機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)升本2025年核心突破試卷（含答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.在機(jī)械設(shè)計(jì)中，通常將零件的失效形式分為疲勞失效、靜強(qiáng)度失效、剛度失效和（）。A.蠕變失效B.脆性斷裂C.磨損失效D.振動(dòng)失效2.對(duì)于受扭圓軸，其橫截面上切應(yīng)力分布情況是（）。A.線性分布B.雙曲線分布C.橢圓分布D.環(huán)形分布3.下列材料中，最適合用于制造承受沖擊載荷的零件的是（）。A.灰鑄鐵B.45鋼調(diào)質(zhì)C.Q235鋼D.黃銅4.在軸與孔的配合中，基孔制配合是指（）。A.孔的基本偏差為基本尺寸B.軸的基本偏差為基本尺寸C.孔的公差帶位置固定D.軸的公差帶位置固定5.一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪要正確嚙合，必須滿足的條件之一是（）。A.模數(shù)相等B.壓力角相等C.中心距相等D.A和B6.下列加工方法中，屬于切削加工的是（）。A.鑄造B.鍛造C.滾壓D.車(chē)削7.在機(jī)械制造中，淬火的主要目的是（）。A.提高材料的塑性和韌性B.提高材料的硬度和耐磨性C.改善材料的切削加工性能D.消除內(nèi)應(yīng)力8.下列液壓元件中，屬于執(zhí)行元件的是（）。A.液壓泵B.液壓缸C.液壓閥D.液壓泵和液壓缸9.在機(jī)械傳動(dòng)中，帶傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是（）。A.傳動(dòng)比恒定B.傳動(dòng)效率高C.過(guò)載保護(hù)D.可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)10.下列傳感器中，用于檢測(cè)位移的是（）。A.溫度傳感器B.壓力傳感器C.光電傳感器D.磁電傳感器二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求通常包括功能性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、________和________。2.零件的強(qiáng)度計(jì)算主要包括________強(qiáng)度計(jì)算和________強(qiáng)度計(jì)算。3.金屬材料的熱處理方法主要有退火、正火、________、________和化學(xué)熱處理等。4.螺紋連接的基本類(lèi)型主要有螺栓連接、螺柱連接和________連接。5.齒輪傳動(dòng)的常見(jiàn)失效形式有齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損、________和齒根斷裂。6.常用的制造工藝過(guò)程包括毛坯制造、________、熱處理、________和裝配等基本工序。7.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由液壓泵、________、執(zhí)行元件和控制元件四部分組成。8.機(jī)器的三個(gè)基本組成要素是________、________和驅(qū)動(dòng)元件。三、判斷題（每題1分，共10分。請(qǐng)將“正確”或“錯(cuò)誤”填在括號(hào)內(nèi)）1.()許用應(yīng)力是指零件在設(shè)計(jì)載荷下允許產(chǎn)生的最大應(yīng)力。2.()斷面收縮率是衡量材料塑性好壞的指標(biāo)之一。3.()鍵連接主要用于傳遞扭矩，不能傳遞軸向力。4.()標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒形角恒為20°。5.()鑄造是金屬在熔融狀態(tài)下澆入鑄型中，冷卻凝固后獲得所需形狀和性能零件的加工方法。6.()滾動(dòng)軸承比滑動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)大。7.()液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的油液只起傳遞動(dòng)力的作用。8.()任何機(jī)械都必然包含動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分。9.()傳感器是一種能感受規(guī)定的被測(cè)量并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的裝置。10.()PLC（可編程邏輯控制器）是一種專(zhuān)為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中方案設(shè)計(jì)階段的主要工作內(nèi)容。2.簡(jiǎn)述選擇金屬材料時(shí)需要考慮的主要因素。3.簡(jiǎn)述滑動(dòng)軸承與滾動(dòng)軸承相比的主要優(yōu)缺點(diǎn)。4.簡(jiǎn)述液壓傳動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)相比的主要優(yōu)缺點(diǎn)。五、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.一根軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，承受彎矩M=800N·m和扭矩T=600N·m，軸徑d=60mm。試校核該軸的強(qiáng)度（材料的許用彎曲應(yīng)力[σ]=160MPa，許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力[τ]=80MPa）。2.一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，模數(shù)m=3mm，壓力角α=20°，小齒輪齒數(shù)z1=20，大齒輪齒數(shù)z2=40。試計(jì)算該對(duì)齒輪的傳動(dòng)比i、中心距a和分度圓直徑d1、d2。六、繪圖題（10分）繪制一軸套與軸通過(guò)平鍵連接的裝配示意圖（不要求標(biāo)注尺寸和序號(hào)，但要表達(dá)清楚連接關(guān)系和主要結(jié)構(gòu)）。七、設(shè)計(jì)/分析題（15分）某輸送裝置需要一臺(tái)傳動(dòng)裝置，原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，輸出軸轉(zhuǎn)速要求n_出=150r/min，輸出扭矩T_出=50N·m。現(xiàn)庫(kù)房有以下兩種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可供選擇：機(jī)構(gòu)A：一級(jí)圓柱齒輪減速器，傳動(dòng)效率η_A=0.9，價(jià)格較低。機(jī)構(gòu)B：一級(jí)帶傳動(dòng)加一級(jí)圓柱齒輪減速器，帶傳動(dòng)效率η_B1=0.95，齒輪減速器效率η_B2=0.88，價(jià)格較高。請(qǐng)分析：（1）若兩種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入功率P_入相同，哪種機(jī)構(gòu)的輸出功率更大？（2）從傳動(dòng)平穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)緊湊性角度，簡(jiǎn)述選擇哪種機(jī)構(gòu)的優(yōu)劣。（3）如果需要提高傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率，應(yīng)優(yōu)先考慮改進(jìn)哪個(gè)環(huán)節(jié)？---試卷答案一、選擇題1.C解析：零件的失效形式主要有疲勞失效、靜強(qiáng)度失效、剛度失效、磨損失效、蠕變失效、腐蝕失效等。脆性斷裂和振動(dòng)失效可以看作是特定條件下的失效模式，而沖擊載荷下更常發(fā)生的是塑性變形或韌性斷裂，對(duì)應(yīng)選項(xiàng)C。2.D解析：根據(jù)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力公式，圓軸橫截面上的切應(yīng)力呈徑向線性分布，從圓心為零到邊緣達(dá)到最大值。3.B解析：45鋼調(diào)質(zhì)處理后，綜合力學(xué)性能好，既有足夠的強(qiáng)度和硬度，又有較好的塑性和韌性，適合承受沖擊載荷。4.A解析：基孔制配合是指基本偏差為基本尺寸的孔的公差帶與不同基本偏差的軸的公差帶形成的各種配合。即孔的公差帶位置固定，通過(guò)改變軸的公差帶位置來(lái)獲得不同性質(zhì)的配合。5.D解析：一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是兩輪的模數(shù)m和壓力角α必須分別相等。6.D解析：車(chē)削是用切削刀具從工件上切去多余材料，獲得所需形狀和尺寸的加工方法，屬于切削加工。鑄造、鍛造是成形工藝，滾壓是表面處理工藝。7.B解析：淬火是將鋼件加熱到臨界點(diǎn)以上溫度，保溫后快速冷卻，目的是提高鋼的硬度和耐磨性。8.B解析：液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，將液壓能轉(zhuǎn)換為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)械能。液壓泵是動(dòng)力元件，液壓閥是控制元件。9.D解析：帶傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可傳遞較大距離的功率、過(guò)載時(shí)能自動(dòng)打滑起保護(hù)作用，可實(shí)現(xiàn)緩沖吸振，但傳動(dòng)比不恒定，效率相對(duì)較低。10.C解析：光電傳感器利用光學(xué)原理檢測(cè)物體或現(xiàn)象，可用于測(cè)量位移、速度、距離等。溫度傳感器檢測(cè)溫度，壓力傳感器檢測(cè)壓力，磁電傳感器檢測(cè)磁場(chǎng)或磁變化。二、填空題1.可靠性，經(jīng)濟(jì)性2.強(qiáng)度，剛度3.正火，淬火4.鍵連接5.齒根斷裂6.切削加工，裝配7.液壓缸8.工作機(jī)（或執(zhí)行機(jī)構(gòu)），傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三、判斷題1.正確2.正確3.正確4.正確5.正確6.錯(cuò)誤解析：滾動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)通常遠(yuǎn)小于滑動(dòng)軸承。7.錯(cuò)誤解析：液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的油液同時(shí)起到傳遞動(dòng)力和潤(rùn)滑的作用。8.正確9.正確10.正確四、簡(jiǎn)答題1.解析思路：方案設(shè)計(jì)階段是確定機(jī)械系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)的初步階段。主要工作內(nèi)容包括：明確設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，進(jìn)行功能分析，提出總傳動(dòng)方案，選擇原動(dòng)機(jī)類(lèi)型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，繪制初步的系統(tǒng)示意圖或機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，對(duì)不同方案進(jìn)行比較和選擇。2.解析思路：選擇金屬材料時(shí)主要考慮因素有：零件的工作條件（載荷、溫度、介質(zhì)等）、使用性能要求（強(qiáng)度、剛度、韌性、耐磨性、耐腐蝕性等）、工藝性（鑄造、鍛造、焊接、切削加工等）、經(jīng)濟(jì)性（材料成本、加工成本、維護(hù)成本）、材料的可獲得性等。3.解析思路：滑動(dòng)軸承優(yōu)點(diǎn)：承載能力高，特別是對(duì)重載和沖擊載荷適應(yīng)性好；徑向尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；可自行潤(rùn)滑，摩擦狀態(tài)穩(wěn)定；高速性能好，可達(dá)到很高線速度；對(duì)潤(rùn)滑條件要求相對(duì)不高。缺點(diǎn)：摩擦系數(shù)通常比滾動(dòng)軸承大，磨損后難以調(diào)整間隙；潤(rùn)滑要求高，維護(hù)較復(fù)雜；啟動(dòng)阻力較大；難以實(shí)現(xiàn)自鎖。滾動(dòng)軸承優(yōu)點(diǎn)：摩擦系數(shù)小，啟動(dòng)力矩小；徑向尺寸?。桓咚傩阅芎?；使用維護(hù)方便，可終身潤(rùn)滑。缺點(diǎn)：承載能力（特別是徑向）通常低于滑動(dòng)軸承；對(duì)安裝精度要求高；故障不易檢查和排除；成本可能較高。4.解析思路：液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊；傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)沖擊；易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；操作方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；過(guò)載保護(hù)簡(jiǎn)單可靠；易于實(shí)現(xiàn)直線和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。缺點(diǎn)：傳動(dòng)效率相對(duì)較低（有能量損失）；受溫度影響較大；液壓油易泄漏，有污染；對(duì)油液清潔度要求高；故障診斷難度較大。機(jī)械傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，維護(hù)方便；傳動(dòng)效率高；工作穩(wěn)定，精度高（尤其指齒輪傳動(dòng)）；對(duì)環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)。缺點(diǎn)：尺寸和重量相對(duì)較大（特別是傳遞大功率時(shí)）；精度受制造和裝配誤差影響；高速運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性要求高；實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)較困難。五、計(jì)算題1.解析思路：計(jì)算軸同時(shí)承受彎矩和扭矩時(shí)，通常采用第四強(qiáng)度理論（或最大剪應(yīng)力理論）進(jìn)行強(qiáng)度校核。需先計(jì)算合成彎矩M_合=√(M2+(αT)2)，其中α是扭轉(zhuǎn)系數(shù)，對(duì)于鋼軸通常取α=0.6。然后計(jì)算當(dāng)量彎矩M_當(dāng)=M_合。由于軸是圓形截面，抗彎截面系數(shù)W=πd3/32。最后比較當(dāng)量彎應(yīng)力σ_當(dāng)=M_當(dāng)/W與許用彎曲應(yīng)力[σ]的大小關(guān)系。同時(shí)，還需計(jì)算最大扭矩T_max=T=600N·m下的最大切應(yīng)力τ_max=T_max/W，并與許用切應(yīng)力[τ]比較。解：合成彎矩M_合=√(M2+(αT)2)=√(8002+(0.6×600)2)N·m=√(640000+216000)N·m=√857600N·m≈926.2N·m當(dāng)量彎矩M_當(dāng)=M_合=926.2N·m抗彎截面系數(shù)W=πd3/32=π(60)3/32mm3=π(216000)/32mm3=21299.6mm3當(dāng)量彎應(yīng)力σ_當(dāng)=M_當(dāng)/W=926.2N·m/21299.6mm3≈0.0435N/mm2=43.5MPa最大切應(yīng)力τ_max=T/T=600N·m/21299.6mm3≈0.0282N/mm2=28.2MPa校核：σ_當(dāng)=43.5MPa<[σ]=160MPa，τ_max=28.2MPa<[τ]=80MPa結(jié)論：該軸滿足強(qiáng)度要求。2.解析思路：計(jì)算齒輪傳動(dòng)相關(guān)參數(shù)。傳動(dòng)比i是輸出轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速之比，對(duì)于一級(jí)齒輪傳動(dòng)i=n?/n?=z?/z?。中心距a是兩齒輪分度圓半徑之和，即a=(d?+d?)/2。分度圓直徑d是模數(shù)m與齒數(shù)z的乘積，即d=mz。解：傳動(dòng)比i=n?/n?=z?/z?=40/20=2分度圓直徑d?=mz?=3mm×20=60mm分度圓直徑d?=mz?=3mm×40=120mm中心距a=(d?+d?)/2=(60mm+120mm)/2=90mm六、繪圖題（此處應(yīng)繪制一個(gè)簡(jiǎn)單的裝配示意圖：一個(gè)軸，軸上開(kāi)有鍵槽，一個(gè)套筒套在軸上，套筒上也有鍵槽，通過(guò)平鍵將套筒與軸連接。需表達(dá)出軸、套筒、鍵三個(gè)零件，以及鍵連接的關(guān)系。由于文本格式限制，無(wú)法實(shí)際繪制圖形，請(qǐng)自行按描述繪制。）七、設(shè)計(jì)/分析題1.解析思路：比較兩種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出功率。輸出功率P_出=T_出×n_出/9550W(假設(shè)單位為N·m和r/min)。輸入功率P_入=P_出/η_總。其中η_總是系統(tǒng)的總效率，η_總=η_A×η_B1×η_B2（對(duì)于機(jī)構(gòu)B）。比較兩種機(jī)構(gòu)的η_總，η_總越高的機(jī)構(gòu)，在相同P_入下輸出功率越大，或在相同P_出下所需輸入功率越小。解：機(jī)構(gòu)A的總效率η_總A=η_A=0.9機(jī)構(gòu)B的總效率η_總B=η_B1×η_B2=0.95×0.88=0.836由于η_總A(0.9)>η<sub>總