机械设计师面试笔试题及答案

机械设计师面试笔试题及答案一、机械制图与公差配合1.请简述视图的分类及各自的特点视图分为基本视图、向视图、局部视图和斜视图。-基本视图：包括主视图、俯视图、左视图、右视图、仰视图和后视图。主视图反映物体的主要形状特征和各部分的相对位置关系；俯视图反映物体的长度和宽度以及前后位置关系；左视图反映物体的高度和宽度以及上下、前后位置关系。这六个基本视图之间遵循“长对正、高平齐、宽相等”的投影规律。-向视图：是可以自由配置的视图，在视图上方应标注“×”（“×”为大写拉丁字母），在相应的视图附近用箭头指明投射方向，并标注相同的字母。它主要用于当基本视图的配置不能满足表达物体形状的需要时。-局部视图：是将物体的某一部分向基本投影面投射所得的视图。局部视图可以节省绘图时间和图幅，重点表达物体的局部结构。画局部视图时，一般在局部视图上方标注视图的名称“×”，在相应的视图附近用箭头指明投射方向，并标注相同的字母。-斜视图：是物体向不平行于任何基本投影面的平面投射所得的视图。它主要用于表达物体上倾斜部分的实形。斜视图通常按向视图的配置形式配置并标注，必要时允许将斜视图旋转配置，但需在斜视图上方标注旋转符号和视图名称。2.解释尺寸公差、形状公差和位置公差的概念，并各举一个实例-尺寸公差：是指允许尺寸的变动量。它等于最大极限尺寸减去最小极限尺寸之差，或上偏差减去下偏差之差。例如，一个轴的基本尺寸为φ50mm，上偏差为+0.02mm，下偏差为-0.01mm，则尺寸公差为0.02-(-0.01)=0.03mm。这意味着该轴的实际尺寸在49.99mm到50.02mm之间都是合格的。-形状公差：是指单一实际要素的形状所允许的变动全量。形状公差包括直线度、平面度、圆度、圆柱度等。以圆柱度为例，它是限制圆柱面的形状误差，包括圆柱面的素线直线度、圆度、素线平行度等。如果一个圆柱的圆柱度公差为0.005mm，那么该圆柱面的实际形状与理想圆柱面的形状偏差不得超过0.005mm。-位置公差：是指关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量。位置公差包括平行度、垂直度、同轴度、对称度等。例如，一个孔与轴的同轴度要求为0.01mm，这表示孔的轴线相对于轴的轴线的位置偏差不得超过0.01mm。3.在机械制图中，如何正确标注表面粗糙度表面粗糙度的标注应遵循以下规则：-符号：表面粗糙度的符号有基本符号、扩展符号等。基本符号表示表面可用任何方法获得；在基本符号上加一短横，表示表面是用去除材料的方法获得；在基本符号上加一小圆，表示表面是用不去除材料的方法获得。-标注位置：表面粗糙度符号应标注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上。符号的尖端必须从材料外指向表面。-标注内容：在符号中应标注表面粗糙度的参数值，如轮廓算术平均偏差Ra等。参数值应标注在符号长边的横线上面或下面。例如，标注“Ra3.2”表示轮廓算术平均偏差为3.2μm。-当零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度要求时，可将相同的表面粗糙度要求统一标注在图样的右上角，并加注“其余”两字。二、机械原理与机械设计1.简述平面四杆机构的基本类型及其特点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：有一个曲柄和一个摇杆。曲柄作整周回转运动，摇杆作往复摆动。其特点是可以将连续的回转运动转换为往复摆动，或者将往复摆动转换为连续的回转运动。例如，缝纫机的踏板机构就是曲柄摇杆机构，踏板相当于摇杆，通过连杆带动曲轴（曲柄）作连续转动。-双曲柄机构：具有两个曲柄。两个曲柄都能作整周回转运动。当两曲柄长度不相等时，主动曲柄作等速转动，从动曲柄作变速转动；当两曲柄长度相等且连杆与机架长度也相等时，称为平行双曲柄机构，两曲柄的转动方向相同且角速度相等。例如，机车车轮的联动机构就是平行双曲柄机构。-双摇杆机构：具有两个摇杆。两个摇杆都只能作往复摆动。在双摇杆机构中，当两摇杆长度相等时，称为等腰梯形机构。例如，汽车的转向机构就是双摇杆机构，通过两个摇杆的摆动实现车轮的转向。2.在设计带传动时，为什么要限制小带轮的最小直径限制小带轮的最小直径主要有以下原因：-减小弯曲应力：带在小带轮上弯曲时会产生弯曲应力，小带轮直径越小，带的弯曲变形越大，弯曲应力也就越大。过大的弯曲应力会使带的疲劳寿命降低，容易导致带的损坏。因此，为了减小带的弯曲应力，提高带的使用寿命，需要限制小带轮的最小直径。-保证包角：小带轮直径过小会使带在小带轮上的包角减小。包角是指带与带轮接触弧所对的圆心角。包角越小，带与带轮之间的摩擦力就越小，容易出现打滑现象，从而影响带传动的工作能力。为了保证带传动有足够的摩擦力和传动能力，需要保证一定的包角，而适当增大小带轮直径可以增大包角。3.简述齿轮传动的失效形式及相应的设计准则齿轮传动的失效形式主要有以下几种：-轮齿折断：包括疲劳折断和过载折断。疲劳折断是由于轮齿在交变载荷作用下，齿根处产生疲劳裂纹并逐渐扩展，最终导致轮齿折断；过载折断是由于短时过载或冲击载荷过大，使轮齿突然折断。设计准则是按弯曲疲劳强度进行设计，保证齿根弯曲疲劳强度足够，同时要考虑过载情况，避免过载折断。-齿面磨损：由于灰尘、硬屑等进入齿面，或者齿面间相对滑动引起的磨损。磨损会使齿厚减薄，导致轮齿折断。设计准则是在保证齿面接触强度的基础上，采取适当的润滑和防护措施，减少磨损。-齿面点蚀：在交变接触应力作用下，齿面表层产生疲劳裂纹，裂纹扩展使小块金属剥落，形成麻点状凹坑。设计准则是按接触疲劳强度进行设计，保证齿面接触疲劳强度足够。-齿面胶合：在高速重载或低速重载的情况下，齿面间压力大、相对滑动速度高，使油膜破裂，齿面金属直接接触并相互粘连，在相对滑动时较软的齿面金属被撕下，形成胶合。设计准则是对于高速重载齿轮传动，要采用抗胶合能力强的润滑油；对于低速重载齿轮传动，要提高齿面硬度和降低表面粗糙度。-齿面塑性变形：在重载作用下，齿面材料因屈服而产生塑性流动，使齿面失去正确的齿形。设计准则是提高齿面硬度，采用合适的材料和热处理工艺，以增强齿面的抗塑性变形能力。三、材料力学与工程材料1.简述低碳钢拉伸试验的四个阶段及各阶段的特点低碳钢拉伸试验的四个阶段分别是弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。-弹性阶段：在这个阶段，材料的应力与应变呈线性关系，符合胡克定律，即应力与应变成正比。当卸去载荷后，材料能够完全恢复到原来的形状和尺寸，没有残余变形。弹性阶段的最高点对应的应力称为比例极限。-屈服阶段：当应力超过弹性极限后，材料开始产生塑性变形，此时应力基本保持不变，而应变却迅速增加，这种现象称为屈服。屈服阶段的应力波动较小，通常取屈服阶段的最低应力作为屈服强度。在屈服阶段，材料的变形是不可逆的，即使卸去载荷，也会留下残余变形。-强化阶段：屈服阶段过后，材料又恢复了抵抗变形的能力，需要增加应力才能继续产生变形，这种现象称为强化。在强化阶段，应力随着应变的增加而增大，材料的变形主要是塑性变形。强化阶段的最高点对应的应力称为强度极限。-颈缩阶段：当应力达到强度极限后，试样的某一局部开始出现明显的收缩，形成颈缩现象。颈缩部位的横截面积迅速减小，导致应力集中，所需的拉力逐渐减小，最终试样在颈缩处断裂。2.选择机械零件材料时应考虑哪些因素选择机械零件材料时应考虑以下因素：-使用性能要求：包括零件的力学性能（如强度、硬度、韧性等）、物理性能（如密度、热膨胀系数、导电性等）和化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等）。例如，对于承受重载的零件，需要选择强度高、韧性好的材料；对于在腐蚀环境中工作的零件，需要选择耐腐蚀的材料。-工艺性能要求：材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能等。不同的加工工艺对材料的工艺性能有不同的要求。例如，对于铸造零件，需要选择铸造性能好的材料，如铸铁等；对于需要焊接的零件，需要选择焊接性能好的材料。-经济性要求：包括材料的价格、加工成本、使用寿命等。在满足使用性能和工艺性能的前提下，应尽量选择价格低廉、加工成本低的材料，以降低生产成本。同时，要考虑材料的使用寿命，选择使用寿命长的材料，以减少更换零件的次数和维修成本。-其他因素：如材料的供应情况、环保要求等。应选择供应充足、易于获取的材料，以保证生产的连续性。同时，要考虑材料的环保性能，避免使用对环境有害的材料。3.简述热处理的目的和常用的热处理工艺热处理的目的主要有以下几点：-提高材料的力学性能：通过热处理可以改变材料的组织结构，从而提高材料的强度、硬度、韧性等力学性能，满足零件的使用要求。-改善材料的加工性能：例如，通过退火可以降低材料的硬度，改善切削加工性能；通过正火可以细化晶粒，改善锻造性能。-消除残余应力：在零件的加工和使用过程中，会产生残余应力，残余应力会影响零件的尺寸稳定性和使用寿命。通过热处理可以消除残余应力。常用的热处理工艺有以下几种：-退火：将金属材料加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火可以降低材料的硬度，消除残余应力，改善切削加工性能和组织结构。常见的退火方法有完全退火、不完全退火、球化退火等。-正火：将金属材料加热到临界温度以上，保温适当时间后在空气中冷却的热处理工艺。正火的冷却速度比退火快，因此正火后的材料强度和硬度比退火后的材料高。正火常用于改善低碳钢和中碳钢的切削加工性能，以及作为一些零件的最终热处理。-淬火：将金属材料加热到临界温度以上，保温一定时间后迅速冷却的热处理工艺。淬火可以提高材料的硬度和强度，但会使材料的韧性降低。淬火后通常需要进行回火处理。-回火：将淬火后的金属材料加热到低于临界温度的某一温度范围，保温一定时间后冷却的热处理工艺。回火可以消除淬火内应力，降低材料的脆性，调整硬度和韧性之间的关系。常见的回火方法有低温回火、中温回火和高温回火。四、制造工艺与夹具设计1.简述机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程由工序、安装、工位、工步和走刀组成。-工序：是指一个或一组工人，在一个工作地点对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。工序是工艺过程的基本单元。例如，在车床上加工一个轴，可能包括粗车外圆、精车外圆等工序。-安装：是指工件经一次装夹后所完成的那一部分工序内容。在一道工序中，工件可能需要多次装夹，每次装夹就对应一个安装。例如，在铣床上加工一个平面，可能需要先将工件安装在夹具上，铣削一部分平面后，重新调整工件位置再进行装夹，继续铣削剩余的平面，这里就有两个安装。-工位：是指在一次装夹中，工件在机床上所占的每一个位置。例如，在多工位机床上加工工件，工件在不同的工位上完成不同的加工内容。-工步：是指在加工表面和加工工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序内容。例如，在车床上车削一个轴的外圆，先用粗车刀粗车外圆，再用精车刀精车外圆，这就包括了两个工步。-走刀：是指在一个工步中，由于加工余量较大，需要分几次切削，每一次切削就称为一次走刀。例如，在铣床上铣削一个平面，由于平面的加工余量较大，需要分三次铣削，这就有三次走刀。2.简述夹具的组成及各部分的作用夹具一般由定位元件、夹紧装置、对刀或导向元件、夹具体和其他元件组成。-定位元件：用于确定工件在夹具中的正确位置。例如，V形块可以用于定位轴类零件，使轴的轴线处于准确的位置。定位元件的作用是保证工件相对于刀具和机床具有正确的位置，从而保证加工精度。-夹紧装置：用于夹紧工件，使其在加工过程中保持定位所确定的位置不变。夹紧装置通常由动力源、夹紧元件和中间传力机构组成。例如，螺旋夹紧机构通过拧紧螺母产生夹紧力，将工件夹紧在夹具中。-对刀或导向元件：用于确定刀具相对于工件的位置或引导刀具进行加工。例如，钻套可以引导钻头进行钻孔加工，保证钻孔的位置精度。对刀块可以用于刀具的对刀，使刀具处于正确的加工位置。-夹具体：是夹具的基础件，用于连接夹具的各个元件和装置，使其成为一个整体，并将夹具安装在机床上。夹具体应具有足够的强度、刚度和稳定性。-其他元件：如分度装置、连接元件等。分度装置用于使工件在一次装夹后能够进行多工位加工，实现分度定位。连接元件用于将夹具与机床连接起来，保证夹具与机床的相对位置准确。3.简述数控加工的特点及适用范围数控加工的特点如下：-加工精度高：数控加工可以通过数控系统精确控制刀具的运动轨迹和切削参数，从而保证加工精度。一般数控加工的尺寸精度可以达到±0.005mm-±0.01mm，甚至更高。-生产效率高：数控加工可以自动换刀、自动变速等，减少了辅助时间。同时，数控加工可以采用高速切削等先进工艺，提高切削效率。-适应性强：数控加工只需改变数控程序，就可以加工不同形状和尺寸的零件，适用于多品种、小批量生产。-劳动强度低：数控加工过程由数控系统自动控制，工人只需进行程序编制、操作面板和装卸工件等工作，劳动强度大大降低。-有利于生产管理现代化：数控加工可以实现生产过程的自动化和信息化管理，便于与计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）等技术集成，提高生产管理水平。数控加工的适用范围包括：-形状复杂的零件：如航空航天零件、模具等，这些零件的形状复杂，用传统加工方法难以加工，而数控加工可以通过编程实现复杂的运动轨迹，精确加工出所需的形状。-精度要求高的零件：如精密机械零件、光学零件等，数控加工可以保证较高的加工精度，满足零件的精度要求。-多品种、小批量生产的零件：数控加工可以快速更换加工程序，适应不同品种零件的加工，对于小批量生产具有很大的优势。五、创新设计与项目经验1.请举例说明你在机械设计中进行创新设计的思路和方法在设计一款新型电动工具时，为了提高其性能和用户体验，我采用了以下创新设计思路和方法。-需求分析与市场调研：首先，通过与用户交流、市场调研等方式，了解用户对电动工具的需求和痛点。发现用户希望电动工具更加轻便、操作舒适，并且具有更长的续航时间。-功能创新：针对用户需求，提出了一些功能创新的想法。例如，设计了一种可快速更换电池的结构，用户可以在电池电量不足时迅速更换电池，无需等待充电，大大提高了工作效率。同时，采用了新型的电机和控制系统，提高了电动工具的功率密度，在减小体积和重量的同时，保证了足够的动力输出。-结构创新：在结构设计上，采用了人体工程学原理，优化了电动工具的握持手柄形状和尺寸，使操作更加舒适。并且，设计了一种紧凑的内部结构，将各个部件合理布局，减小了电动工具的整体体积。-材料创新：选用了新型的轻质高强度材料，如碳纤维复合材料等，降低了电动工具的重量，同时提高了其强度和