機械設(shè)計制造及其自動化專升本2025年真題專項試卷（含答案）考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在機械設(shè)計中，為了提高零件疲勞強度，常采取的措施不包括（）。A.選擇合適的材料B.增大截面尺寸C.增加表面粗糙度D.去除應(yīng)力集中2.一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，其模數(shù)m=4mm，壓力角α=20°，小齒輪齒數(shù)z1=20，大齒輪齒數(shù)z2=60，則大齒輪的分度圓直徑為（）mm。A.80B.96C.120D.1603.軸承的基本額定動載荷是指（）。A.軸承在特定條件下不發(fā)生點蝕的極限載荷B.軸承所能承受的最大載荷C.軸承的極限轉(zhuǎn)速D.軸承的額定壽命所對應(yīng)的基本載荷4.下列金屬材料中，通常最適合用于制造承受沖擊載荷的零件的是（）。A.碳素結(jié)構(gòu)鋼B.合金結(jié)構(gòu)鋼C.球墨鑄鐵D.灰鑄鐵5.切削加工中，切削熱的主要來源是（）。A.電機功率損失B.刀具與工件間的摩擦C.切削層金屬變形D.機床振動6.在金屬切削過程中，通常不采用冷卻液的主要原因是（）。A.成本太高B.污染環(huán)境C.影響加工精度D.降低刀具壽命7.下列制造工藝中，屬于特種加工的是（）。A.銑削B.磨削C.電火花加工D.拉削8.數(shù)控機床的坐標(biāo)系中，通常Z軸表示（）。A.沿工件長度方向B.沿工件寬度方向C.刀具垂直于工件表面的進給方向D.工件旋轉(zhuǎn)方向9.PLC（可編程邏輯控制器）在自動化控制系統(tǒng)中的作用主要是（）。A.執(zhí)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算B.生成控制信號C.直接驅(qū)動大功率執(zhí)行機構(gòu)D.采集傳感器信號10.CAD技術(shù)的核心優(yōu)勢在于（）。A.自動化生產(chǎn)B.提高設(shè)計效率和精度C.降低制造成本D.實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控二、填空題（每空1分，共20分）1.機械零件的強度計算主要包括______計算和______計算。2.平面連桿機構(gòu)中，實現(xiàn)往復(fù)直線運動或擺動的常用機構(gòu)是______機構(gòu)。3.金屬材料抵抗變形的能力稱為______，抵抗斷裂的能力稱為______。4.焊接是一種通過______將兩個或多個分離零件連接成為整體的加工方法。5.切削用量三要素是指切削速度______、進給量______和切削深度______。6.數(shù)控加工中，G代碼是用于控制機床______的指令代碼。7.自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中，執(zhí)行機構(gòu)通常包括______和______兩種類型。8.機械設(shè)計中，選擇材料時，除了考慮強度、剛度外，還應(yīng)考慮______、______、______等性能。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述機械設(shè)計中進行強度計算的基本思路。2.簡述影響金屬切削刀具磨損的主要因素。3.簡述數(shù)控機床加工零件的主要優(yōu)點。4.簡述自動化生產(chǎn)系統(tǒng)與手動生產(chǎn)系統(tǒng)的主要區(qū)別。四、計算題（每題10分，共20分）1.一根軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，許用彎曲應(yīng)力[σ]=160MPa?，F(xiàn)設(shè)計成一端固定、一端自由的懸臂梁，受集中力F=10kN作用，力作用在自由端，梁的跨度L=1m。試計算該軸危險截面處的直徑d。（假設(shè)彎曲正應(yīng)力是主要應(yīng)力）2.有一臺三爪自定心卡盤，卡爪與工件接觸面的摩擦系數(shù)f=0.15，要加工直徑D=80mm的工件，卡盤夾緊力F的作用線距離工件中心O的距離a=50mm。試計算所需的最小夾緊力F。（假設(shè)工件處于臨界自鎖狀態(tài)）五、分析題（每題10分，共20分）1.分析比較滾動軸承和滑動軸承在工作原理、結(jié)構(gòu)特點、優(yōu)缺點及適用場合方面的主要區(qū)別。2.分析在機械加工過程中，產(chǎn)生加工誤差的主要來源有哪些？并舉例說明如何減少其中一種誤差。六、設(shè)計題（10分）某簡單自動化生產(chǎn)線需要傳送重量約為20kg的工件，工件需要沿水平方向移動50mm?，F(xiàn)有條件：可使用一個氣缸作為動力源，氣缸推力為100N。請簡述一個可行的傳送方案，并說明需要考慮的主要因素。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.A4.C5.B6.A7.C8.C9.B10.B二、填空題1.強度，剛度2.曲柄滑塊3.強度，塑性（或韌性）4.熔化（或加熱）5.切削速度，進給量，切削深度6.運動和坐標(biāo)系7.執(zhí)行機構(gòu)，傳感器（或檢測裝置）8.壽命，工藝性，經(jīng)濟性三、簡答題1.解析思路：強度計算的核心是保證零件在承受工作載荷時，其內(nèi)部的應(yīng)力（主要是正應(yīng)力和剪應(yīng)力）不超過材料的許用應(yīng)力。基本思路包括：①確定零件可能承受的最大工作載荷和相應(yīng)的應(yīng)力類型（拉伸、壓縮、彎曲、剪切等）；②根據(jù)應(yīng)力類型和載荷情況，建立相應(yīng)的強度條件公式（如σmax≤[σ],τmax≤[τ]）；③對于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，可能需要進行強度校核（如組合變形）；④選擇合適的材料并確定其許用應(yīng)力；⑤代入公式計算所需的結(jié)構(gòu)尺寸或進行校核。2.解析思路：影響刀具磨損的因素是多方面的，主要包括：①切削參數(shù)：切削速度過高、進給量過大都會加劇磨損；②刀具材料：材料的硬度、耐磨性、紅硬性直接影響其抵抗磨損的能力；③工件材料：材料的硬度、強度、化學(xué)成分（如含硫、磷等）會影響刀具磨損速度；④切削環(huán)境：切削液的選擇和使用（有無、種類）、切削溫度等都會對磨損產(chǎn)生顯著影響；⑤刀具幾何參數(shù)：前角、后角、刃口鋒利程度等也會影響摩擦和磨損。3.解析思路：數(shù)控機床加工零件的主要優(yōu)點體現(xiàn)在：①高精度和高重復(fù)性：數(shù)控機床按照程序精確運動，能保證零件尺寸的穩(wěn)定性和一致性；②加工復(fù)雜形狀零件能力強：對于復(fù)雜曲線、曲面，數(shù)控系統(tǒng)能方便地編程加工；③加工效率高：自動化程度高，減少了輔助時間；④柔性高：改變零件加工只需修改程序，易于適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)；⑤減輕工人勞動強度：工人只需監(jiān)控設(shè)備運行，無需手動操作。4.解析思路：自動化生產(chǎn)系統(tǒng)與手動生產(chǎn)系統(tǒng)的主要區(qū)別在于：①自動化程度：自動化系統(tǒng)大量使用機器人和自動化設(shè)備，實現(xiàn)少人或無人化操作；手動系統(tǒng)主要依靠人工完成；②生產(chǎn)效率：自動化系統(tǒng)通常速度更快，節(jié)拍更穩(wěn)定，效率遠(yuǎn)高于手動系統(tǒng)；③一致性：自動化系統(tǒng)加工精度高，產(chǎn)品一致性好；手動系統(tǒng)受人為因素影響，一致性較差；④柔性：自動化系統(tǒng)調(diào)整和更換產(chǎn)品型號通常需要重新編程和設(shè)置，柔性相對較低；手動系統(tǒng)調(diào)整較為靈活；⑤成本：自動化系統(tǒng)初期投資大，但長期運行可能因減少人力而成本較低；手動系統(tǒng)初期投資小，但人力成本高。四、計算題1.解析思路：計算懸臂梁彎曲正應(yīng)力，首先根據(jù)梁的受力情況和支撐條件，確定危險截面（固定端處）的彎矩M。彎矩M=F*L。然后根據(jù)彎曲正應(yīng)力公式σ=M/Wz計算應(yīng)力，其中Wz是軸的危險截面抗彎截面系數(shù)，對于圓軸Wz=πd3/32。將Wz代入公式，得到σ=(F*L)*(32/(πd3))。最后，根據(jù)強度條件σmax≤[σ]，代入已知數(shù)值求解d。解得d≥√[(F*L*32)/(π*[σ])]。代入F=10kN=10000N,L=1m,[σ]=160MPa=160N/mm2，計算得到d≥44.72mm。取標(biāo)準(zhǔn)直徑，通常取d=45mm。答案：d≥45mm2.解析思路：分析卡盤夾緊工件是否會滑脫，需要計算工件受到的摩擦力矩與夾緊力產(chǎn)生的力矩。工件不滑脫的條件是摩擦力矩大于或等于夾緊力產(chǎn)生的力矩。摩擦力f*F*D(D為工件直徑)≥F*a。簡化得到f*D≥a。所需的最小夾緊力F=(F*a)/(f*D)。代入f=0.15,D=80mm=0.08m,a=50mm=0.05m，計算得到F=(100N*0.05m)/(0.15*0.08m)=41.67N。答案：F=41.67N五、分析題1.解析思路：滾動軸承與滑動軸承的比較需從多個維度入手：①工作原理：滾動軸承利用滾動體（球、滾子等）在內(nèi)外圈滾道間滾動實現(xiàn)支承；滑動軸承利用軸與軸承襯之間的滑動摩擦實現(xiàn)支承。②結(jié)構(gòu)特點：滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，通常由內(nèi)外圈、滾動體、保持架組成；滑動軸承由軸承座、軸瓦（襯套）、軸頸組成，結(jié)構(gòu)相對靈活。③優(yōu)點（滾動軸承）：啟動靈敏、效率高、徑向尺寸相對較小、允許轉(zhuǎn)速高；優(yōu)點（滑動軸承）：承載能力強（特別是徑向載荷）、耐沖擊性好、對對中要求不高、可自潤滑、密封性好。④缺點（滾動軸承）：成本較高、高速時噪音較大、對安裝精度要求高、承受沖擊載荷能力不如滑動軸承；缺點（滑動軸承）：效率較低、磨損后難以調(diào)整間隙、高速時散熱困難、對潤滑要求高。⑤適用場合（滾動軸承）：適用于轉(zhuǎn)速較高、要求運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、徑向尺寸受限制的場合；適用場合（滑動軸承）：適用于低速重載、有沖擊、要求自潤滑、密封要求高或需要剖分安裝的場合。2.解析思路：加工誤差來源主要包括：①工藝系統(tǒng)誤差：機床精度誤差、夾具精度誤差、刀具磨損、測量工具誤差等；②加工方法誤差：例如，采用近似加工方法（如成形刀具加工）產(chǎn)生的誤差；③定位誤差：工件在夾具中或機床上的定位不準(zhǔn)確產(chǎn)生的誤差；④夾緊誤差：夾緊力過大或不當(dāng)導(dǎo)致工件變形或定位基準(zhǔn)位移產(chǎn)生的誤差；⑤刀具誤差：刀具本身的制造誤差、磨損或安裝誤差；⑥工件內(nèi)應(yīng)力引起的變形：加工過程中應(yīng)力釋放導(dǎo)致工件變形產(chǎn)生的誤差；⑦熱誤差：加工過程中產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致工件、機床、刀具變形產(chǎn)生的誤差；⑧操作誤差：操作者操作不當(dāng)、讀數(shù)錯誤等。舉例說明減少其中一種誤差：如果要減少由刀具磨損引起的加工誤差，可以采取的措施包括：選用更耐磨的刀具材料、采用有效的冷卻潤滑以減少磨損、合理安排工序，在粗加工后安排半精加工或精加工、使用可換刀頭或機夾可轉(zhuǎn)位刀片，及時更換磨損的刀片、在精加工前對刀具進行精確的刃磨或修磨。六、設(shè)計題解析思路：設(shè)計一個簡單的工件傳送方案，核心是利用氣缸的推力克服工件重力（或摩擦力）實現(xiàn)移動。需要考慮：①動力源：確認(rèn)氣缸推力（100N）是否足夠克服工件移動時所需克服的阻力，阻力主要包括工件與接觸面之間的摩擦力。需要計算或估算摩擦力，F(xiàn)f=μ*Fn(Fn為法向力，通常近似等于工件重力G=mg，m為工件質(zhì)量，g為重力加速度)。若Ff小于氣缸推力，則理論上可行。在本題中，F(xiàn)f=0.15*20kg*9.81m/s2=29.43N，遠(yuǎn)小于100N的推力，故理論上可行。②運動形式：工件沿水平方向移動50mm，可以使用氣缸直接推動，或者使用氣缸帶動一個簡單的導(dǎo)軌、滑塊等機構(gòu)實現(xiàn)精確的50mm定位和傳送。③傳送路徑：需要規(guī)劃工件的起點、終點以及50mm移動段的路徑。④控制：需要考慮如何控制氣缸的伸出和回縮，以實現(xiàn)工件的夾持（如果需要）、推動和釋放?？梢允褂煤唵蔚氖謩娱y門或電磁閥控制氣源通斷。⑤安全與可靠性