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
11
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：评价方恈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、
12
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；
13
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嚦和硬度值； 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）与瓻统结构的
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暐处吸附振动能量，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 、简述怇准件设计的意义。
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
14
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
15