2025年机械设计制造及其自动化专业考试卷及答案

2025年机械设计制造及其自动化专业考试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.在闭式齿轮传动中，为防止齿面胶合，应优先选用的润滑方式是A.滴油润滑  B.油环润滑  C.喷油润滑  D.油脂润滑答案：C2.45钢调质处理后，其金相组织主要为A.铁素体+珠光体  B.回火索氏体  C.马氏体  D.奥氏体答案：B3.某滚动轴承额定动载荷C=38.2kN，当量动载荷P=7.6kN，预期寿命L10h=8000h，则该轴承寿命指数ε取A.3  B.10/3  C.2  D.1.5答案：B4.在普通V带传动中，若中心距过大，会导致A.包角增大  B.带速下降  C.颤动与拍击  D.传动比增大答案：C5.对于受横向变载荷的紧螺栓连接，强度计算时通常将外载荷乘以1.3，其考虑的是A.应力集中  B.扭转切应力  C.弯曲应力  D.温度应力答案：B6.在数控车床上加工M30×26g外螺纹，切深ap应取A.1.0mm  B.1.3mm  C.1.6mm  D.2.0mm答案：C7.下列关于CAE拓扑优化的描述，正确的是A.以材料密度为设计变量  B.以结构刚度最大为目标  C.不考虑制造工艺约束  D.仅适用于静力学问题答案：A8.在PLC梯形图中，若输入I0.0为1、I0.1为0，则线圈Q0.0置位的梯形图逻辑为A.I0.0—I0.1—()  B.I0.0—I0.1—()  C.I0.0—I0.1—()  D.I0.0—I0.1—()答案：A9.采用G71指令粗车φ50外圆，留精车余量Δu=0.5mm，Δw=0.2mm，则精车程序段中U方向精加工余量字地址应写A.U0.5  B.U0.5  C.U0.2  D.U0.2答案：B10.在激光选区熔化SLM工艺中，为提高致密度，应优先降低A.激光功率  B.扫描速度  C.层厚  D.舱氧含量答案：B11.某四杆机构各杆长a=180mm，b=220mm，c=260mm，d=300mm，若a为最短杆，则该机构为A.曲柄摇杆  B.双曲柄  C.双摇杆  D.曲柄滑块答案：A12.在ANSYSWorkbench中，对装配体进行网格划分时，优先选用的单元类型为A.Solid185  B.Beam188  C.Shell181  D.Link180答案：C13.采用YT15刀片车削45钢，推荐切削速度vc范围是A.40–80m/min  B.80–120m/min  C.120–180m/min  D.180–250m/min答案：C14.在液压系统中，节流阀与调速阀的主要区别在于调速阀A.流量随负载变化大  B.具有压力补偿功能  C.通流面积不可调  D.只能单向流动答案：B15.某步进电机步距角1.8°，驱动器细分数设为16，则脉冲当量为A.0.1125°  B.0.05625°  C.0.225°  D.0.45°答案：A二、多项选择题（每题3分，共15分；每题至少有两个正确答案，多选少选均不得分）16.下列措施中，可有效降低齿轮传动噪声的有A.提高齿面硬度  B.采用鼓形修形  C.增大模数  D.提高精度等级  E.选用斜齿轮答案：BDE17.影响数控加工表面粗糙度的主要因素包括A.刀尖圆弧半径  B.进给量  C.切削速度  D.刀具后角  E.冷却液压力答案：ABCE18.在气动回路中，下列元件属于方向控制阀的有A.二位五通阀  B.三位四通阀  C.梭阀  D.快速排气阀  E.顺序阀答案：ABCD19.关于有限元静力分析，正确的有A.必须施加约束  B.单元刚度矩阵对称  C.材料非线性不可考虑  D.可计算应力集中系数  E.需定义弹性模量答案：ABDE20.下列关于3D打印支撑结构的描述，正确的有A.可降低翘曲变形  B.增加材料消耗  C.提高表面光洁度  D.缩短打印时间  E.便于排粉答案：ABE三、判断题（每题1分，共10分；正确打“√”，错误打“×”）21.在带传动中，弹性滑动只发生在主动轮上。答案：×22.滚动轴承的基本额定寿命指90%可靠度下的寿命。答案：√23.45钢淬火后硬度一定高于调质后硬度。答案：√24.数控铣削中，顺铣时铣刀旋转方向与进给方向相反。答案：×25.在液压缸活塞杆强度计算中，必须考虑纵向弯曲失稳。答案：√26.步进电机开环控制时，失步现象与负载惯量无关。答案：×27.采用高速钢刀具切削钛合金时，宜选用较低切削速度。答案：√28.在ANSYS中，接触分析时摩擦系数越大越易收敛。答案：×29.激光切割不锈钢时，辅助气体通常选用氧气以提高切断速度。答案：×30.在PLC中，定时器TON的预设值单位默认为1ms。答案：×四、填空题（每空2分，共20分）31.某标准直齿圆柱齿轮模数m=4mm，齿数z=38，则分度圆直径d=________mm，齿顶圆直径da=________mm。答案：152；16032.在数控车削中，G92指令用于建立________坐标系，G54G59用于建立________坐标系。答案：局部；工件33.某液压泵排量V=30mL/r，转速n=1500r/min，容积效率ηv=0.92，则理论流量q=________L/min，实际流量q′=________L/min。答案：45；41.434.滚动轴承代号7210B中，B表示接触角为________°，内径为________mm。答案：40；5035.在SolidWorks中，实现参数化驱动的核心工具是________；进行装配体干涉检查的命令位于________菜单。答案：方程式；评估36.某轴受弯矩M=800N·m，扭矩T=600N·m，按第三强度理论计算当量弯矩Me=________N·m。答案：100037.在激光熔覆工艺中，粉末输送方式通常分为________送粉和________送粉两类。答案：同轴；旁轴38.某步进电机驱动系统脉冲频率f=4000Hz，步距角1.8°，则电机转速n=________r/min。答案：120039.在气动回路中，FRL三联件指________、________、________三大功能元件的组合。答案：过滤器；减压阀；油雾器40.在数控铣削中，刀具半径补偿建立指令为________，取消指令为________。答案：G41/G42；G40五、简答题（每题8分，共24分）41.试述齿轮齿面接触疲劳强度计算中，节点区域系数ZH的物理意义及其影响因素。答案：节点区域系数ZH反映齿廓在节点处综合曲率对接触应力的影响，其值与压力角、齿顶高系数、变位系数有关。标准20°压力角齿轮ZH≈2.5，增大压力角或采用正变位可减小ZH，从而降低接触应力，提高承载能力。42.简述数控加工中“刀具寿命管理”策略，并说明如何基于泰勒公式设定切削参数。答案：刀具寿命管理通过预设刀具寿命T，实时监控切削时间或切削长度，达到寿命即换刀。泰勒公式vT^n=C，其中v为切削速度，T为寿命，n、C为材料常数。根据目标寿命T反算v，再综合进给f、切深ap优化加工效率与成本，实现寿命可控。43.在液压伺服系统中，为何常采用“阀控缸”而非“泵控缸”？请从动态响应、效率、成本三方面对比说明。答案：阀控缸以伺服阀直接控制进出油，动态响应快（频宽>100Hz），适合高动态场合；泵控缸通过变量泵调速，响应慢（<10Hz）。效率方面，阀控缸节流损失大，效率低；泵控缸容积调速效率高。成本上，阀控缸元件少、系统简单，初期投资低，故中小功率高动态系统优先阀控缸。六、计算题（共31分）44.（10分）某单级圆柱齿轮减速器输入功率P1=15kW，输入转速n1=1440r/min，传动比i=4，齿轮材料为40Cr调质，齿面硬度HBS=260，齿数z1=25，z2=100，模数m=3mm，齿宽b=60mm，载荷系数K=1.4，试按接触强度校核该齿轮传动是否安全。已知：σHP=680MPa，弹性系数ZE=189.8√MPa，节点区域系数ZH=2.5，重合度系数Zε=0.9，螺旋角系数Zβ=1。解：1)计算扭矩T1=9550P1/n1=9550×15/1440=99.5N·m2)分度圆直径d1=mz1=3×25=75mm3)接触应力σH=ZE·ZH·Zε·Zβ·√[(2KT1(i+1))/(bd1^2i)]=189.8×2.5×0.9×1×√[(2×1.4×99.5×10^3×5)/(60×75^2×4)]=189.8×2.5×0.9×√[1393000/1350000]=189.8×2.5×0.9×1.015=434MPa4)结论：σH=434MPa<σHP=680MPa，安全。45.（10分）一滚动轴承支承的轴受径向载荷Fr=6kN，轴向载荷Fa=2.5kN，转速n=960r/min，预期寿命L10h=12000h，载荷系数fp=1.2，温度系数ft=1，试选择深沟球轴承型号。已知：e=0.3，X=0.56，Y=1.6，C=42.3kN（6210轴承）。解：1)当量动载荷P=fp(XFr+YFa)=1.2(0.56×6+1.6×2.5)=1.2(3.36+4)=8.83kN2)所需额定动载荷Creq=P(L10n/16667)^(1/3)=8.83(12000×960/16667)^(1/3)=8.83×10.9=96.2kN3)6210轴承C=42.3kN<96.2kN，不满足；选6310：C=62kN仍不足；选6410：C=106kN>96.2kN，满足。46.（11分）某气动夹紧装置采用单作用气缸，缸径D=80mm，活塞杆径d=20mm，工作压力p=0.5MPa，弹簧回程力Fs=300N，摩擦阻力Ff=5%理论推力，负载率η=0.5，求：(1)理论推力F0；(2)实际输出推力F；(3)若夹紧行程L=50mm，完成夹紧所需时间t=0.4s，求活塞平均速度v及所需流量q（标准状态）。解：1)F0=pA=pπD^2/4=0.5×10^6×π×0.08^2/4=2513N2)F=(F0FsFf)η=(25133000.05×2513)×0.5=(2513300125.6)×0.5=1044N3)v=L/t=0.05/0.4=0.125m/sq=Av=πD^2v/4=π×0.08^2×0.125/4=6.28×10^4m^3/s=37.7L/min（ANR）七、综合分析题（共30分）47.（15分）如图（文字描述）：一二级展开式圆柱齿轮减速器，高速级i1=3.5，低速级i2=4，输入功率P=22kW，输入转速n1=1470r/min，每日工作16h，设计寿命10年，载荷平稳，电机与高速轴采用弹性联轴器，低速轴与卷筒采用齿轮联轴器。试完成：(1)计算总传动比及各级扭矩；(2)选择高速级齿轮材料、热处理方式并给出硬度值；(3)给出高速轴最小轴径估算值，说明采用何种强度理论；(4)若低速轴轴承选用圆锥滚子轴承，说明其布置方式及调整游隙方法；(5)从制造装配角度提出两条提高传动平稳性的措施。答案：(1)i总=3.5×4=14，n2=1470/3.5=420r/min，n3=420/4=105r/min；T1=9550×22/1470=143N·m，T2=143×3.5×0.98=491N·m，T3=491×4×0.98=1925N·m(2)高速级小齿轮：20CrMnTi渗碳淬火HRC5862，大齿轮：40Cr调质HBS250280(3)按第三强度理论，τ=T/0.2d^3≤[τ]=40MPa，d≥³√[143×10^3/(0.2×40)]=23.8mm，取25mm(4)面对面布置，调整端盖垫片厚度控制轴向游隙0.050.1mm(5)齿廓修形降低啮合冲击；提高轴承座孔同轴度并采用配对磨削齿轮，提高接触精度。48.（15分）某企业拟将传统铣床改造为数控龙门铣，X轴行程3000mm，最大进给速度10m/min，定位精度±0.02mm/300mm，重复定位精度±0.005mm，工作台质量m=2500kg，切削力Fx=3000N，摩擦系数μ=0.05，拟采用伺服电机+滚珠丝杠驱动。试完成：(1)计算折算到电机轴的总惯量（丝杠导程P=10mm，直径d=40mm，长度L=1600mm，电机转子惯量Jm=3.5×10^4k