2026年度机械工程师认证考试题库机械设计原理实践题

2026年度机械工程师认证考试题库：机械设计原理实践题一、计算题（共5题，每题12分，共60分）1.齿轮传动计算题某减速器采用直齿圆柱齿轮传动，已知输入轴转速为1500r/min，传动比i=4，齿轮模数m=3mm，齿数Z1=20，材料为45钢调质，许用弯曲应力σFP=180MPa。试计算：（1）输出轴转速；（2）大齿轮齿数Z2；（3）若齿轮分度圆直径为100mm，求齿轮传递的扭矩T1（N·mm）；（4）校核齿轮弯曲强度是否满足要求。2.轴的设计计算题设计一心轴，材料为40Cr调质，承受交变扭矩T=800N·m，轴径d=60mm，轴长L=300mm，轴表面粗糙度Ra=0.8μm。试计算：（1）轴的最大剪应力；（2）校核轴的疲劳强度（材料的疲劳极限σ-1=540MPa，表面质量系数ηb=0.85）；（3）若轴上开有键槽，键槽对强度的影响系数为0.8，重新校核疲劳强度。3.滚动轴承寿命计算题某轴用深沟球轴承6310，转速n=1000r/min，载荷F=5000N，预期寿命Lh=5000小时，载荷系数fp=1.2。试计算：（1）基本额定动载荷C；（2）若改为圆锥滚子轴承31310，其他条件不变，求其基本额定动载荷C'（锥轴承寿命修正系数ε=1.5）；（3）比较两种轴承的适用性。4.弹簧设计计算题设计一圆柱螺旋压缩弹簧，材料为60Si2Mn，弹簧指数C=6，中径D=50mm，工作载荷F1=2000N，极限载荷F2=3000N，行程h=20mm。试计算：（1）弹簧丝直径d；（2）弹簧圈数n；（3）弹簧刚度k；（4）校核弹簧的稳定性。5.液压缸设计计算题设计一液压缸，缸径D=100mm，活塞杆直径d=50mm，工作压力p=10MPa，行程L=1000mm，液压油缸行程速度v=0.5m/s。试计算：（1）液压缸推力F；（2）活塞杆承受的拉应力σ；（3）若液压缸回油腔背压p2=0.5MPa，求回油腔的背压力。二、简答题（共5题，每题8分，共40分）1.齿轮材料选择与热处理简述齿轮常用的材料及其热处理方法，并说明选择材料时需考虑哪些因素。2.轴的结构设计要点简述轴的结构设计应满足哪些要求，并举例说明如何减少应力集中。3.滚动轴承的润滑与密封简述滚动轴承常用的润滑方式及适用条件，并说明密封装置的选择依据。4.弹簧的失效形式简述弹簧常见的失效形式及其原因，并说明如何预防弹簧失效。5.液压缸常见故障简述液压缸常见的故障现象及其原因，并提出相应的解决措施。三、设计题（共2题，每题25分，共50分）1.齿轮减速器设计设计一单级直齿圆柱齿轮减速器，输入功率P=5kW，转速n1=1450r/min，传动比i=4，齿轮材料为20CrMnTi渗碳淬火，齿面接触强度许用应力σH=600MPa。要求：（1）确定齿轮参数（模数、齿数、中心距）；（2）绘制齿轮工作图（需标注主要尺寸及公差）；（3）简述齿轮的装配与调试要点。2.轴系结构设计设计一轴系结构，用于传递扭矩T=1000N·m，轴材料为40Cr调质，轴上装有联轴器、齿轮和轴承。要求：（1）确定轴的直径及结构形式；（2）选择合适的轴承类型及型号；（3）绘制轴系结构图（需标注关键尺寸及配合）；（4）简述轴系装配的注意事项。答案与解析一、计算题1.齿轮传动计算题（1）输出轴转速：n2=n1/i=1500/4=375r/min；（2）大齿轮齿数：Z2=Z1×i=20×4=80；（3）齿轮传递的扭矩：T1=9550×P/n1=9550×5/1500=31.83N·m；（4）弯曲应力：σF=T1/(0.5mZ1)=31.83×106/(0.5×3×20×50)=667MPa＞σFP=180MPa，不满足要求。2.轴的设计计算题（1）最大剪应力：τ=T/d3=800×106/(π×603)=7.96MPa；（2）疲劳强度校核：σa=σm=σ-1/2=540/2=270MPa，安全系数S=σ-1/(σa×ηb)=540/(270×0.85)=2.44＞1，满足要求；（3）键槽影响：σa=σm×0.8=270×0.8=216MPa，S=540/(216×0.85)=3.18＞1，仍满足要求。3.滚动轴承寿命计算题（1）基本额定动载荷：Lh=（C/fp)n(10^6)/60=5000，C≈8.4×105N；（2）圆锥滚子轴承：C'≈εC=1.5×8.4×105=12.6×105N；（3）锥轴承承载能力更强，适用于重载或调心要求高的场合。4.弹簧设计计算题（1）弹簧丝直径：d≈7.8mm；（2）弹簧圈数：n≈10；（3）弹簧刚度：k≈1225N/mm；（4）稳定性校核：D/d=50/7.8＞5，需加导向套。5.液压缸设计计算题（1）推力：F=p×πD2/4=10×106×π×1002/4=7.85×106N；（2）拉应力：σ=F/(πd2/4)=7.85×106/(π×502/4)=1000MPa；（3）背压力：F2=p2×πD2/4=0.5×106×π×1002/4=1.96×106N。二、简答题1.齿轮材料选择与热处理常用材料：45钢调质、20CrMnTi渗碳淬火、40CrNiMo调质等。热处理方法：调质、渗碳淬火、高频淬火等。选择因素：载荷大小、转速、使用寿命、成本等。2.轴的结构设计要点要求：强度、刚度、耐磨性、可靠性。减少应力集中方法：圆角过渡、键槽优化、避免截面突变等。3.滚动轴承的润滑与密封润滑方式：油润滑（油浴、飞溅）、脂润滑；密封装置：毡圈密封、骨架密封、迷宫密封。选择依据：转速、环境温度、介质等。4.弹簧的失效形式失效形式：疲劳断裂、塑性变形、磨损等。预防措施：合理选择材料、控制应力、增加表面硬度等。5.液压缸常见故障故障：泄漏、爬行、冲击等。原因：密封损坏、压力波动、安装不当等。解决措施：更换密封件、优化回路、加强调平等。三、设计题1.齿轮减速器设计（1）参数：m=3，Z1=20，Z2=80，a=210mm；（2）工作图略；（3）