2026年機(jī)械工程師考試：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造實(shí)踐題一、機(jī)械零件設(shè)計(jì)與計(jì)算（共3題，每題20分）1.設(shè)計(jì)計(jì)算：軸類零件的強(qiáng)度校核與結(jié)構(gòu)優(yōu)化（20分）題目：某工程機(jī)械公司需要設(shè)計(jì)一根傳遞功率為30kW的傳動(dòng)軸，轉(zhuǎn)速為800r/min，材料選用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理。軸上安裝一對(duì)齒輪，齒輪嚙合處的圓周力Ft=3500N，軸向力Fa=1100N，徑向力Fr=700N。軸的跨距L=600mm，齒輪布置在軸的中部。要求：（1）計(jì)算軸在齒輪嚙合處的扭矩T；（2）校核軸的抗扭強(qiáng)度（許用扭矩[τ]=60MPa）；（3）繪制軸的簡(jiǎn)圖，標(biāo)注關(guān)鍵尺寸，并提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議（如增加加強(qiáng)筋、改變直徑等）。答案與解析：（1）扭矩計(jì)算：扭矩T=Ft×r=3500N×0.05m=175Nm（假設(shè)齒輪分度圓直徑d=0.1m）。（2）抗扭強(qiáng)度校核：軸的抗扭截面系數(shù)Wp=(π/16)×d3=(π/16)×0.053≈0.0062m3，抗扭剪應(yīng)力τ=T/Wp=175Nm/0.0062m3≈28.2MPa<[τ]=60MPa，滿足強(qiáng)度要求。（3）結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議：-增加軸徑：若強(qiáng)度不足，可適當(dāng)增大軸徑至d=0.06m，重新計(jì)算；-添加加強(qiáng)筋：在齒輪嚙合區(qū)域沿軸向焊接圓環(huán)形加強(qiáng)筋，提高局部剛度；-優(yōu)化齒輪布置：將齒輪靠近支承，減小跨距對(duì)彎曲的影響。2.設(shè)計(jì)計(jì)算：軸承組合設(shè)計(jì)與壽命估算（20分）題目：某重型機(jī)械的轉(zhuǎn)軸采用一對(duì)圓錐滾子軸承（30210），承受徑向載荷Fr=8000N，軸向載荷Fa=3000N，轉(zhuǎn)速n=400r/min，工作溫度50℃（潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑），要求設(shè)計(jì)軸承組合并估算壽命。答案與解析：（1）軸承組合設(shè)計(jì)：-選型30210：額定動(dòng)載荷Ca=412kN，額定靜載荷C0a=335kN；-計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P：P=(Fr×(X+Y))+Fa×Y，取X=0.4，Y=1.7，P=(8000×(0.4+1.7))+3000×1.7=18640N；-計(jì)算壽命Lh：Lh=(Ch/P)^(10/3)×103，查表得Ch=31.5kN，Lh=(31500/18640)^(10/3)×103≈12000h。（2）結(jié)構(gòu)措施：-軸承兩端固定，中間設(shè)置調(diào)整墊片，防止軸熱脹冷縮變形；-潤(rùn)滑脂需加密封圈，防止污染。3.設(shè)計(jì)計(jì)算：齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)（20分）題目：設(shè)計(jì)一對(duì)外嚙合直齒圓柱齒輪，傳遞功率P=15kW，轉(zhuǎn)速n1=1500r/min，n2=750r/min，傳動(dòng)比i=2，材料為20CrMnTi滲碳淬火，齒面接觸強(qiáng)度極限σH=1500MPa，齒根彎曲強(qiáng)度極限σF=500MPa。要求：（1）確定齒輪參數(shù)（模數(shù)m、齒數(shù)z1、z2）；（2）校核齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度。答案與解析：（1）參數(shù)設(shè)計(jì)：-齒輪總扭矩T1=9550×P/n1=9550×15kW/1500r/min≈95.5Nm；-分度圓直徑d1=T1/(Fa×cosβ)，取螺旋角β=20°，F(xiàn)a=0.7T1=66.7N，d1=95.5Nm/(66.7N×cos20°)≈1.5m，m=d1/z1=1.5m/z1；-傳動(dòng)比i=z2/z1=2，取z1=20，z2=40，m=1.5m/20=0.075m=75mm。（2）強(qiáng)度校核：-接觸強(qiáng)度：σH=Fb×ZH×εα/(b×d1×μ)≤[σH]，查表得ZH=2.5，εα=1.1，b=m×z1=75mm，σH=66.7N×2.5×1.1/(75mm×1.5m×2)≈6.8MPa<1500MPa；-彎曲強(qiáng)度：σF=KF×Fb×YFa/(b×m2)≤[σF]，查表得KF=1.1，YFa=4.0，σF=1.1×66.7N×4.0/(75mm×752mm2)≈5.2MPa<500MPa。二、機(jī)械加工工藝規(guī)程制定（共2題，每題25分）1.工藝規(guī)程制定：箱體零件加工（25分）題目：某工程機(jī)械變速箱箱體零件（材料HT250），主要加工表面包括：底面、頂面、兩側(cè)面、前后端面、兩個(gè)軸承孔（?60H8，深度80mm）。要求：（1）制定加工工藝路線（至少3道工序）；（2）說明關(guān)鍵工序的加工要求（如孔精度、表面粗糙度等）；（3）設(shè)計(jì)專用夾具（如軸承孔鉆模）。答案與解析：（1）工藝路線：1.粗加工：銑底面、頂面、兩側(cè)面，鉆軸承孔毛坯孔；2.半精加工：精銑各平面，鏜軸承孔至尺寸要求；3.精加工：磨削各平面，珩磨軸承孔至H8精度。（2）關(guān)鍵工序要求：-軸承孔H8：Ra0.8μm，孔徑誤差±0.02mm；-平面粗糙度Ra1.6μm，垂直度誤差0.03/100mm；（3）專用夾具設(shè)計(jì)：-鉆模采用快換鉆套，分度盤定位，防止孔位偏移。2.工藝規(guī)程制定：軸類零件加工（25分）題目：某汽車傳動(dòng)軸（材料40Cr，調(diào)質(zhì)處理），主要加工表面包括：兩端軸頸（?40h8，長(zhǎng)度50mm）、中間花鍵（8個(gè)齒，模數(shù)4mm）、鍵槽。要求：（1）制定加工工藝路線；（2）說明熱處理要求；（3）設(shè)計(jì)鍵槽加工專用夾具。答案與解析：（1）工藝路線：1.粗加工：車兩端軸頸、車花鍵毛坯；2.熱處理：調(diào)質(zhì)處理（硬度260-320HB）；3.半精加工：磨削軸頸，插花鍵齒；4.精加工：磨削軸頸至尺寸，銑鍵槽。（2）熱處理要求：-調(diào)質(zhì)后硬度均勻，避免應(yīng)力集中；-花鍵齒表面硬度提高，防止磨損。（3）鍵槽夾具設(shè)計(jì)：-采用V形塊定位軸頸，液壓夾緊，保證鍵槽對(duì)稱度。三、智能制造與自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用（共2題，每題25分）1.智能制造方案設(shè)計(jì)（25分）題目：某重型機(jī)械企業(yè)需要生產(chǎn)一批箱體零件（材料QT800），年產(chǎn)量5000件，主要加工工序包括：銑平面、鉆孔、鏜孔。要求：（1）設(shè)計(jì)智能制造生產(chǎn)線方案；（2）說明自動(dòng)化設(shè)備選型（如加工中心、AGV等）；（3）分析智能制造的優(yōu)勢(shì)。答案與解析：（1）生產(chǎn)線方案：-采用模塊化加工中心+機(jī)器人上下料+AGV轉(zhuǎn)運(yùn)；-集成MES系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)數(shù)據(jù)。（2）設(shè)備選型：-加工中心：5軸聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)換刀；-AGV：激光導(dǎo)航，避免碰撞。（3）優(yōu)勢(shì)：-提高生產(chǎn)效率40%；-降低人工成本60%。2.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用設(shè)計(jì)（25分）題目：某工程機(jī)械廠需要用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行變速箱殼體焊接，工件尺寸600mm×400mm，材料Q235，焊接點(diǎn)20個(gè)，要求節(jié)拍≤30秒/件。要求：（1）設(shè)計(jì)機(jī)器人焊接路徑；（2）說明機(jī)器人選型標(biāo)準(zhǔn)；（3）分析焊接變形控制措施。答案與解析：（1）焊接路徑設(shè)計(jì)：-采用直