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1、机械工程师模拟考题第二章 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HB1500HV）、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

2、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1040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

3、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

4、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

5、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

6、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3050，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

7、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

8、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26mm。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（1001000kHz），淬硬层为0.22mm，适用于中小齿轮、轴等零件；中频感应加热（0.5-1

9、0kHz），淬硬层为28mm，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

10、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600650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。

11、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500560适当保温（每10mm载面保温2h）后，随炉缓冷至150200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

12、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

13、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

14、：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

15、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：，式中是零件的许用应力，由零

16、件材料的极限应力lim和设计安全系数S确定。 = limS lim 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，lim为材料的静强度极限；疲劳断裂时，lim为材料的疲劳极限；塑性变形时，lim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

17、。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

18、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

19、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=Fn（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