm；“○0.02”表示被测圆柱面的圆度公差为0.02mm。