高级工程师答辩

2020-03-01 19:43:15 来源：范文大全收藏下载本文

高级工程师答辩安排及方式、步骤

一、答辩步骤

1、答辩者简要介绍本人的专业工作情况（不得透露个人姓名及相关信息），简述本专业学科最新动态及本人提交答辩论文的主要学术观点、技术观点。此过程不超过5分钟。

2、专业知识测试。参评者从本答辩组备好的公共题目中随机抽取3道题，选其中2道做出回答。此过程不超过3分钟。

3、专业工作及专业创新能力测试。答辩组事先为其准备的3道专业个性题，要求回答其中至少两个问题。此过程不超过8分钟。

4、答辩组专家代表进行现场点评。

二、答辩方式

答辩公开进行，答辩现场开放，允许旁听，不得使用、翻看手机等无线通讯工具。

三、答辩要求

1、答辩者须听从工作人员安排；

2、提前入场，保持安静，关闭手机；

3、在答辩时间内不得随意出入答辩现场，违反规定者降低档次计分。

模拟题和课后思考题参考答案，识货的记得收藏，过些时候买参考书回来再整理下。

机械工程师资格考试模拟试题

尺寸线，尺寸边界线，螺纹牙底线及齿轮线均用（

）画出。 2 采用第一视角投影法表示工件视图时，后视图在左视图的最（

）。 3 金属材料的剖面线一般是与水平方向成45度的平行线，但在（

）时，可画成与水平方向30度或45度的平行线。 4尺寸公差是指（

）。

5 在金属及合金中，主要是（

），但有时也不同程度混有其他键。

6 晶体的只要特征是具有一定的熔点，另一个特征是（

）。 7 铁碳合金相图中，共析转变温度为（

）。 8 含碳量〈（

）为碳钢，〉（

）为铸铁。 9 碳钢调质处理后获得的组织应为（

）。

10 高速钢片铣刀淬火后其变形应采用（

）最为有效。 11 中碳结构钢铸件、锻、轧件以及焊接件中出现的魏氏组织、粗大晶粒等地热缺陷和带状组织，通过（

）处理可以消除这些缺陷。 12 38CrMoAl钢膛杆通常采用（

）化学热处理。 13 汽车变速齿轮一般采用（

）化学热处理。 14 碳钠米管的强度是钢的（

）倍。 15 导光纤维的用途是（

）。

16 可以进行切削加工、锻造、焊接、热处理的硬质合金是（

）。

17 汽车方向盘、飞机舱内的装饰板、隔音板窗框等最后使用质坚、性韧、钢度大的工程塑料（

）。 18 内燃机火花塞选用（

）陶瓷材料。

19 化工管道泵等要求耐腐蚀耐老化性能的零件，可选用（

）工程塑料。

20 三大固体材料是指（

）

21 测定金属材料化学成分最传统、较准确的方法是（

）。 22 测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度及钢件退火、正火和调质后的硬度，多采用（

）硬度计。 23 机床床身通常采用（

）。

24 铁碳相图中有三条恒温转变线分别表示（

）。 25 钢的淬硬性高低取决于（

）。 26 淬火油槽的温度一般控制在（

）以下。 27 铍青铜可采用（

）强化。

28 为避免和减少钢件热处理时的氧化、脱氧最好采用（

）。 29 高速钢直柄麻花钻采用（

）化学热处理，耐用度最高。 30 65Mn钢弹簧类零件常用的强韧化的方法是（

）。 31 机床导轨表面硬化最后采用（

）热处理。

32 灰铸铁拉延模必须进行（

）强韧化处理，才能显著提高模具寿命。

33 球墨铸铁制作拉延模时，经正火、回火后，还需进行（

）化学热处理。

34 车床上加工外圆及孔时出现混乱波纹，是由于（

）。 35 下述工件加工时哪一种（

）采用顺铣方式较为适合。 36 哪一种因素最可能引起外圆磨削时工件表面烧伤（

）。 37 （

）装配方法应按照概率法求解装配尺寸。

38 为保证机床主轴中心高与尾座顶尖中心高的同轴度精度，应选择哪一种装配方法（

）。

39 机床主轴运转时出现了哪一种现象就表明其支承的滚动轴承工作游隙过小。

40 一般切削加工的速度用（

）表示，电火花线切削加工的速度则用（

）表示。

41 不同材料、不同铸造方法生产铸件所能得到的最小壁厚不一样，用砂型铸造灰铸铁件时，能获得的最小壁厚为（）。

42 如采用封闭浇铸系统，直浇口面积，模浇口面积，内浇口面积之比应为（

）。

43 当获得铝合金的最小壁厚在0.6-0.8mm时，应采用（

）铸造。 44 不同的压力加工方法使金属内部受力不同，因此被加工金属会产生（

）可锻性。 45 锻造比重不采用工件变形前后的（

）来表示。 46 自由锻分为手工锻造和机器锻造两种，目前采用最多的是机器锻，产生的锻件形状和尺寸主要由（

）决定。

47 冲压工艺使用的原材料多属于（

）较好的金属材料，如普通低碳钢，铜，铝合金等。

48 三大类焊接方法指（

） 49 在焊接生产中（

）焊接方法占主导地位。 50 焊接电弧由阴极区、阳极区和（

）组成。 51 焊接电弧温度可达（

）

52 电焊过程中，每5分钟内有2分钟用于换焊条和清渣，带电源的持续负载率为（

）。

55 汽车车身普遍采用（

）涂漆方式。

56 汽车行业应用最广泛的涂膜干燥方式是（

）。 57 喷涂纯钼层的最好选择是（

）。

58 长效防腐锌、铝涂层的最佳选择是（

）。 59 目前应用喷涂技术最多的行业是（

）。

60 镀锌钢板，镀锌薄板和钢带，镀锌铁丝等生产时采用（

）生产方式。

61 应用最广泛的（

）工艺，约占总电镀量的60%以上。 62 用于制罐工业用薄板的防护层是（

）。

63 用于发动机汽缸内壁，活塞环等零件的电镀是（

）。 64 电火花成型的加工质量和脉冲电源参数的选择有关，为了提高加工效率，应调节哪个参数？应如何调？

65 金属表面的激光热处理，常采用的是（

）激光器？为什么？ 66 设备预防性保养（PM）的目的是（

）。

67 妇女进入生产加工车间，通常要求带帽子，其原因是（

）。 68 冲压设备中为避免冲头冲断手指，冲床车身操作装置中常用的安全保护措施是（

）。

69 在易触电的电气设备上操作时，防止触电的最重要的措施是（

）。

A带橡皮手套操作

B将电气设备接地和接零

C 不接触电气设备中不带电的导电部分D 电气设备四周用金属护拦防护

70 在工业生产中，由于能源，资源的转换，在生产过程中引起废水，废气，废渣，废热和放射性物质的排放，从而污染大气、水体、和土壤；或是以产生噪声、振动、电磁辐射等给周围环境带来危害，能产生这些有害影响的场所、设备和装置的单元常被称为（

）。

A工业污染源 B工业污染物

C污染企业

D工业废物 71 工业废气中的主要污染物是（

）。

A 二氧化硫、颗粒物、一氧化碳、二氧化碳和笨类有机物 B 二氧化硫、颗粒物、一氧化碳、臭氧 C 二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳、臭氧 D 二氧化硫、一氧化硫、一氧化碳、二氧化碳 72 工业废水中的主要污染物是（

）。

A 重金属、有机物、悬浮物、放射性物质、色度、氨、氮、磷及油类

B 重金属、碳化钙微生物 C 细菌、悬浮物、放射性物质 D 碳化钙、重金属、细菌、放射性物质

73 在《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》中，国家对固体废物污染环境的防治采用的“三化”治理原则为（

）。 A填埋化、覆盖化、和无害化；

B 全部减量化、全部资源利用化和全部处理无害化原则

C 减量化、资源化、无害化，即实行减少固体废物的产生、充分合理利用固定废物和无害化的处置固体废物的原则

D 减量化、资源化、无害化，即减少废渗滤液的产生、充分合理利用渗滤液和无害化处理渗滤液的原则 74 我国《公民基本道德规范》是（）。

A 爱国守法、正直诚信、团结互助、艰苦朴素、忠于职守 B爱国守法、明礼诚信、团结友善、勤俭自强、敬业奉献 C爱国守法、谦虚谨慎、团结合作、勤勤恳恳、自力更生 D爱国守法、诚信公正、互敬互爱、勤俭自强、敬业奉献

75 我国《公民道德建设实施纲要》提出了职业道德的基本内容（）。 A爱岗敬业、诚实守信、办事公道、服务群众、奉献社会 B爱岗敬业、诚实守信、公平公正、热情周到、无私奉献 C爱岗敬业、诚实守信、公平合理、任劳任怨、无私奉献 D爱岗敬业、诚实守信、合理合法、勤勤恳恳、奉献社会 76 《会计法》规定（）主管全国的会计工作。

A 国务院

B 国务院财政部门 C 国家税务总局 D国家纪委 77 （）通称“财务三表”

A资产负债表、利润分配表、应收应付表 B资产负债表、利润表、现金流量表 C资产负债表、现金流量表、收支平衡表 D资产负债表、利润分配表、财务审计表

78 《企业会计制度》首次将（）纳入会计制度，从而能够保证会计核算信息与客观经济事实相符。

A 历史成本原则B实质重于形式原则C谨慎性原则D客观性原则 79 我国现行税种流转税类包括（）。

80 我国尚未专门就知识产权制定统一的法律，而是根据知识产权的不同类型制定有不同的单项法律，法规和规章，从而构成了我国知识产权的法律体系。这些单项法律是（）。

81 我国专利法规定，授予发明和实用新型专利权的实质条件是（）。 82 有限责任公司的股东的全部出资经法定验资机构验资后，由（）向公司登记机关申请设立登记。

A 出资最多的股东 B 全体股东 C 董事长D全体股东指定的代表或共同委托的代理人 83 股份有限公司在（

）情况下可以不用召开临时股东大会。

答案如下：1.细实线 2.右侧 3.主要轮廓线与水平方向成45度 4.允许尺寸的变动量 5.金属键 6.各向异性 7.727℃ 8.2.11% 9.索氏体 10.回火矫正法 11.正火 12.渗氮 13.渗碳 14.100 15.传输能量 16.钢结硬质合金 17.ABS塑料 18.氧化铝 19.聚四氟乙烯 20.金属材料陶瓷材料高分子材料 21.化学分析法 22.布氏 23.灰铸铁 24.包晶转变共析转变共晶转变 25.钢的含碳量 26.80℃ 27.固溶时效 28.真空炉 29.氧硫碳氮硼共渗 30.等温淬火 31.超音频淬火 32.铬铌共渗 33.氮碳共渗 34.车床主轴轴向窜动大 35.不易夹紧的平板类工件 36.砂轮太硬 37.部分互换装配法 38.修配装配法 39.主轴支承部位温度明显升高 40.m/min mm2/min 41.3mm 42.1.15:1.1:1 43.压铸 44.相同的 45.体积比 46.操作工的技术水平47.可塑性 48.熔焊钎焊压焊 49.电焊 50.弧柱区 51.5000K-30000K 52.60% 55.阴极电泳 56.对流辐射 57.火焰喷涂 58.电弧喷涂 59.航空发动机 60.连续电镀 61.镀锌 62.镀锡 63.镀铬 64.放电时间峰值电流同时增大 65.二氧化碳功率大 66.延长设备寿命保证加工质量避免突发事故 67.避免长发卷绕旋转部件内 68.冲床上有左右手同时按的按钮冲头才能下落的操作装置 69.B 70.A 71.A 72.A 73.C 74.B 75.A 76.B 77.B 78.B 79.增值税消费税营业税 80.著作权法专利法商标法和反不正当竞争法 81.新颖性创造性实用性 82.D 83.董事会认为必要时

第二章工程材料

2.1金属材料

1 .材料的基本力学性能主要包括哪此内容？

答：力学性能主要指标有硬度、强度、塑性、韧性等。

硬度：制造业中，通常采用压入法测量材料的硬度，按试验方

法不同，分有布氏硬度（HB）、洛式硬度（HR）、维氏硬度（HV），表达材料表面抵抗外物压入的能力。布氏硬度（HB）是用一定载荷交淬火钢球压入试样表面，保持规定时间后卸载，测得表面压痕的面积后，计算出单位面积承受的压力，为布氏硬度值（HB），单位是kgf/mm2,通常不标注；布氏硬度(HB)测试法一般用于HB

强度：常的强度指标为屈服强度бs，通过拉伸试验确定，定义

为材料开始产生塑性变形的应力，其大小表达材料抵抗塑性变形的能力，大多数金属材料在拉伸时没有明显的屈服现象，因此将试样产生0.2%塑性变形时的应力值，作为屈服强度指标，称为条件屈服强度，用б0.2表示。

抗拉强度бb是材料产生最大均匀变形的应力。бb对设计塑性低

的材料如铸铁、冷拔高碳钢丝和脆性材料，如白口铸铁、陶瓷等制作的零件具有直接意义。设计时以抗拉强度确定许用应力，即[б]＝бb/K（K为安全系数）。

塑性：通过拉伸试验确定塑性指标，包括伸长率（δ）和断面收

缩率（Ψ），分别定义为断裂后试样的长度相对伸长和截面积的相对收缩，单位是％。它们是材料产生塑性变形重新分布而减小应力集中的能力的度量。δ和Ψ值愈大则塑性愈好，金属材料具有一定的塑性是进行塑性加工的必要条件。塑性还可以提高零件工作的可靠性，防止零件突然断裂。

韧性：冲击韧度指标αk或Ak表示在有缺口时材料在冲击载荷下

断裂时塑性变形的能力及所吸收的功，反映了应力集中和复杂应力状态下材料的塑性，而且对温度很敏感，单位为kgf?m/cm2。 2.设计中的许用应力[б]与材料的强度有何关系？如何确定设计中的许用应力？

答：设计中规定零件工作应力б必须小于许用应力[б]，即屈服

强度除以安全系数的值б≤[б]＝бs÷K，式中K——安全系数，бb对设计塑性低的材料，如铸铁、冷拔高碳钢丝和脆性材料，如白口铸铁、陶瓷等制作的具有直接意义。设计时以抗拉强度бb确定许用应力，即[б]＝бb÷K（K为安全系数）。

3.简述低碳钢、中碳钢和高碳钢的划分标准及其各自的性能特点。

答：低碳钢（Wc为0.10％～0.25％），若零件要求塑性、韧性

好，焊接性能好，便如建筑结构、容器等，应选用低碳钢；中碳钢（Wc为0.25％～0.60），若零件要求强度、塑性、韧性都较好，具有综合机械性能，便如轴类零件，应选用中碳钢；高碳钢（Wc为0.60％～1.30％），若零件要求强度硬度高、耐磨性好，例如工具等，应选用高碳钢。

4.简述铁碳相图的应用。（P28相图 21-2）

答：

（1）为选材提供成份依据 Fe-Fe3C相图描述了铁碳合金的平衡组织随碳的质量分数的变化规律，合金性能和碳的质量分数关系，这就可以根据零件性能要求来选择不同成份的铁碳合金。

（2）为制订热加工工艺提供依据 Fe-Fe3C相图总结了不同成份的铁碳合金在缓慢冷却时组织随温度变化的规律，这就为制订热加工工艺提供了依据。 a.铸造根据Fe-Fe3C相图可以找出不同成份的钢或铸铁的熔点，确定铸造温度。

b.锻造根据Fe-Fe3C相图可以确定锻造温度。始轧和始锻温度不能过高，以免钢材氧化严重和发生奥氏体晶界熔化（称为过烧）。一般控制在固相线以下100～200℃。一般对亚共析钢的终轧和终锻深度控制在稍高于GS线（A3线）；过共析钢控制在稍高于PSK线（A1线）。实际生产中各处碳钢的始锻和始轧温度为1150～1250℃，终轧和终锻温度为750～850℃。

c.焊接可根据相图来分析碳钢的焊接组织，并用适当热处理方法来减轻或消除组织不均匀性和焊接应力。

d.热处理热处理的加热温度都以相图上的临界点A

1、A

3、Acm为依据。

5.常材料硬度的测定法有哪三种？它们主要适应于检验什么材料？

答：（1）硬度（HB）测定法：布氏硬度测定是用一定直径D（mm）

的钢球或硬质合金球为压头，施以一定的试验力F(kgf或N)，将其压入试样表面，经规定保持时间t(s)后卸除试验力，试样表面将残留压痕。测量压痕球形面积A（mm2）。布氏硬度（HB）就是试验力F除以压痕球形面积A所得的商。布氏硬度试验特别适用于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度为钢件退火、正火和调质后的硬度。

（2）洛式硬度（HR）试验：洛式硬度是以测量压痕深度来表示材料的硬度值。洛式硬度试验所用的压头有两种。一种是圆锥角ɑ＝120°的金钢石圆锥体；另一种是一定直径的小淬火钢球。常的三种洛式硬度如表2.1-2所示。洛氏硬度试验常用于检查淬火后的硬度。

标尺符号压头类型总试验力F(N) 测量硬度范围应用举例

A HRA 金钢石圆锥 5.884 22-88 硬质合金、表面薄层硬化钢

B HRB ￠1.558钢球 980.7 20-100 低碳钢、铜合金、铁素体可锻铸铁

C HRC 钢金石圆锥 1471 20-70 淬火钢、高硬铸件、珠光体可锻铸铁

（3）维氏硬度（HV）试验：维氏硬度试验适用于常规材料，其压头是两对面夹角ɑ＝136°的金钢石四棱锥体。压头在试验力F（N）的作用下，将试样表面压出一个四方锥形的压前，经一定保持时间后，卸除试验力，测量出压痕对角线平均年度并计算压痕的表面积A（mm2），得到HV＝0.1891F÷d2。

6.请画表列出常金属材料的分类。

答：

钢

碳素结构钢合金结构钢碳素工具钢合金工具钢不锈钢耐热钢耐磨钢

低合金结构钢合金渗碳钢合金调质钢合金弹簧钢滚珠轴承钢

铸铁

灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁合金铸铁

铝合金铸造铝合金变速铝合金超硬铝合金锻铝合金

防锈铝合金硬铝合金

铜合金

黄铜青铜

锌黄铜铝黄铜锰黄铜锰铁黄铜锡青铜铝青铜铍青铜

7.材料选用的主要依据是什么？

答：在设计和制造工程结构和机构零件时，考虑材料的使用性能、材料的工艺性能和经济性。

（1）根据材料的使用性能选材：使用性能是零件工作过程中所应具备的性能（包括力学性能、物理性能、化学性能），它是选材最主要的依据。在选材时，首先必须准确地判断零件所要求的使用性能，然后再确定所选材料的主要性能指标及具体数值并进行选材。具体方法如下：

a.分析零件的工作条件，确定使用性能

b.进行失效分析，确定零件的主要使用性能

c.根据零件使用性能要求提出对材料性能（力学性能、物理性能、化学性能）的要求。通过分析、计算转化成某此可测量的实验室性能指标和具体数值，按这些性能指标数据查找手册中各类材料的性能数据和大致应用范围进行选材。

（2）根据材料的工艺性能选材：工艺性能表示材料加工的难易程序。所以材料应具有良好的工艺性能，即工艺简单，加工成形容易，能源消耗少，材料利用率高，产品质量好。主要应考虑以下工艺性： a.金属铸造性能

b.金属压力加工性能

c.金属机械加工性能

d.金属焊接性能

e.金属热处理工艺性能

（3）根据材料的经济性选材：选材必须考虑经济性，使生产零件的总成本降低。零件的总成本包括制造成本（材料价格、零件自重、零件的加工费、试验研究费）和附加成本（零件寿命，即更换零件和停机损失费及维修费等）。

2.2 其它工程材料

1.工程塑料一般具有哪些特性和主要用途？

答：工程塑料是指在工程中做结构材料的塑料，这类塑料一般具有较高机械强度，或具备耐高温、耐腐蚀、耐磨性等良好性能，因而可代替金属做某些机械零件。

表2.2-1 常热塑性工程塑料的性能和应用

名称聚酰胺（PA,尼龙）聚四氟乙烯（PTFE塑料王） ABS塑料聚甲醛（POM）聚碳酸酯

性能特点耐冷热、耐磨、耐溶剂、耐油、强韧；易吸湿膨账磨擦系数小、化学稳定性好、耐腐蚀、耐冷热、良好电绝缘性耐热、耐冲击；耐腐蚀性差耐热、耐疲劳、耐磨；成型尺寸精度差冲击韧度、尺寸稳定性、低温性能、绝缘性和加工成型性均好、高透光率、化学稳定性差应用轴承、齿轮、叶片、衬套阀门、管接头、护套、衬里等汽车、家电、管道、玩具、电器等制品轴承、齿轮、叶片等机械零件、防弹玻璃、灯罩、防护面罩

表2.2-2 常用热工程塑料的性能和应用

名称酚醛塑料环氧塑料

性能特点强度和刚度大，尺寸稳定。耐热性，耐磨性、耐腐蚀性和绝缘性；性脆易碎，抗冲击强度低强度高、耐热性、绝缘性和加工成型性好；成本高，固化剂有毒性

应用电器开关、插头、外壳、齿轮、凸轮、皮带轮、手柄、耐酸泵塑料模具、精密量具、绝缘器材、层压塑料、浇注塑料

2.简述工程塑料零件的工艺流程。

答：

3.什么是陶瓷材料？陶瓷材料有哪此特点？答：陶瓷是无机非金属材料，是用粉状氧化物，碳化物等，通过成型和高温烧结而制成。陶瓷材料是多相多晶材料，结构中同进存在着晶体相、玻璃相和气相，各组成相的结构、数量、形态、大小和颁均对陶瓷性能有显著影响。陶瓷材料具有高硬度（>1500HV）、耐高温（溶点>2000℃）、抗氧化（在1000℃高温下不氧化）、耐腐蚀（对酸、碱、盐有良好的耐蚀性）以主其他优良的物理、化学性能（优于金属的高温强度和高温蠕变能力，热膨胀系数小。热导率低，电阻率高，是良好的绝缘体，化学稳定性高等）。陶瓷材料是脆性材料，故其抗冲击韧度和断裂韧度都很低。陶瓷材料的抗压强度比其抗拉强度大得多（约为抗拉强度的10～40倍），大多数工序陶瓷材料的弹性模量都比金属高。由于工程陶瓷材料硬度高，常采用洛式硬度HRA、HT45N、小负荷维氏硬度或洛氏硬度表示。

4.特种陶瓷的分类和基本性能特点。答：

特种陶瓷类别氧化铝陶瓷氮化硅陶瓷碳化硅陶瓷氮化硼陶瓷金属陶瓷

基本性能特点强度硬度高；耐高温；高的抗蠕变能力；耐蚀性和绝缘性好。缺点是脆性大，不能受热冲击硬度高，磨擦系数小，有自润滑性和耐磨性，蠕变抗力高，热膨胀系数小，抗热振性好；化学稳定性好，优异的电绝缘性能高温强度高，导热性好；其稳定性、抗蠕变能力、耐磨性、耐蚀性好；且耐放射元素的幅射耐热性和导热性好，膨胀系数低，抗热振性和热稳定性好；高温绝缘性好，化学稳定性好，有自润滑性，耐磨性好以金属氧化物（Al2O3等）或碳化物（如TiC、WC、TaC等）粉料，再加入适量的粘接刘（如Co、Cr、Ni、Fe、Mo等）通过粉末冶金的方法制成，具有某些金属性质的陶瓷，它是制造万具、模具和耐磨零件的重要材料

5.什么是纳米材料？纳米材料有哪些主要的特性？

答：纳米是一个长度计量单位，一纳米相当于十亿分之一米。当物质颗粒小到纳米级后，这种物质就可称为纳米材料。

由于纳米颗粒在磁、光、电、敏感等方面呈现常规材料不具备的特性，因此在陶瓷增韧、磁性材料、电子材料和光学材料等领域具有广泛的应用前景。

添加纳米粉体的材料与相同组成的普通粉体材料相比，材料的万分本身虽然并未改变，但活性增强，主要表现为高抗菌、防污、耐磨、强度加大，材料重量只是钢的十分之一，但是它的强度却是钢的100倍。人们通过改变塑料、石油、纺织物的原子、分子排列，使它们具有透气、耐热、高强度和良好的弹性等特征。例如被称为纳米材料中的“乌金“的碳纳米管具有非常奇异的物理化学性能。它的尺寸只有头发丝的十万分之一，但是它的导电率是铜的1万倍；它的强度是钢的100倍，而重量只有钢的六分之一，由于其强度是其他纤维的20倍，具有经受10万Mpa而不被破碎的奇异效果。

2.3 热处理

1、简述钢的热处理工艺方法和目的。答：将钢在固态下加热到预定温度并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却，改变钢的内部组织，提高钢的性能，延长机器使用寿命的热加工工艺称为钢的热处理工艺。

恰当的热处理工艺不仅可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒，消除偏析，除低内应力，使组织均匀化；还可改善铸、锻件毛坯组织、降低硬度，便于切削加工；通过热处理工艺可以强化金属材料、充分挖掘材料潜力，降低结构件重量、节省材料和能源，提高机械产品质量，大幅度提高零件的耐磨性、抗疲劳性、耐腐蚀性等，从而延长机器零件和工模具的使用寿命。

2、钢的整体热处理包括哪此工艺内容？各自的主要目的何在？

答：钢的整体热处理包括：

a) 退火将金属或合金加热到适当温度，保持一定时间然后

缓慢冷却（如炉冷）的热处理工艺称为退火。包括:

完全退火、不完全退火、去应力退火、等温退火、球化退火、均匀化退火（扩散退火）、再结晶退火等

b) 正火将钢材或钢件加热到Ac3(亚共析钢)Acm（过共析

钢）以上30～50℃，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。目的是细化组织、降低硬度、改善切削加工性能，改善显微组织形态为后续热处理工艺作准备等。

c) 淬火将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。钢制零件经淬火处理可以获得高强度、高硬度和高耐磨性，满足要求。

d) 回火钢件淬火后，再加热到Ac1以下的某一温度，保温

一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。回火的目的是为了调整淬火组织，降低或消除淬火内应力，降低硬度，提高钢的塑性和韧性，获得所需要的力学性能。淬火并高温回火习惯称为“调质处理”，能获得良好的综合力学性能。

3、钢的表面淬火方法有哪几种？

答：表面淬火是将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚未传到心部时立即迅速冷却，使表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法。常用的方法有火焰加热淬火、感应加热淬火和激光淬火。

（1）火焰淬火应用氧-乙炔火焰对零件表面进行加热，随之淬

火冷却的工艺。火焰淬火淬硬层深度一般为2～6mm。此法简便，无需特殊设备，适用于单件或小批量生产的各种零件。如轧钢机齿轮、轧辊、矿山机械的齿轮、轴、机床导轨和齿轮等。缺点是加热不均匀，质量不稳定，需要熟练工操作。

（2）感应加热淬火利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表面、局部或整体加热并进行快速冷却的淬火工艺。电流频率愈高，淬硬层愈浅，电流的透入深度与电流的平方根成反比。根据电流频率不同，感应加热可分为：高频感应加热（100～1000kHz），淬硬层为0.2～2mm，适用于中小齿轮、轴等零件；中频感应加热（0.5-10kHz），淬硬层为2～8mm，适用于在中型齿轮、轴等零件；工频感应加热（50Hz），淬硬层深度为>10-15mm，适宜于直径>300mm的轧辊、轴等大型零件。感应加热淬火质量好，表层组织细、硬度高（比常规淬火高2-3HRC）、脆性小、生产效率高、便于自动化，缺点是设备一性投资较大，形状复杂的感应器不易制造，不适宜单件生产。

4、钢的化学热处理工艺方法有哪几种？其目的是什么？

答：化学热处理是将工件置于某种化学介质中，通过加热、保温和冷却使介质中某些元素渗入工件表层以改变工件表层的化学成份和组织，使其表面具有与心部不同性能的热处理方法。常用化学热处理的工艺方法有：渗碳、碳氮共渗和渗氮等。渗碳的目的是提高工件表层的碳含量，使工件经热处理后表面具有高的硬度和耐磨性，而心部具有一定强度和较高的韧性。这样，工件既能承受大的冲击，又能承受大的摩擦和接触疲劳强度。齿轮、活塞销等零件常采用渗碳处理。碳氮共渗的目的是为了提高零件表面的硬度、耐磨性、抗蚀性和疲劳强度。与渗碳相比，其耐磨性、抗蚀性比渗碳层高。零件变形小、速度快。渗氮的目的是提高工件表面硬度、耐疲劳和耐蚀性以及热硬性（在600～650℃温度下保持较高硬度），主要应用于交变载荷下工作的，要求耐磨和尺寸精度高的重要零件，如高速传动精密齿轮、高速柴油机曲轴、高精密机床主轴、镗床镗杆、压缩机活塞杆等，也可用于在较高温下工件的耐磨、耐热零件，如阀门、排气阀等。

5、消除铸件的内应力应采用什么热处理工艺？

答：消除铸件内应力采用退火工艺（又称人工时效），铸铁件铸造成型后产生很大内应力不仅降低铸件强度而且使铸件产生翘曲、变形，甚至开裂。因此，铸件铸造后必须进行退火，又称人工时效。将铸件缓慢加热到500～560℃适当保温（每10mm载面保温2h）后，随炉缓冷至150～200℃出炉空冷。去应用退火一般不能超过560℃，以免共析渗碳体分解、球化、降低铸造强度、硬度。

第三章产品设计

3.1新产品设计开发程序

1、简述一般新产品设计的主要程序过程是哪些？

答：新产品设计的主要程序包括：产品可行性分析、产品概念设计、产品技术设计和设计评价与决策。

产品可行性分析是通过对市场需求、技术水平及实现难度等方面的综合分析，判断产品开发的可行性，为产品开发提供指导意见。概念设计是指设计思维中已具备一个初步设计设想，但未形成具体方案的阶段。设计主意生成是概念设计中的重要的一个步骤，也是创新设计的重要内容之一。技术设计是使原理构思转化为具体的结构，内容包括确定产品的基本技术参数，进行总体布局设计和结构设计，编写设计计算说明书等。评价过程是对各方案的价值进行比较和评定，而决策是根据目标选定最佳方案，做出行动的决定。

2、举出市场调查内容中有关同行调查的主要内容。答：竞争对手与分析、技术水平、生产能力、经营销售状况与方法、市场占有率。

3、叙述设计任务书编制的主要内容。

答：设计任务书编制的主要内容有：产品名称，产品的功能和使用范围，基本参数和主要技术指标，产品的工作原理，总布局和关键部件，对产品性能、寿命与经济性的分析比较，产品设计、试验、试制的周期。

4、产品设计技术方案的评价主要包括哪三方面，每个方面的具体

内容有哪些？

答：评价方案在技术上的可行性和选进性，包括工作性能指标、可靠性、使用维护性。

5、简述结构设计的三原则。

答：结构设计的三原则：明确、简单、安全可靠。

1）明确：指对产品设计中所应的问题都应在结构方案中获得明确

的体现和分担;

2）简单：在确定结构时，应使其所含零件数目和加工工序类型尽

可能减少，零件的几何形状力求简单，减少或简化与相关零件的装配关系及调整措施;

3）安全可靠：包括结构构件安全性、功能的安全、运行的安全性、

工作的安全性和对环境的安全性等五个相关联的方面，设计时应综合考虑。

6、简述设计评价目标三个方面的内容。答：设计评价目标三个方面的内容：

1）技术评价：评价方案在技术上的可行性和先进性

2）经济性评价：评价方案的经济效益，包括成本、利润、实施方

案的费用及回收期

3）社会评价：方案实施后对社会的效益和影响，是否符合国家科

技、产业发展政策，是否符合环保要求等。

7、叙述设计评价的方法有三，即经验评价法、数学评价法和试验

评价法，请说明这三种方法分别采用的场合。

答：经验评价法用于方案不多，问题不太复杂的场合；数学评价可得到定量的评价参数，适用于多数的评价场合；试验评价法用于一些比较重要，且仅靠分析计算不够有把握的场合。

8、叙述各种设计评价方法的优缺点。

答：经验评价法可对方案做定性的粗略评价，过程较为简单，多用于方案不多，问题不太复杂的场合；数学评价可得到定量的评价参数，适用面较广；试验评价法用于一些比较重要，且仅靠分析计算不够有把握的场合，评价结果较为准确，但成本较高。

3.2机械设计基本技术要求

1、机械零件设计中最基本的计算是什么？计算的理论依据是什么？

答：机械零件设计中基本的计算包括强度准则计算，寿命准则计算和振动稳定性准则计算，基本最基本的是强度准则计算。

强度准则是指零件危险载面上的应力不得超过其许用应力。其表达式为：б≤[б]，式中[б]是零件的许用应力，由零件材料的极限应力бlim和设计安全系数S确定。 = бlim÷S [бlim 材料的极限应力，数值根据零件的失效形式确定，静强度断裂时，бlim为材料的静强度极限；疲劳断裂时，бlim为材料的疲劳极限；塑性变形时，бlim为材料的屈服极限。]

2、说明高精度主轴设计时，刚度校核的内容。

答：零件或部件在工作时所产生的弹性变形不超过允许值，称为满足刚度要求。高精度主轴刚度校核的内容包括主轴（梁）、支点（轴承）在载荷作用下发生的综合弹性变形（伸长、挠曲、扭转）校核。

3、机械结构工艺性包含哪些内容和要求？

答：结构工艺性设计涉及零件生产过程的各个阶段：材料选择、毛坯生产方法、机械加工、热处理、零件装配、机器操作、机器维护等。

结构工艺性的基本要求：在满足工作前提下，合理选择材料，机器的整体布局和结构尺量简单，合理划分零、部件并使其几何形状简单，合理确定毛坯，减少机械加工余量；考虑加工的可能性、方便性、精度和经济性，尽可能采用成熟的结构。

4、举例说明机械设计工艺设计中“如何有利于保证顺利装配、拆卸和维护”手段。

答：以轴系零件的设计为例：为便于轴上零件的装入，轴端应有倒角；为便于轴承的装拆，用于轴承轴向定位和固定的轴肩高度应小于轴承内圈的高度。

5、什么是产品的可靠性，可靠性评价通常有哪些表达指标？答：可靠性是“产品”在规定条件下和规定“时间”内完成规定功能的能力。“产品”可以是元件、器件、设备或系统。“时间”可以是小时、周期、次数、里程或其他单位表示的周期。

可靠性的评价指标

1）可靠度（无故障概率）：对不可修复的产品，是指直到规定时间区间终了为止，能完成规定功能的产品数与在该时间区间开始时刻投入工作的产品数比；对可修复的产品，是指一个或多个产品的无故障工作时间达到或超过规定时间的次数与观察时间内无故障的总次数之比；

2）累计失效概率（故障概率）：产品在规定条件规定时间内失效的概率。可靠度与累计失效概率构成一个完整的事件组；

3）平均寿命（平均无故障工作时间）：产品在使用寿命期内的某个观察期间累计工作时间与故障次数之比；

4）失效率（故障率）：工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。

6、说明确定可靠性关键件和重要件的原则。

答：确定可靠性关键件和重要件的原则是：

1）故障会导致人员伤亡、财产严重损失的产品；

2）人寿命周期费用考虑是昂贵的产品；

3）只要它发生故障即会引起系统故障的产品；

4）影响系统可用性，增加了维修费用和备件数量的产品；

5）难以采购的或用新工艺制造的产品； 6）需进行特殊处理、储存或防护的产品。

7、请简述古典磨擦定律的主要内容及其不完全正确（或不完善）之处。

答：滑动磨擦定律（流体磨擦除外）古典磨擦定律认为：

1）磨擦力与表面接触面积无关，但与接触物体表面的材料及状态（粗糙度、温度、湿度等）有关，即与磨擦因数有关；

2）静磨擦力正比于法向载荷，即F=μFn（μ为摩擦因数）；

3）动摩擦力的方向与接触物体的相对运动方向相反；

4）动摩擦因数小于静摩擦因数；

5）动摩擦力与相对滑动速度无关。

古典摩擦定律虽不完全正确，但由于具有较大的近似性和普遍性，至今仍在一般工程计算中广泛采用。而现代摩擦学研究发现，以下情况表明，古典摩擦定律有待进一步完善：

1）当法向载荷较大时，即真实接触面积接近于表观接触面积时，

摩擦力与法向载荷呈非线性关系，摩擦力增加很快；

2）粘弹材料的摩擦力与接触面积有关，只有金属等具有一定屈服

限材料的摩擦力才表观接触面积无关。

3）严格地说，摩擦力与滑动速度有关，金属的摩擦力随速度变化不大；

4）粘弹性材料的静摩擦系数不大于动摩擦系数。

8、减少机械摩擦和磨损的主要措施有哪些？

答：减少机械摩擦的主要措施有： 1）合理选择配对使用摩擦副的材料（如钢对青铜）；

2）确定零件表面合理的粗糙度值；

3）使用润滑油和有极压作用的添加亮晶剂，在摩擦表面生成边界膜；

4）以滚动接触代替滑动接触；

减少磨损的主要措施有：

1）合理选择配对使用摩擦副的材料；

2）确定零件表面合理的粗糙度和硬度值；

3）使用润滑剂，实现液体润滑或混合润滑；

4）以滚动接触代替滑动接触；

5）通过零件表面强化、表面涂层提高其耐磨性。

9、防止和减少机械结构振动的原则措施有哪些？

答：1）选用刚度大、重量经、阻尼性能好的材料作为结构的主体材料；

2）采用合理的壁厚和筋壁布置，提高结构刚度、减少结构重量；

3）采用适当的结构形式和工艺，如机床大件的双层壁不出砂结构和焊接结构等，增加结构内摩擦，提高结构阻尼能力；

4）使系统工作时产生的冲击力（如铣刀齿的切入，工作台换向，旋转件的离心力等）与系统结构的固有频率相互远离，避免产生共振；

5）根据系统的动态特性，采用外部输入能量的方法，实现减振的主动控制；

6）在系统中采用各类减振器（固体摩擦、液体摩擦、电磁声和涡流阻尼），减少振动的振幅； 7）采用粘弹性聚合物或滞弹性松弛高阻尼合金附着在振源处吸附振动能量，将其转为热量消散掉等；

8）采用隔振地基或隔振器（垫）隔除外部振动能量向系统内部传入；

9）对于旋转运动件（特别是高速），质量颁布要均匀对称，重心应在其旋转中心线上，避免信心产生的离心力作用；

10）对于机床，尺量采用连续、平衡的切削过程，避免产生各种周期的和非周期的力冲击（如飞刀铣削、滑枕、工作台往得运动时换向等），而导致强迫振动乃至共振。

10、简述标准件设计的意义。

答：1）减轻设计工作量，缩短设计周期，有利于设计人员将主要精力用于关键零部件的设计；

2）便于建立专门工厂采用最先进的技术大规模地生产标准零部件，有利于合理使用原材料、节约能源、降低成本、提高质量和可靠性、提高劳动生产率；

3）增大互换性，便于维修；

4）便于产品改进，增加产品品种；

5）采用与国际标准一致的国家标准，有利于产品走向国际市场。

因此，在机械零件的设计中，设计人员必须了角和掌握有关的各项标准并认真地贯彻执行，不断提高设计产品的标准化程度。

3.3 机械零、部件设计

1、指出齿轮传动的特点及适用范围。答：齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。齿轮传动的优点是：瞬时传动比恒定，工作平稳，传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；适用的功率和速度范围广，功率从接近于零的微小值到数万千瓦，圆周速度从很低到300m/s；传动效率高，η=0.92-0.98，在常用的机械传动中，齿轮传动的效率较高；工作可靠使用寿命长；外廓尺寸小，结构紧凑。

齿轮传动的主要缺点是：制造和安装精度要求较高，需专门设备制造，成本较高，不宜用于较远距离两轴之间的传动。

2、轴零件在结构设计时要满足哪些条件？

答：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置，轴必须具有足够的强度和刚度，轴上的零件应便于装拆和调整，轴应具有良好的制造工艺性等。

3、滚珠丝杠副主要应用在哪些场合？

答：滚珠螺旋传动具有传动效率高、起动力矩小、传动灵敏平稳、工作寿命长等优点，故在机床、汽车和航空等制造业中应用广泛。主要缺点是制造工艺比较复杂。

4、带传动主要有哪些类型？

答：常用带传动有平带传动、V带传动、多楔带传动和同步带传动等。

平带传动结构最简单，带轮也容易制造在传动中心距较大情况下应用较多。 V带有普通V带、窄V带等多种类型，在同样张紧力下，V带传动较平带传动能产生更大摩擦力，V带允许的传动力比较大，结构较紧凑，并多已标准化大量生产，因而比平带传动应用广泛。

多楔带兼有平带和V带的优点，柔性好，摩擦力大，传递功率高，解决了多根V带长短不一而使各带受力不均的问题。多楔带主要用于传递功率较大而结构要求紧凑的场合。

同步齿形带综合了带传动和齿轮传动的优点。同步带通常由钢丝绳或玻璃纤维绳等为抗拉层、氯丁橡胶或聚氨酯橡胶为基体、工作面上带齿的环状带等组成。工作时，带的凸齿与带轮外缘上的齿槽啮合传动。由于抗拉层承载后变形小，能保持同步带周节不变，故带与带轮没有相对滑动，从而保证同步传动。

5、螺栓组防松的方法有哪些？

答：有机械防松（如采用开口销与六角开槽螺母、止动垫圈、串联钢丝等）、摩擦防松（如采用双螺母、弹簧垫圈、锁紧螺母等）和永久防松（即破坏螺纹副防松，如采用冲点、涂粘合剂）。

6、销的主要功能包括哪些方面？

答：定位销（用于固定零件之间的相对位置）、联接销（用于联接并可传递不大的载荷）和安全销（用作安全装置中的过载剪断元件）。

7、指出离合器的种类及适用范围。

答：离合器的种类见下表。离合器操纵离合器机械离合器啮合式：如牙嵌式、齿式、转键式等；摩擦式：如圆盘摩擦片（块）式、圆锥摩擦式、涨圆摩擦式、扭簧摩擦式等；电磁感应式：如转差式、磁粉式等

气压离合器

液压离合器

电磁离合器

自控离合器超越离合器啮合式：如牙嵌式、棘轮式等；摩擦式：如滚柱式、楔块式等

离心离合器摩擦式：如闸块式、钢球式、钢砂式、钢棒式等

安全离合器啮合式：如牙嵌式、钢珠式等；摩擦式：如圆盘式、圆锥式等

1）牙嵌离合器由两个端面上有牙的半边离合器组成。其中一个半边离合器固定在主动轴上，另一个半边离合器用导键（或花键）与从动轴联接，并可由操纵机构使其做轴向移动，以实现离合器将运动分离与接合的功能。牙嵌离合器一般用于转矩不大，低速接合处。

2）圆盘摩擦离合器圆盘摩擦离合器是在主动摩擦盘转动时，由主、从动盘的接触面间产生的摩擦力矩传递转矩，有单盘式和多盘式两种。与牙嵌离合器相比，圆盘摩擦离合器的优点是：不论任何速度两轴均可接合或分离；接合过程平稳，冲击、振动较小；从动轴的加速时间和所传递的最大转矩可调节；过载时可发生打滑，以保护重要零件不致损坏。其缺点为外廓尺寸较大；在接合、分离过程中产生滑动摩擦故发热较大，磨损也较大。为了散热和减轻磨损，可以把摩擦离合器浸入油中工作。

3）电磁离合器电磁离合器是利用电流通过激磁线圈时所产生的磁力操纵各种拼命元件，以实现接合和分离的离合器。电磁主合器可单独操纵，亦可集中控制和远距离控制，与其他机电元件亦可在主、从动部分有转速差的情况下保持恒定转矩（例如磁粉离合器）。电磁离合器具有结构简单操纵方便的优点。电磁离合器的缺点是有少量剩磁，尤其是磁力线通过摩擦片的离合器。剩磁会妨碍离合器主、从动摩擦片的彻底分离，而在切断电流后离合器还有残留转矩。

8、箱体、机架件设计的一般要求有哪些？

答：

1）可靠性：在使用期内必须安全可靠，其结构应与所承受的外力相

协调，能满足强度、刚度、振动稳定性、疲劳强度、热变形等方面的要求。

2）实用性：箱体、机架是机器重要的组成部分其精度、表面粗糙度、

尺寸和形位公差等技术指标必须确保机器的使用性能和使用寿命。

3）工艺性；结构应容易铸造或焊接，减少和防止铸造或焊接缺陷，

便于加工装配和调试。焊接结构应便于实现机械化处自动化焊接。

4）经济性：要尺量减轻结构质量降低材料成本，减少能源消耗、加

工工时和制造成本。根据箱体、机架的不同用途，设计中对以上各项既要有所偏重，又要统筹兼顾，要重视其外观造型设计。

9、请说出齿轮传动、丝杠传动和普通皮带传动各自最大的区别特点（优点）。

答：

1）齿轮传动的主要优点是：瞬时传动比恒定，工作平稳，传动准确

可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；适用的功率和速度范围广，功率从接近于零的微小值到数万千瓦，圆周速度从很低到300m/s；传动效率高，η=0.92-0.98，在常用的机械传动中，齿轮传动的效率较高；工作可靠使用寿命长；外廓尺寸小，结构紧凑。

2）丝杆传动的优点是：降速传动比大：对单丝螺旋而言，螺杆（或

螺母）转动一圈，螺母（或螺杆）移动一个螺距，螺距一般很小，所以每转一圈的移动量比齿轮齿条传动要小得多，对高速转动转换成低速直线运动可以简化传动系统，侃结构紧凑，并提高传动精度；可获得大的轴向力：对于螺旋传动施加一个不大的转矩，即可得到一个大的轴向力；能实现自锁：当螺旋的螺纹升角小于齿面间当量摩擦角时螺旋具有反行程自锁作用即只能将传动转换成轴向移动，不能将移动转换成转动。这对于某些调整到一定位置后，不允许因轴向载荷而造成逆转的机械是十分重要的，例如铣床的升降工作台、螺旋千斤顶、螺旋压力机等；工作平稳无噪声。

3）带传动的主要优点是：缓冲吸振，传动平稳、噪声小；带传动靠

摩擦力传动，过载时带与带轮接触面间发生打滑，可防止损坏其他零件；适用于两轴中心距较大的场合；结构简单制造、安装和维护等均较为方便，成本低廉。

10、简述一般传动齿轮的设计方法和步骤。

答：齿轮传动有多种失效形式但对于某一具体工作条件下工作的齿轮传动，通常只有一种失效形式是主要的失效形式，理论上应针对其主要失效形式选择相应的设计准则和计算方法确定其传动尺寸，以保证该传动在整个工作寿命期间不发生失效。但是，对齿面磨损、塑性变形等失效形式目前尚未建立行之有效的成熟的计算方法和完整的设计数据。

目前设计一般工况下工作的齿轮传动时，通常都只依据保证齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度两准则进行计算。而对高速重载易发生胶合失效的齿轮传动，则还应进行齿面抗胶合能力的核算。至于抵抗其他失效的能力，仅根据失效的原因，在设计中采取相应的对策而不作精确的计算。

一般情况下齿轮传动的设计准则为：

1）对闭式软齿面齿轮传动，主要失效形式是齿面点蚀，故按齿面

接触疲劳强度进行设计计算，再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。

2）对闭式硬齿面齿轮传动，其齿面搞点蚀能力较强，主要失效形

式表现为齿根弯曲疲劳折断，故按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，再按齿面接触疲劳强度进行校核。

3）对开式齿轮传动，主要失效形式是齿面磨损和齿根弯曲疲劳折

断，故先按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，然后考虑磨损的影响，将强度计算所求得的齿轮模数适当增大。

11、传动齿轮设计时，如何确定齿轮的结构参数。答：通过齿轮传动的强度计算，确定出齿轮的主要尺寸（如齿数、模数、齿宽、螺旋角、分度圆直径等），齿圈、轮辐、轮子毂等的结构形式及尺寸大小，通常由结构设计而定，而不进行强度计算。

齿轮的结构设计与齿轮的几何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求及经济性等因素有关。进行齿轮的结构设计时，必须综合地考虑上述各方面的因素。通常是先按齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，然后再根据荐用的经验数据，进行结构设计。

对于直径很小的钢制齿轮，若齿根圆到键槽底部的距离较小时，应将齿轮和轴做成一体（称为齿轮轴）。

当齿顶圆直径小于160mm时，一般做成实心结构的齿轮。但航空产品中的齿轮，也有做成腹板式的。

当齿顶圆直径小于500mm时，宜做成腹板式结构，腹板上开孔的数目按结构尺寸大小及需要而定。

当齿顶圆直径大于400mm而小于1000mm时，一般应做成轮辐截面为“十”字形的轮辐式结构的齿轮。

为了节约贵重金属对于尺寸较大的圆柱齿轮，可做成组装齿圈式的结构。齿圈用钢制，而轮芯则用铸铁或铸钢。

12、传动轴设计时首先应考虑和解决哪些主要问题？

答：轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。合理的结构和足够的强度是轴设计必须满足的基本要求。

轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的工作能力计算包括轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。足够的强度是轴的承载能力的基本保证，轴的强度不足，则会发生塑性变形或断裂失效使其不能正常工作。对某些旋转精度要求较高的轴或受力较大的细长轴，如机床主轴、电机轴等，还需保证足够的刚度，以防止工作时产生过大的弹性变形；对一些高速旋转的轴，如高速磨床主轴、汽轮机主轴等，则要考虑振动稳定性问题，以防止共振的发生。

13、简述采用普通丝杠和滚珠丝杠传动的各自优点和场合。

答：普通丝杠：结构简单制造方便，成本低，易于实现自锁，运转平稳，但当低速或作运动的微调时可能出现爬行。用于机床的进给、分离、定位等机构，压力机、千斤顶的传力螺旋等。

滚珠丝杠：摩擦阻力小，传动效率高，运转平稳，低速时不爬行，启动时无抖动，经调整和预紧可实现高精度定位，寿命长。用于精密机床和数控机床，测量机械，传动和调整螺旋，车辆，飞机上的传动和传力螺旋。

14、简述非同步传动带选用的一般程序。

答：传动带选用的一般程序见下图：

15、标准化的减速器按传动和结构特点划分主要有哪五种？选用时主要考虑哪些要求？

答：减速器是指原动机与工作机之间独立的闭式传动装置，用以降低转速并相应增大转矩。某些场合也可用于增速装置，并称为增速器。按传动和结构特点划分，减速器可分为齿轮减速器：（圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器）；蜗杆减速器：（圆柱蜗杆减速器、环面蜗杆减速器、锥蜗杆减速器和蜗杆-齿轮减速器）；行星齿轮减速器；摆丝针轮减速器；谐波齿轮减速器。上述五种减速器已有标准系列产品，使用时只需结合所需传动功率、转速、传动比、工作条件和机器的总体布置等具体要求，从产品目录或有关手册中选取。

16、两件联接常有哪些形式和方法？

答：机械静联接又分为可拆联接和不可拆联接。可拆联接是不须毁坏联接中的任一零件就可拆开的联接，故多次装拆无损于其使用性能。常用的有螺纹联接、键联接（包括共花键联接、无键联接）及销联接等，其中尤以螺纹联接和键联接应用较广。不可拆联接是至少必须毁坏联接中的某一部分才能拆开的联接，常见的有铆钉联接、焊接、胶接等。

17、什么是离合器？离合器的主要功能和设计要求是什么？答：离合器是主、从动部分在同轴线上传递转矩和旋转运动时，在不停机状态下实现分离和接合的装置。安置在机械设备传动系统中的离合器通过操纵或自控进行离合，可以完成工作机启动、停止、换向、变速等工作。离合器还具有软启动、节能、吸收冲击能量、减缓振动、实现速度超越、防止逆转以及对传动系统的过载保护等功能。

对离合器的基本要求是：接合平稳，分离彻底，动作准确；结构简单，外廓尺寸、重量和转动惯量小；工作安全可靠，操纵方便、省力，对接合元件的压紧力能在内部平衡；接合元件耐磨，散热性能好，工作寿命长。

18、什么是制动器？对制动器的基本要求是什么？

答：制动器是使运转中的机构或机器迅速减速、停止并保持停止状态的装置；有时也用作调节或限制机构或机器的运动速度（例如使重物以恒定速度下降）。制动器是保证机构或机器安全工作的重要部件。对制动器基本要求是：制动可靠，操纵灵活，散热良好，重量轻，结构紧凑，便于安装和维护。为了减小制动转矩，缩小制动器的尺寸，通常将制动器安装在制动对象传动轴系的高速轴上。但对于安全度要求高的设备，如矿井提升机等，因高速轴距制动对象较远，安全可靠度较差，传动轴系发生断轴事故，制动对象的安全仍然没有保证。所以还需在低速轴上安装安全制动器。

3.4 气动、液压传动控制系统

1、常用的气动、液压元件最基本的有哪些？按功能控制阀又分为哪几类？答：气动、液压最基本的元件是动力元件（液压泵、液压马达）、执行元件（液压缸）、控制元件（方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀等）和辅助元件（油箱、油管、滤油器、储能器等）。

按功能控制阀可分为压力控制阀（溢流阀、减压阀）、流量控制阀（节流阀、调速阀）、方向控制阀（液控单向阀、电磁换向阀）。

2、说出液压传动的主要优缺点。

答：与齿轮、螺旋等以固体作为传动构件相比，液压传动具有以下优点：易于获得很大的力或力矩，传递相同功率时体积小、重量轻、运动惯性小、反映速度快；可以在较大的范围内方便地实现无级调速；传动平稳，易于实现频繁的换向和过载保护；易于实现自动控制，且其执行机构能以一定的精度自动地按照输入信号（常为机械量）的变化规律动作（液压随动），并将力或功率放大；摩擦运动表面得到自行润滑，寿命较长；液压元件易于实现通用化、标准化、系列化，便于设计和推广使用，系统而已灵活方便；很容易实现直线运动。

液压传动的缺点是：由于油液存在漏损和阻力，效率较低；系统受温度的影响较大，以及油液不可避免地泄漏及管道弹性变形，不能保证严格的传动比；液压元件加工和装配精度要求较高，价格较贵，液压系统可能因控制元件失灵丧失工作能力，元件的维护和检修要求较高的技术水平；液压元件中的密封件易于磨损，需经常更换，费用较高，密封件磨损还会告成因泄漏而污染环境的弊端。

3、液压系统中密封的重要意义是什么？常用的动密封有哪些类型？答：液压系统中密封的重要意义是防止泄漏造成污染和浪费，以及对系统工作稳定性和可靠性的影响。

动密封按不同的相对运动类型分旋转式和移动式。旋转式动密封又按被密封两结合面间是否有间隙，分接触型和非接触型两种。动密封的设计和选用除考虑其适应性和密封能力，还应考虑使用时的寿命和可靠性。常用动密封形式有：成型填料密封、油封、机械密封硬填料密封和螺旋密封。

4、举例说明液压系统压力不足产生的原因和解决方法。

答：

液压系统压力不足原因解决方法

溢流阀卡死、拆下溢流阀修理、

油泵磨损严重、更换新油泵、

阀体上压力油堵崩掉、重新堵死、

管路过长或管径过细改用大管径油管或重新设计管路长度

3.5 电气传动基础

1、简述电动机的种类和用途。

答：在工程机械中应用的电动机主要分为两大类：机械能转化为电能是发电机，其中包括直流发电机和交流发电机；电能转化为机械能是电能机，其中包括直流电动机、交流异步电动机和同步电动机等。根据电动机不同的控制方式又可分为伺服电动机和步进电动机。

2、简述直流电动机和交流电动机的调速方法。

答：直流电动机主要调速方式为： 1）改变电枢电阻：使用变阻器或接触器、电阻器通过调节电枢电阻

调速；

2）改变电枢电压：通过电动机-发电机组、晶闸管变流器或晶体管晶

闸管开关电路改变电枢电压调速；

3）改变磁通：通过直流电源变阻器、电动机扩大机或磁放大器、晶

闸管变流器改变线圈磁量使电动机实现调速。

异步电动机的调速：由于异步电动机转子转速n=（1-s）60f/p，

因此可以通过改变极对数p电源频率f和转差率s三种方法调节转速。改变极对数p采用有级电动机进行有级调速；应用电子变频器改变电源频率f实现电动机连续调速。

3、简述直流电动机和交流电动机的制动方法。

答：直流电动机制动：在电动机转子上施加与转动方向相反的转矩，使电动机限速（如电动机带重物恒速下降），或减速（如停车过程）运行。制动转矩可以是电磁转矩，也可能是外加制动闸的机械摩擦转矩。电磁制动的制动力矩大、控制方便、没有机械磨损。常用电磁制动有以下几中方式：

1）动能（能耗）制动：一般电动机电枢断电后，其转子动能仍维持

转子继续转动，靠风阻待摩擦损耗耗尽原有动能后停车，持续时间较长；为缩短停车过程占用时间，保持励磁不变，电枢从电源断开后接入电阻RL，则电枢中电动势Ea。产生电流Ia（与电动势状态方向相反），在电阻RL上耗能，并按发电机原理在电枢上产生与转动方向相反的电磁制动转矩，使转子快些减速。但转速降至较低值时电动势Ea和电枢电流Ia都较小，制动转矩也较小，常辅以制动闸加强低速制动效果。

2）反接制动：制动时保持励磁不变，电源反接使电枢电流反向，产

生制动的电磁转矩。同时应串入附加电阻RL以限制过大的电流。当转速下降至零时，应及时切断电源，以防电动机向反方向重新启动。以上制动方式切使附加电阻上产生相当大的能量损耗，运行经济性较差。

3）反馈制动：在直流电动机带恒定转矩负载并采用调压调速运行

时，如需降低转速，应先降低电枢电压，些时电动机转速n与电势Ea不会突变，因而暂时U〈Ea，电枢电流Ia反向，成发电状态运行，向电源反馈电能，并产生制动的电磁转矩，使转速下降。在此过程中电枢转子多余的动能反馈给电源，而不是空耗在附加电阻上，因此运行经济性较好。

异步电动机制动方法有：

① 能耗制动：当电动机定子绕组与交流电源断开后，立即接

到一个直流电源上，流入的直流电流在气隙中建立一个静止不动的磁场，它在旋转着的转子绕组中感生电流、电阻损耗：转子电流与静止磁场相作用产生制动转矩。

② 发电（再生）制动：当电动机转子转速大于定子旋转磁场

的同步转速（用外力使电动机转子加速或定子电源频率减低）时，电动机处于发电机制定运行状态。 ③ 反接制动：电动机电源相序改变，使旋转磁场旋转方向改

变；或因负载作用使转子反转，均可使电动机旋转磁场与转子旋转方向相反，产生制动转矩。与直流电动机反接制动相似，此时如仍维持电源电压不变，定子电流将很大，要采取限流措施。

4、简述电动机选用的一般原则。

答：电动机的选用时应综合考虑下列问题：

（1）根据机械负载性质和生产工艺对电动机启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机类型。

（2）根据负载转矩、转速变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力与启动转矩倍数选择电动机容量，并确定通风冷却方式。容量选择应适当留有余量。

（3）根据使用场所的环境条件如温度、湿度、灰尘、腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的防护等级和结构与安装方式。

（4）根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级与类型。

（5）根据生产机械的转速要求与http://www.daodoc.com械的复杂程度，选择电动机的额定转速。

（6）由于目前已有相当多的派生与专用产品系列，能较好地适应与满足各行业的特殊要求，可优选考虑选用专用系列产品。

另外，运行可靠性、条件通用性、安装与维修是否方便、产品价格、建设费用和运行维修费用等方面，也应在综合考虑之列。

3.6 设计方法与应用

1、简述计算机辅助设计方法在工程方面的应用。

答：（1）用于绘图及几何造型绘图应用软件即图形处理软件，是计算机用于绘图的软件，由图形处理系统软件和图形处理应用软件组成。CAD绘图系统能完成主观图、侧视图、剖面、局部视图、正等轴侧图以及三维图形的绘制。

（2）用于计算和分析 CAD系统可进行产品的静/动态特性、

磁场、温度场、流体场、振动、强度、应变分布、热变形等内容的分析研。CAD系统还可用于研究机构的运动学特性，干涉情况分析，自动给出结构的物理特性，如体积、重量、重心、惯性矩、截面二次矩等。

（3）用于产品设计 CAD系统可分为两大类，即人机交互会话型和非会话型。前者用于设计目标难以用数学模型定量描述的场合，人在设计过程中起到推理、分析、判断、决策的作用，该系统适于新产品的开发设计。非会话型设计过程即计算机按设计师编制的程序自动完成设计的各个工作步骤，适用于设计目标能够定量加以描述的场合，即变异性设计和适应性设计。

（4）计算机仿真及试验 CAD系统在设计阶段，为了对设计对象进行性能评价、决策，特别是对难以实时对实物进行性能试验的工程对象，如：价值昂贵的武器系统，难以进行实物试验的航空航天产品，难以复现的瞬态过程，大型结构及大型设备的性能预测研究等。采用模拟或仿真技术进行性能评价有重要的实用价值。另外，使用计算机控制产品的验收及性能试验，进行数据的采集、分析、处理已是现代产品试验技术的主要特征之一。

2、简述人机工程设计的一般原则。

答：人机工程设计的一般指导原则如下：

1）工作空间应符合人体尺寸和工作类型，身体姿势、体力和运动

三者应适宜操作并互相制约。不同姿势下的工作空间和有利工作区域与方向在考虑工作空间时，应使四肢具有足够的活动空间。工作器具应与人的四肢相适应。各种操纵器具的布置应在人体功能可能实现的范围内。

2）信息的显示与信号的选择设计和布置，应与人的感觉能力（视

觉、听觉、触觉）相适应。信息的显示有视觉、听觉和触觉三类。通常，信息通过视觉获得但在紧急情况下使用听觉显示的效果更大。因为对于突然发生的声音，人具有特殊的反应能力。但过度地应用听觉显示，易使人疲劳。

3）操纵、调节部件的选择造型和布置，应适合有关身体部位及其

运动，并考虑有关灵敏度、精确度、速度、作用力等方面的要求。控制件设计的一般要求如下：

①.控制件的运动方向应与被控制动作或显示器的运动方向一致；

②.控制件的造型应使操作者只用一般的体力；

③.要求精确度较高的操作活动只能使用较小的体力，但应保持适当

的阻力，使操作者对操作的精确度有所感觉；

④.不同设备完成相同功能控制件的大小和形状应一致； ⑤.控制件应易于识别，可以用颜色、尺寸、开关或在控制面板上加

说明予以区别;

⑥.除非故意联动，控制件的使用不应互相干扰；

⑦.要求迅速或精确高速的地方用手进行操作；

⑧.为执行若干个分段控制，应采用止动型控制件；

⑨.当控制件要求用力大或要求连续向前用力时，可选用脚操作。

4）环境、安全和技术文件等方面的考虑。工作环境对人的工作能

力和安全有巨大影响。但广义工作环境设计的探讨已超出设备设计的范畴。环境条件包括温度、湿度、辐射热、灰尘、射线、气体、气压、重力、加速度、照明、色彩、噪声、振动等。在人-机设计中着重考虑的应是设备本身对人（操作人员或服务对象）所处环境的劣化和设备设计对人所处环境的改善两个方面。在交通运输市亩中，设备为有关人员提供了“小”环境备件，空调、通风、减振、降噪等是此类设备的设计所必须考虑的人机界面问题。

3、简述模块化设计的含义和划分原则。

答：模块化设计是在对产品进行市场分析、预测、功能分析的基础上，划分并设计出一系列通用的功能模块，根据用户要求，对模块进行选择和组合，构成不同功能或功能相同性能不同、规格不同的产品。

模块化设计的划分原则是力求以少数模块组成尽可能多的产品，并在满足要求的基础上使产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉，且模块结构应简单规范，模块间的联系尽可能简单。划分模块既要兼顾制造管理方便，具有较大灵活性，避免组合时产生混乱，又要考虑到该模块系列将来的扩展和向专用、变型产品的辐射。划分的优劣直接影响模块系列设计的成功与否。划分前必须对系统进行仔细、系统的功能分析和结构分析，并要注意以下各点：

1）模块在整个系统中的作用及其更换的可能性和必要性；

2）保持模块在功能及结构方面有一定的独立性和完整性；

3）模块间的接合要素应便于联接与分离；

4）模块的划分不能影响系统的主要功能。

4、简述生命周期设计的含义和应用。

答：产品生命周期设计其目标是所设计的产品对社会的贡献最大，而对制造商、用户和环境的成本最小。它是一种在设计阶段即考虑产品整个生命周期内价值的设计方法这些价值包括产品所需的功能、产品的可生产性、可装配性、可测试性、可拆卸性、可运输性及其循环利用性和环境友好性。生命周期设计要求设计师评估生命周期成本，并将评价结果用于指导设计和制造方案的决策。

生命周期设计的应用见下图。

5、简述创新设计的含义和方法。

答：创新设计是技术创新的重要内容，是希望在设计中更充分发挥设计者的创造力，利用最新的科技成果，在现代设计理论方法的指导下，设计出更具有竞争力的新颖产品。创新设计可分为开发型设计、变异设计和反求设计三种类型。

1）开心型设计是针对新任务进行从有所不同方案到结构方案的新

设计，完成从产品规划到施工设计的全过程，是在探索中创新。 2）变异地设计是在已有产品的基础上，进行原理方案机构结构、参

数、尺寸的变异以适用市场新的要求或提高竞争力，变型系列产品在生产中广泛应用，这是通过变异的一种创新。

反求设计是针对已有产品或设计、进行分析、消化、吸收，掌握其关键技术，进而开心出同类的先进产品，这是一种在吸取中的创新。

第四章机械制造工艺学

4.1 工艺过程设计

1、什么是工艺规程？简述工艺规程的设计依据和基本程序。

答：工艺规程是规定产品和零部件加工工艺过程和操作方法等的工艺文件，是企业生产中的指导性技术文件。

设计工艺规程的主要主要依据（亦即原始材料）主要有：