2026年机械设计制造与自动化实操测试

2026年机械设计制造与自动化实操测试一、机械设计基础（共5题，每题10分，总分50分）1.题目：设计一个用于食品加工厂的传送带支撑架，要求承受最大载荷1000N，材料为Q235钢，计算支撑架的截面尺寸，并说明选择该材料的原因。2.题目：某机械零件的疲劳极限为σ_e=350MPa，安全系数n=1.5，若该零件在循环载荷下的应力范围为±200MPa，判断该零件是否满足强度要求。3.题目：设计一个螺旋千斤顶的螺旋副，要求提升高度为200mm，最大载荷为5000N，材料分别为45钢（淬火）和耐磨青铜，计算螺杆的直径和螺距，并说明选择该参数的依据。4.题目：某轴承受交变载荷，最大扭矩T_max=1500N·m，最小扭矩T_min=500N·m，材料为40Cr（调质），计算当量应力，并说明是否需要校核疲劳强度。5.题目：设计一个凸轮机构，要求从动件做往复运动，行程为50mm，运动规律为简谐运动，绘制凸轮轮廓图并标注关键点尺寸。二、机械制造工艺（共6题，每题10分，总分60分）1.题目：某零件材料为铝合金，尺寸精度要求IT7，表面粗糙度Ra=1.6μm，说明加工该零件的合理工艺路线，并说明选择该工艺路线的原因。2.题目：某箱体零件需要加工两个平行孔，孔径为φ20mm，孔距为100mm，要求两孔轴线平行度误差≤0.02mm，说明加工方法并说明如何保证精度。3.题目：某轴类零件需要热处理淬火，材料为45钢，说明淬火前的预备热处理工艺，并说明选择该工艺的原因。4.题目：某零件需要加工一个锥面，锥度为1:10，直径为φ50mm，长度为50mm，说明加工方法并计算刀具角度。5.题目：某零件需要加工一个内螺纹M12×1.5，要求螺纹中径公差为7g，说明加工方法并说明如何保证螺纹精度。6.题目：某零件需要加工一个平面，尺寸要求平面度误差≤0.03mm，说明加工方法并说明如何保证精度。三、自动化控制系统（共5题，每题12分，总分60分）1.题目：设计一个PLC控制的三相异步电动机正反转系统，要求有过载保护和急停功能，绘制控制流程图并说明关键元件的作用。2.题目：某生产线需要控制一个气缸的往复运动，要求气缸在到达指定位置后停留2秒再返回，说明气动控制系统设计并绘制逻辑图。3.题目：某机械手需要实现抓取和放置动作，说明伺服电机选型依据，并设计简单的运动控制程序。4.题目：某生产线需要检测产品的高度，要求检测精度为±0.5mm，说明传感器选型依据并说明检测原理。5.题目：某机械需要实现温度控制，要求温度范围为100℃±5℃，说明温度传感器选型依据并设计PID控制参数。四、机械创新设计（共4题，每题15分，总分60分）1.题目：设计一个用于自动化仓库的货物分拣装置，要求分拣效率不低于100件/分钟，说明关键结构设计并说明选择该设计的依据。2.题目：设计一个用于汽车行业的零件清洗装置，要求清洗效果好且节约用水，说明关键结构设计并说明选择该设计的依据。3.题目：设计一个用于医疗器械的自动焊接装置，要求焊接强度高且重复精度高，说明关键结构设计并说明选择该设计的依据。4.题目：设计一个用于食品行业的自动包装装置，要求包装速度快且密封性好，说明关键结构设计并说明选择该设计的依据。答案及解析一、机械设计基础（共5题，每题10分，总分50分）1.答案：-截面尺寸：根据抗弯强度公式σ_b=W/P，其中W为截面模量，P为载荷。Q235钢的屈服强度σ_s=235MPa，取安全系数n=1.5，则允许应力σ_all=235/1.5=156MPa。假设支撑架为矩形截面，宽b=40mm，高h=60mm，则W=bh^2/6=40×60^2/6=48000mm^3。校核强度：σ_b=P/W=1000/(48000×10^-9)=20.8MPa<156MPa，满足强度要求。-选择Q235钢的原因：成本低、易加工，适合一般机械零件。2.答案：-当量应力计算：σ_a=(σ_max-σ_min)/2=200MPa，σ_m=(σ_max+σ_min)/2=0MPa，σ_r=σ_min-σ_max=-200MPa。根据疲劳公式σ_e=σ_a+kσ_m，其中k为敏感系数，取k=0.6，则σ_e=σ_a+0.6σ_m=200+0.6×0=200MPa。实际应力为200MPa，小于疲劳极限350MPa，满足强度要求。3.答案：-螺杆直径：根据强度公式d=√(4P/πσ_all)，其中σ_all=σ_s/3=45/3=15MPa，则d=√(4×5000/(π×15))≈25.7mm，取d=26mm。螺距：根据行程公式s=nθ，其中n为螺杆转速，θ为旋角，取n=1r，θ=200/π，则s≈63.7mm，取s=60mm。选择该参数的依据：45钢调质后强度高，耐磨青铜摩擦系数低，适合螺旋副。4.答案：-当量扭矩：T_eq=√((T_max^2+T_min^2)/2)=√((1500^2+500^2)/2)≈1282N·m。当量应力：σ_eq=T_eq×16/d^3，其中d为轴径，取d=50mm，则σ_eq=1282×16/(π×50^3)≈16.5MPa。40Cr调质后疲劳极限σ_e=350MPa，安全系数n=1.5，则允许应力σ_all=350/1.5=233MPa，16.5MPa<233MPa，满足强度要求。5.答案：-凸轮轮廓图：简谐运动下，凸轮轮廓为正弦曲线，行程50mm，则凸轮半径变化范围为50mm。绘制时，以凸轮中心为原点，从动件初始位置为起点，绘制正弦曲线，关键点间距为π/2周期。二、机械制造工艺（共6题，每题10分，总分60分）1.答案：-工艺路线：粗车→半精车→淬火回火→精车→磨削。选择该路线的原因：铝合金易氧化，淬火前需去除氧化皮，磨削可保证表面粗糙度。2.答案：-加工方法：使用精密镗床加工，使用千分尺和量块校验平行度。保证精度方法：机床调平，刀具磨损补偿，分次加工。3.答案：-预备热处理：正火，消除内应力。选择原因：正火后组织均匀，硬度适中，便于后续加工。4.答案：-加工方法：使用锥度铰刀加工。刀具角度：锥角α=2arctan(1/10)≈11.31°。5.答案：-加工方法：使用丝锥攻丝。保证精度方法：使用螺纹量规检测，控制切削速度。6.答案：-加工方法：使用平面磨床加工。保证精度方法：机床调平，分次加工，使用千分表检测平面度。三、自动化控制系统（共5题，每题12分，总分60分）1.答案：-控制流程图：PLC输入接按钮、急停开关，输出接接触器，过载保护使用热继电器。急停时，所有输出断开，电机停止。2.答案：-气动系统设计：使用双电控电磁阀控制气缸往复，使用延时继电器控制停留时间。逻辑图：气缸前进→延时→气缸后退。3.答案：-伺服电机选型依据：负载惯性、精度要求，选择额定扭矩150N·m的伺服电机。运动控制程序：脉冲分配控制位置，PID控制速度。4.答案：-传感器选型：使用电容式传感器，精度高，响应快。检测原理：物体靠近改变电容，输出电压变化。5.答案：-温度传感器选型：使用热电偶，测量范围广。PID参数：比例增益Kp=1.2，积分时间Ti=5s，微分时间Td=0.5s。四、机械创新设计（共4题，每题15分，总分60分）1.答案：-关键结构：使用滚轮式分拣机构，通过气动推杆控制分拣。选择依据：分拣效率高，结构简单。2.答案