2025機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專項(xiàng)訓(xùn)練試卷及答案考試時(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)的字母填入括號(hào)內(nèi)）1.下列材料中，最適合用于制造承受重載、要求高耐磨性的齒輪的是（）。A.45鋼調(diào)質(zhì)B.HT250C.ZG310-570D.20CrMnTi滲碳淬火2.在機(jī)械設(shè)計(jì)中，通常用（）來(lái)表示軸的剛度。A.強(qiáng)度B.剛度C.穩(wěn)定性D.可靠性3.自鎖性良好的螺旋傳動(dòng)，其主要應(yīng)用場(chǎng)合是（）。A.機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)B.起重設(shè)備C.儀表調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)D.內(nèi)燃機(jī)氣門機(jī)構(gòu)4.一對(duì)平行的軸傳遞功率時(shí)，若要求結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力強(qiáng)，應(yīng)選用（）。A.錐齒輪傳動(dòng)B.圓柱齒輪傳動(dòng)C.交錯(cuò)軸斜齒輪傳動(dòng)D.皮帶傳動(dòng)5.在機(jī)械加工中，衡量加工精度的指標(biāo)主要是（）。A.表面粗糙度B.尺寸公差C.形狀公差D.位置公差6.下列加工方法中，屬于特種加工的是（）。A.普通車削B.龍門刨削C.電火花加工D.滾壓7.切削加工中，切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量這三個(gè)因素中，主要影響刀具磨損的是（）。A.切削速度B.進(jìn)給量C.背吃刀量D.以上均非8.用于連接兩個(gè)軸并傳遞扭矩的聯(lián)軸器，若要求能補(bǔ)償較大的相對(duì)位移，應(yīng)選用（）。A.凸緣聯(lián)軸器B.齒輪聯(lián)軸器C.萬(wàn)向聯(lián)軸器D.彈性柱銷聯(lián)軸器9.機(jī)床主軸箱中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是（）。A.鏈傳動(dòng)B.齒輪傳動(dòng)C.蝸桿傳動(dòng)D.皮帶傳動(dòng)10.PLC（可編程邏輯控制器）主要用于（）。A.機(jī)床的進(jìn)給控制B.機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速控制C.機(jī)床的自動(dòng)化生產(chǎn)線控制D.機(jī)床的冷卻系統(tǒng)控制二、填空題（每空1分，共15分）1.機(jī)械零件的強(qiáng)度通常指其抵抗______、______和______的能力。2.在機(jī)械設(shè)計(jì)中，通常用______系數(shù)來(lái)衡量零件的疲勞強(qiáng)度。3.鍵連接主要用于實(shí)現(xiàn)軸與輪轂之間的______連接。4.鏈傳動(dòng)是一種______傳動(dòng)，其傳動(dòng)比不恒定。5.金屬切削加工中，切削熱主要來(lái)源于______變形和______變形。6.金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)主要有______、______、______、______和______。7.數(shù)控機(jī)床按控制軌跡可分為______控制和______控制。8.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的壓力取決于______，流量取決于______。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共10分）1.簡(jiǎn)述提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的常用措施。2.簡(jiǎn)述液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)相比的主要優(yōu)缺點(diǎn)。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.一軸傳遞功率P=7.5kW，轉(zhuǎn)速n=300r/min，材料為45鋼調(diào)質(zhì)，試估算該軸所需的最小直徑（假設(shè)按純扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，不考慮其他因素）。2.有一對(duì)直齒圓柱齒輪，模數(shù)m=3mm，齒數(shù)z1=20，z2=60，試計(jì)算該對(duì)齒輪的傳動(dòng)比i以及中心距a。五、設(shè)計(jì)題（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的支撐架，用于支撐一個(gè)重量約為200N的設(shè)備。要求：采用型材作為支架立柱和橫梁，簡(jiǎn)要說(shuō)明所選型材類型（如槽鋼、角鋼等），繪制出該支撐架的簡(jiǎn)圖（需標(biāo)注主要尺寸），并說(shuō)明設(shè)計(jì)依據(jù)。試卷答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.D解析思路：20CrMnTi滲碳淬火處理后，表面硬度高，心部強(qiáng)度好，綜合力學(xué)性能優(yōu)良，特別適合承受重載且要求高耐磨性的齒輪。2.B解析思路：剛度是指零件抵抗變形的能力。機(jī)械設(shè)計(jì)中，軸類零件需要具備足夠的剛度，以保證其在工作載荷下不發(fā)生過(guò)度變形，影響機(jī)器的精度和性能。3.B解析思路：起重設(shè)備要求螺旋傳動(dòng)具有自鎖性，防止重物自行下滑，保證安全。雖然機(jī)床進(jìn)給、儀表調(diào)節(jié)也需要自鎖，但起重是自鎖性螺旋傳動(dòng)最典型的應(yīng)用。4.C解析思路：交錯(cuò)軸斜齒輪傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)空間交錯(cuò)軸之間的功率傳遞，結(jié)構(gòu)緊湊，且能承受較大載荷，適用于要求結(jié)構(gòu)緊湊和承載能力強(qiáng)的場(chǎng)合。5.B解析思路：加工精度主要指零件加工后的尺寸、幾何形狀和位置相對(duì)于理想幾何要素的符合程度。在各項(xiàng)指標(biāo)中，尺寸公差是衡量加工精度的核心指標(biāo)。6.C解析思路：電火花加工利用脈沖放電腐蝕原理去除材料，屬于非接觸式特種加工方法，適用于加工硬材料和復(fù)雜形狀。其他選項(xiàng)均為常規(guī)切削加工。7.A解析思路：切削速度越高，刀具與切屑、工件之間的摩擦熱和變形功越大，導(dǎo)致刀具磨損加劇。進(jìn)給量和背吃刀量主要影響切削力和切削熱總量，但相對(duì)于切削速度對(duì)磨損的影響較小。8.C解析思路：萬(wàn)向聯(lián)軸器能補(bǔ)償兩軸之間較大的角位移和綜合位移，適用于空間位置變化較大的傳動(dòng)場(chǎng)合。其他聯(lián)軸器要么不能補(bǔ)償位移，要么補(bǔ)償能力有限。9.B解析思路：齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)比穩(wěn)定，傳遞功率范圍廣，精度高，是機(jī)床主軸箱中應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)主軸的多速或變速要求。10.C解析思路：PLC是工業(yè)自動(dòng)控制的核心部件，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化生產(chǎn)線的邏輯控制、順序控制、定時(shí)和計(jì)數(shù)等，機(jī)床的自動(dòng)化生產(chǎn)線控制正是其主要應(yīng)用領(lǐng)域。二、填空題（每空1分，共15分）1.破壞；塑性變形；斷裂解析思路：強(qiáng)度是指材料或構(gòu)件抵抗各種外力作用而不發(fā)生破壞（包括整體或局部斷裂、過(guò)度塑性變形、失穩(wěn)等）的能力。2.疲勞解析思路：疲勞系數(shù)是衡量材料在循環(huán)載荷作用下抵抗疲勞破壞能力的指標(biāo)。3.固定解析思路：鍵連接的主要功能是傳遞扭矩，并使軸和輪轂之間相對(duì)固定，不能自由旋轉(zhuǎn)或相對(duì)滑動(dòng)。4.非圓形；帶傳動(dòng)解析思路：鏈傳動(dòng)是通過(guò)鏈板與鏈輪齒的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，鏈節(jié)呈剛性的鏈板，故屬于非圓形帶傳動(dòng)。其主動(dòng)輪和從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速不恒定，存在瞬時(shí)傳動(dòng)比變化。5.塑性；摩擦解析思路：切削過(guò)程中，金屬材料的塑性變形和刀具與工件、切屑之間的摩擦都會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。6.強(qiáng)度；剛度；塑性；韌性；硬度解析思路：這些是衡量金屬材料力學(xué)性能的主要指標(biāo)，分別表征材料抵抗變形、斷裂以及承受沖擊的能力。7.點(diǎn)；直線解析思路：數(shù)控機(jī)床按控制軌跡分為數(shù)控點(diǎn)定位控制和數(shù)控直線/曲線插補(bǔ)控制。8.泵的供油壓力；液壓缸的有效流量解析思路：根據(jù)液壓傳動(dòng)基本方程，系統(tǒng)壓力取決于輸入壓力（由泵決定），流量取決于執(zhí)行元件（液壓缸或液壓馬達(dá)）的有效面積和運(yùn)動(dòng)速度。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共10分）1.提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的常用措施：解析思路：可以從材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝和表面處理等方面考慮。a.合理選擇材料：選用疲勞強(qiáng)度高的材料。b.改善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：避免或減小應(yīng)力集中（如采用圓角、加大過(guò)渡尺寸、孔邊加強(qiáng)等），合理布置孔位。c.提高制造工藝水平：保證加工精度，避免表面粗糙度過(guò)大，減少初始缺陷。d.進(jìn)行表面處理：采用表面淬火、滲碳、氮化、噴丸、滾壓等工藝，提高表面硬度、殘余壓應(yīng)力，改善表面質(zhì)量。2.簡(jiǎn)述液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)相比的主要優(yōu)缺點(diǎn)：解析思路：需要分別列出液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，并與機(jī)械傳動(dòng)進(jìn)行比較。優(yōu)點(diǎn)：a.無(wú)級(jí)調(diào)速：可實(shí)現(xiàn)很大的調(diào)速范圍。b.動(dòng)力傳遞平穩(wěn)：無(wú)沖擊，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、勻速運(yùn)動(dòng)。c.傳動(dòng)比恒定：采用閉式回路時(shí)，可保持恒定傳動(dòng)比。d.重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊：?jiǎn)挝还β手亓枯p。缺點(diǎn)：a.效率相對(duì)較低：存在泄漏、發(fā)熱等損失。b.操控復(fù)雜：需要專門的液壓元件和油源。c.對(duì)油液污染敏感：性能受油液品質(zhì)影響較大。d.維護(hù)要求高：需要定期檢查和維護(hù)液壓系統(tǒng)。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.解：估算軸所需的最小直徑，通常按純扭強(qiáng)度條件計(jì)算。所需扭矩T=9550*P/n=9550*7.5/300N·mm=238.75N·mm強(qiáng)度條件：T≤Wp*[τ]對(duì)圓軸，極截面模量Wp=(π*d3)/1645鋼調(diào)質(zhì)后的許用剪切應(yīng)力[τ]通常取40-60MPa，取[τ]=50MPa。代入強(qiáng)度條件：(π*d3)/16*50≤238.75d3≥238.75*16/(π*50)≈30.8d≥(30.8)^(1/3)≈3.14mm考慮到安全系數(shù)和可能的彎曲載荷影響，可適當(dāng)增大直徑，取d=35mm。答：估算該軸所需的最小直徑約為35mm。2.解：傳動(dòng)比i=z2/z1=60/20=3中心距a=(z1+z2)*m/2=(20+60)*3/2=120mm答：該對(duì)齒輪的傳動(dòng)比i為3，中心距a為120mm。五、設(shè)計(jì)題（15分）設(shè)計(jì)依據(jù)：解析思路：設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的支撐架，需要考慮載荷、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、材料選擇和基本力學(xué)分析。1.載荷：設(shè)備重量G=200N。2.結(jié)構(gòu)：采用簡(jiǎn)單的框架結(jié)構(gòu)，至少包含兩個(gè)立柱和一個(gè)橫梁。為保證穩(wěn)定性，可設(shè)計(jì)成對(duì)稱框架。3.材料選擇：考慮到重量和成本，可選用普通型鋼，如槽鋼（例如[10#]槽鋼）作為立柱和橫梁。槽鋼具有較好的穩(wěn)定性（繞弱軸慣性矩較大）和一定的承載能力。4.力學(xué)分析：假設(shè)設(shè)備均勻放置在橫梁上，主要考慮橫梁的彎曲變形和立柱的穩(wěn)定性。對(duì)于[10#]槽鋼，其截面模量Wz和回轉(zhuǎn)半徑i（繞弱軸）可以從型鋼表中查得，用于估算橫梁的最大彎矩和立柱的長(zhǎng)細(xì)比。若長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大，則需要考慮加強(qiáng)支撐或選擇更大截面尺寸的型材。簡(jiǎn)圖：（此處應(yīng)繪制一個(gè)簡(jiǎn)單的支撐架示意圖，例如一個(gè)由兩根豎直槽鋼和一根水平槽鋼組成的門式結(jié)構(gòu)。標(biāo)注出立柱高度、橫梁長(zhǎng)度以及設(shè)備放置位置。假設(shè)立柱底端簡(jiǎn)支，橫梁簡(jiǎn)支在立柱上。）示意圖說(shuō)明：-兩根豎直槽鋼[10#]作為立柱，高度根據(jù)設(shè)備高度和安裝空間確定，例如H=800mm。