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2025年机械设计师专业技能考核试题及答案

一、基础知识与应用（共30分）

1.（10分）某机械系统采用偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构，已知凸轮顺时针转动，从动件偏距e=10mm（偏于凸轮转向右侧），推程运动角δ?=120°，远休止角δ?=30°，回程运动角δ?=90°，近休止角δ?=120°；推程阶段从动件按简谐运动规律上升，行程h=40mm；凸轮基圆半径r?=50mm。

（1）画出凸轮机构的位移线图（要求标注关键角度与位移值）；

（2）计算推程阶段最大压力角α_max，并判断是否满足许用压力角[α]=30°的要求（已知推程阶段凸轮轮廓理论廓线的极坐标方程为ρ=r?+e·sinθ+√(h2/π2·(δ?-θ)2-e2·cos2θ)，其中θ为凸轮转角，范围0≤θ≤δ?）。

2.（10分）某传动系统需选用一对闭式软齿面直齿圆柱齿轮（小齿轮主动，z?=20，z?=60，模数m=4mm，齿宽b=80mm），工作条件为：输入功率P=15kW，小齿轮转速n?=960r/min，单向稳定载荷，齿轮材料为40Cr（小齿轮调质，硬度260HBS；大齿轮正火，硬度220HBS），齿轮精度等级7级，环境温度30℃，无严重冲击。

（1）列出需校核的主要强度指标；

（2）说明选择软齿面（硬度≤350HBS）而非硬齿面（硬度350HBS）的主要原因。

3.（10分）某液压油缸缸体材料需从45钢（调质，σ_b=600MPa，σ_s=355MPa）、20CrMnTi（渗碳淬火，σ_b=1100MPa，σ_s=850MPa）、QT600-3（球墨铸铁，σ_b=600MPa，σ_s=420MPa）中选择。油缸工作压力p=25MPa，缸径D=100mm，缸体壁厚δ=12mm（按薄壁圆筒公式计算，δ≥pD/(2[σ])，[σ]=σ_s/n，安全系数n=1.5）。

（1）计算各材料的许用应力[σ]；

（2）判断哪种材料最适合，并说明理由（需考虑材料工艺性、成本及油缸工作环境）。

二、设计计算与校核（共30分）

4.（15分）设计一低速重载闭式齿轮传动中的从动轴（材料为45钢，调质处理，σ_b=650MPa，σ_s=360MPa，许用弯曲应力[σ_b]=60MPa，许用扭转切应力[τ]=35MPa）。已知轴传递的扭矩T=2500N·m，轴上安装一直齿圆柱齿轮（分度圆直径d=300mm，齿宽b=100mm，齿轮受力：圆周力F_t=2T/d，径向力F_r=F_t·tanα，α=20°），轴承跨距L=300mm（齿轮对称布置于两轴承中间）。

（1）画出轴的受力简图（标注力的方向与作用点）；

（2）计算轴的最大弯曲应力和扭转切应力，判断是否满足强度要求（按第三强度理论，σ_equ=√(σ_b2+4τ2)≤[σ_b]）。

5.（15分）某带式输送机驱动装置采用V带传动，已知电动机额定功率P=11kW，转速n?=1440r/min，从动轮转速n?=480r/min，两轴中心距a=800mm，每天工作16h（载荷平稳）。V带型号为B型（基准长度L_d=2240mm，单位长度质量q=0.17kg/m，许用拉应力[σ]=10MPa，包角系数K_α=0.92，长度系数K_L=1.03）。

（1）计算所需V带根数z（公式：z≥P_c/(P?+ΔP?)·K_α·K_L，其中P_c=K_A·P，K_A=1.2；B型带基本额定功率P?=2.83kW，功率增量ΔP?=0.32kW）；

（2）计算带的最大拉应力σ_max（公式：σ_max=σ_1+σ_b+σ_c，其中σ_1=F_1/A，F_1=2P_c/(v·z)·(e^(fα)-1)/e^(fα)，v=πd?n?/60×1000，d?=nd?/n?，f=0.3，α=180°-60°×(d?-d?)/a，A为带的横截面积，B型带A=138mm2，σ_b=E·h/d?，E=200MPa，h=10.5mm）。

三、公差配合与制图（共20分）

6.（10分）某轴孔配合要求为：基本尺寸φ60mm，间隙配合，最小间隙X_min=+0.025mm，最大间隙X_max=+0.085mm，轴的公差等级IT7，孔的公差等级IT8（已知IT7=0.030mm，IT8=0.046mm）。

（1）确定孔、轴的公差带代号（需计算孔轴的极限偏差）；

（2）画出孔轴配合的尺寸公差带图（标注基本尺寸、公差带位置及偏差值）。

7.（10分）阅读图1（假想装配图，略），完成以下任务：

（1）指出图中形位公差标注的错误（至少3处）；

（2）补全齿轮轴（件2）的尺寸标注（需包含径向尺寸、轴向主要定位尺寸及键槽尺寸，键槽为A型普通平键，键宽b=10mm，键高h=8mm，轴槽深t