山东省（春季高考）机电技术类 《机械基础》项目十七任务一 45分钟专题训练卷

山东省（春季高考）机电技术类《机械基础》45分钟专题训练卷专辑，共208份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固机电技术类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加机电技术类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《机械制图》《液压与气压传动》《金属加工基础》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）机电技术类 《机械基础》 项目十七：工程材料 任务一：工程塑料和复合材料 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题2分，共40分） 1. 在低速、轻载且要求减小运行噪声的齿轮传动中，较适合选用的工程塑料是（ ） A. 聚酰胺塑料齿轮 B. 聚氯乙烯塑料齿轮 C. 聚苯乙烯塑料齿轮 D. 酚醛树脂塑料齿轮 2. 哪种材料属于常用工程塑料，并且通常用于制造电器和电子设备的外壳（ ） A. 聚酰胺（PA） B. 聚碳酸酯（PC） C. 聚酯（PET） D. 聚丙烯（PP） 3. 被称为玻璃钢的是（ ） A. 用玻璃纤维增强的复合材料 B. 细粒复合材料 C. 聚丙烯 D. 聚甲醛 4. 塑料的主要组成材料是（ ） A. 橡胶 B. 树脂 C. 纤维 D. 油脂 5. 2022年冬奥会的火炬外壳是碳纤维与功能性树脂制成的碳纤维复合材料，取代传统的铝合金，火炬采用氢气作燃料，燃烧温度可达800℃，下列说法错误的是（ ） A. 涂有含钠元素的显色剂能使火焰呈黄色 B. 氢气作为燃料可以实现“碳的零排放” C. 碳纤维复合材料与碳纳米材料都属于新型有机非金属材料 D. 火炬抗摔性能强，质量轻便 6. 机床导轨的滑块要求摩擦系数较小，并能在缺少润滑油时保持较好的滑动性能，宜选用的工程塑料是（ ） A. 聚四氟乙烯材料 B. 聚碳酸酯材料 C. 聚甲醛材料 D. 聚氯乙烯材料 7. 制作要求透明、抗冲击的防护罩时，优先选用的工程塑料是（ ） A. 聚碳酸酯材料 B. 聚甲醛材料 C. 聚酰胺材料 D. 酚醛树脂材料 8. 塑料的主要成分（ ) A. 稳定剂 B. 填充剂 C. 增强剂 D. 树脂 9. 塑料的主要缺点是（ ） A. 密度小 B. 耐腐蚀性好 C. 强度低 D. 绝缘性好 10. 下图为工程塑料的应用示例，关于其说法错误的是（ ） A. 工程塑料一般具有较高的强度、耐高温、耐腐蚀等良好性能 B. 工程塑料在一些情况下可代替金属作某些机械构件 C. 工程塑料产量高、价格较低，应用广泛 D. 常用的工程塑料有聚碳酸酯、聚酰胺、ABS塑料、环氧树脂等 11. 高分子材料中，下列哪种工程塑料具有较高的耐热性和机械强度？（ ） A. PVC B. PET C. PTFE D. PEEK 12. 工程塑料指一类可以作为结构材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较为苛刻的化学物理环境中使用的高性能的（ ） A. 合金材料 B. 高分子材料 C. 混合 D. 陶瓷 13. 复合材料的制备需要考虑的因素包括（ ） A. 原材料的选择、制备工艺及固化方式 B. 重量、外观、硬度 C. 使用环境、耐磨性、导电性 D. 生产效率、成品精度、工序数目 14. 复合材料的优点是什么？（ ） A. 重量轻、强度高、耐腐蚀 B. 价格低廉、易加工、导热性好 C. 密度大、易损坏、成本高昂 D. 操作简单、弯曲性好、导电性强 15. 玻璃纤维增强塑料中，玻璃纤维的主要作用是（ ） A. 提高材料强度 B. 降低材料耐热性能 C. 增强材料吸水性能 D. 改善材料导电性能 16. 下列材料中，属于以树脂为基体、以增强纤维为增强体的复合材料是（ ） A. 玻璃纤维增强塑料 B. 纯聚乙烯塑料制品 C. 纯铝合金板材制品 D. 普通陶瓷纤维制品 17. 碳纤维增强塑料用于制造无人机机臂，主要利用其哪项性能（ ） A. 较高的比强度和比刚度 B. 较大的密度和导热性 C. 较低的硬度和耐磨性 D. 较强的吸水性和延展性 18. 聚甲醛工程塑料常用于制造小型齿轮和轴套，主要原因是它具有较好的（ ） A. 耐磨性和尺寸稳定性 B. 导电性和磁导率 C. 耐火性和透光性 D. 吸水性和热膨胀性 19. 非金属材料中的塑料在现代工业中的主要作用是什么（ ） A. 绝缘材料 B. 结构材料 C. 装饰材料 D. 所有以上选项 20. 汽车发动机舱内的塑料管接头需要长期承受较高温度和一定压力，较适合选用的工程塑料是（ ） A. 增强聚酰胺材料 B. 普通聚苯乙烯材料 C. 普通聚氯乙烯材料 D. 普通聚乙烯材料 二、计算题（本大题共5小题，每题4分，共20分） 21. 某自动化设备采用聚甲醛制作直齿圆柱齿轮。齿轮外径为80 mm，轴孔直径为30 mm，齿宽为12 mm。聚甲醛密度为1.41 g/cm3。忽略齿形造成的体积差异，按圆环柱计算。（1）计算该齿轮的体积。（2）计算该齿轮的理论质量。若注塑过程的材料损耗率为12%，计算每件所需原料质量。 22. 某尼龙66导向套经干燥处理后的质量为250 g。在规定湿度条件下放置后，其吸湿增重率为2.0%。（1）计算导向套吸收水分的质量。（2）计算吸湿后的导向套质量。（3）若一批有80个相同导向套，计算该批产品吸湿后增加的总质量。 23. 某设备壳体选用质量分数为30%的玻璃纤维增强聚酰胺材料，总用料质量为600 kg。已知玻璃纤维密度为2.55 g/cm3，聚酰胺基体密度为1.15 g/cm3。（1）计算玻璃纤维和聚酰胺基体的质量。（2）计算两种材料各自的体积。（3）计算该复合材料中玻璃纤维的体积分数和理论密度。 24. 某电气设备绝缘支撑板采用玻璃纤维增强环氧树脂复合材料制造。支撑板长1000 mm、宽200 mm、厚4 mm，玻璃纤维体积分数为45%。玻璃纤维密度为2.55 g/cm3，环氧树脂密度为1.20 g/cm3。（1）计算支撑板的总体积。（2）计算板中玻璃纤维和环氧树脂的体积。（3）计算制造一块支撑板所需玻璃纤维和环氧树脂的质量。 25. 某机器人防护罩拟采用碳纤维增强树脂复合材料，其碳纤维质量分数为60%，碳纤维密度为1.80 g/cm3，树脂基体密度为1.20 g/cm3。防护罩净体积为2400 cm3，装配要求其质量不得超过3.70 kg。假设复合材料内部无孔隙。（1）计算该碳纤维增强树脂复合材料的理论密度。（2）计算碳纤维的体积分数。（3）计算防护罩的理论质量，并判断是否满足装配要求。 三、综合应用题（本大题共6小题，共40分） 26.（5分）某自动化生产线需将一只钢制传动齿轮改为聚甲醛齿轮。已知齿轮外径为80 mm，中心孔直径为20 mm，齿宽为20 mm。聚甲醛密度为1.41 g/cm3，钢的密度为7.85 g/cm3。忽略轮齿与键槽对体积的影响。（1）计算聚甲醛齿轮的质量。（2）计算改用聚甲醛齿轮后，单个齿轮比钢制齿轮减轻的质量及减重率。（3）说明聚甲醛齿轮适用于该生产线轻载传动的两项主要原因。 27.（5分）某自动化包装设备需更换一只小模数传动齿轮。原齿轮采用钢材制造，体积为 。维修技师拟采用聚甲醛制作该齿轮，已知聚甲醛密度为 ，钢材密度为 。（1）计算聚甲醛齿轮的质量，并计算与原钢制齿轮相比可减轻的质量。（2）判断聚甲醛是否适合用于该设备中承受中等载荷、要求低噪声运行的传动齿轮，并说明理由。（3）若齿轮长期在高温环境下连续高速运转，应提出何种材料调整建议。 28.（5分）某设备制造企业拟采用30%玻璃纤维增强尼龙制作电气控制箱支架。支架成型后的体积为240 cm3，普通尼龙密度为1.14 g/cm3，玻璃纤维增强尼龙密度为1.36 g/cm3。（1）计算采用普通尼龙和玻璃纤维增强尼龙制作支架时的质量，并计算质量增加量。（2）判断玻璃纤维增强尼龙属于哪一类材料，并说明其增强材料和基体材料。（3）针对控制箱支架承受振动和螺钉连接载荷的工况，说明选用玻璃纤维增强尼龙的理由。 29.（5分）某机床防护罩拟采用玻璃纤维增强塑料制造，防护罩净体积为 。设计要求玻璃纤维体积分数为 ，树脂体积分数为 。已知玻璃纤维密度为 ，树脂密度为 ，铝合金密度为 。（1）计算制造该防护罩所需玻璃纤维和树脂的质量，并计算复合材料防护罩的总质量。（2）计算该玻璃纤维增强塑料的平均密度，并与同体积铝合金防护罩比较质量差。（3）说明玻璃纤维增强塑料用于机床防护罩的主要优点及使用时应注意的问题。 30.（10分）某机器人末端执行器需安装一块碳纤维增强环氧树脂复合材料安装板。安装板长500 mm、宽300 mm、厚3 mm，碳纤维增强环氧树脂复合材料密度为1.55 g/cm3。原设计采用铝合金板，铝合金密度为2.70 g/cm3。忽略安装孔对体积的影响。（1）计算复合材料安装板和铝合金安装板的质量，并计算采用复合材料后的减重率。（2）判断碳纤维增强环氧树脂复合材料的基体类型，并说明其属于工程塑料还是复合材料。（3）该安装板主要沿长度方向承受弯曲载荷。说明设计时碳纤维铺层方向应如何安排，并提出一项使用中的改进措施。 31.（10分）某电气控制柜内需安装一块聚酰胺66绝缘支撑板，用于固定轻型接线端子。支撑板受拉部位宽度为 ，厚度为 ，工作时最大拉力为 。该聚酰胺66材料在规定工作条件下的许用拉应力为 。（1）计算支撑板受拉部位的截面积和实际拉应力。（2）判断该支撑板在规定载荷下是否满足强度要求。（3）控制柜安装在潮湿车间时，分析该材料使用中可能出现的问题，并提出改进措施。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 山东省（春季高考）机电技术类《机械基础》45分钟专题训练卷专辑，共208份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固机电技术类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加机电技术类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《机械制图》《液压与气压传动》《金属加工基础》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）机电技术类 《机械基础》 项目十七：工程材料 任务一：工程塑料和复合材料 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题2分，共40分） 1. 在低速、轻载且要求减小运行噪声的齿轮传动中，较适合选用的工程塑料是（ ） A. 聚酰胺塑料齿轮 B. 聚氯乙烯塑料齿轮 C. 聚苯乙烯塑料齿轮 D. 酚醛树脂塑料齿轮 【答案】A 【解析】聚酰胺具有较好的耐磨性、自润滑性和抗冲击性，适合制造低速轻载齿轮。聚氯乙烯、聚苯乙烯耐磨和承载性能较弱，酚醛树脂韧性相对不足。 2. 哪种材料属于常用工程塑料，并且通常用于制造电器和电子设备的外壳（ ） A. 聚酰胺（PA） B. 聚碳酸酯（PC） C. 聚酯（PET） D. 聚丙烯（PP） 【答案】B 【解析】聚碳酸酯（PC）具有较高的强度、韧性和良好的绝缘性能，常用于制造电器和电子设备的外壳。 3. 被称为玻璃钢的是（ ） A. 用玻璃纤维增强的复合材料 B. 细粒复合材料 C. 聚丙烯 D. 聚甲醛 【答案】A 【解析】玻璃钢是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。 4. 塑料的主要组成材料是（ ） A. 橡胶 B. 树脂 C. 纤维 D. 油脂 【答案】B 【解析】塑料是以合成树脂为主要成分，并可加入填料、增塑剂、稳定剂等添加剂制成的材料，因此树脂是塑料的主要组成材料。 5. 2022年冬奥会的火炬外壳是碳纤维与功能性树脂制成的碳纤维复合材料，取代传统的铝合金，火炬采用氢气作燃料，燃烧温度可达800℃，下列说法错误的是（ ） A. 涂有含钠元素的显色剂能使火焰呈黄色 B. 氢气作为燃料可以实现“碳的零排放” C. 碳纤维复合材料与碳纳米材料都属于新型有机非金属材料 D. 火炬抗摔性能强，质量轻便 【答案】C 【解析】碳纤维复合材料与碳纳米材料都属于新型无机非金属材料，而不是有机非金属材料。 6. 机床导轨的滑块要求摩擦系数较小，并能在缺少润滑油时保持较好的滑动性能，宜选用的工程塑料是（ ） A. 聚四氟乙烯材料 B. 聚碳酸酯材料 C. 聚甲醛材料 D. 聚氯乙烯材料 【答案】A 【解析】聚四氟乙烯具有很低的摩擦系数和良好的自润滑性能，适合用于低摩擦滑动部件。聚碳酸酯主要突出抗冲击性，聚甲醛虽耐磨但自润滑性能不及聚四氟乙烯，聚氯乙烯通常不作为此类高性能滑动材料。 7. 制作要求透明、抗冲击的防护罩时，优先选用的工程塑料是（ ） A. 聚碳酸酯材料 B. 聚甲醛材料 C. 聚酰胺材料 D. 酚醛树脂材料 【答案】A 【解析】聚碳酸酯具有良好的透明性和抗冲击性能，适合制作透明防护罩。聚甲醛和聚酰胺主要用于耐磨或承载零件，酚醛树脂透明性和抗冲击性较差。 8. 塑料的主要成分（ ) A. 稳定剂 B. 填充剂 C. 增强剂 D. 树脂 【答案】D 【解析】塑料是一类以天然或合成树脂为主要成分或加有其他添加剂制成的材料，在一定的温度和压力下塑制成形，并在常温下保持其形状不变的材料。 9. 塑料的主要缺点是（ ） A. 密度小 B. 耐腐蚀性好 C. 强度低 D. 绝缘性好 【答案】C 【解析】塑料具有密度小、耐腐蚀性好、绝缘性好等优点，但与金属材料相比，其强度通常较低。 10. 下图为工程塑料的应用示例，关于其说法错误的是（ ） A. 工程塑料一般具有较高的强度、耐高温、耐腐蚀等良好性能 B. 工程塑料在一些情况下可代替金属作某些机械构件 C. 工程塑料产量高、价格较低，应用广泛 D. 常用的工程塑料有聚碳酸酯、聚酰胺、ABS塑料、环氧树脂等 【答案】C 【解析】工程塑料一般具有较高的强度或具备耐高温等良好性能，但是其产量较低，价格较高。 11. 高分子材料中，下列哪种工程塑料具有较高的耐热性和机械强度？（ ） A. PVC B. PET C. PTFE D. PEEK 【答案】D 【解析】PEEK是一种具有较高耐热性和机械强度的高分子材料，选项 D 正确。 12. 工程塑料指一类可以作为结构材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较为苛刻的化学物理环境中使用的高性能的（ ） A. 合金材料 B. 高分子材料 C. 混合 D. 陶瓷 【答案】B 【解析】工程塑料是一类可作为结构材料使用的高性能高分子材料，能在较宽的温度范围及较苛刻的化学、物理环境中承受机械应力。 13. 复合材料的制备需要考虑的因素包括（ ） A. 原材料的选择、制备工艺及固化方式 B. 重量、外观、硬度 C. 使用环境、耐磨性、导电性 D. 生产效率、成品精度、工序数目 【答案】A 【解析】复合材料的制备需要综合考虑原材料选择、制备工艺以及固化方式等因素，选项 A 正确。 14. 复合材料的优点是什么？（ ） A. 重量轻、强度高、耐腐蚀 B. 价格低廉、易加工、导热性好 C. 密度大、易损坏、成本高昂 D. 操作简单、弯曲性好、导电性强 【答案】A 【解析】复合材料由两种或更多种材料组合而成，通常具有高强度、轻质和耐腐蚀等优点，选项 A 正确。 15. 玻璃纤维增强塑料中，玻璃纤维的主要作用是（ ） A. 提高材料强度 B. 降低材料耐热性能 C. 增强材料吸水性能 D. 改善材料导电性能 【答案】A 【解析】玻璃纤维具有较高的强度和弹性模量，加入树脂基体后能够显著提高复合材料的强度和刚度。玻璃纤维增强并非为了提高吸水性或降低耐热性，也不能作为改善导电性能的主要组分。 16. 下列材料中，属于以树脂为基体、以增强纤维为增强体的复合材料是（ ） A. 玻璃纤维增强塑料 B. 纯聚乙烯塑料制品 C. 纯铝合金板材制品 D. 普通陶瓷纤维制品 【答案】A 【解析】玻璃纤维增强塑料由树脂基体和玻璃纤维增强体组成，属于纤维增强复合材料。纯聚乙烯、纯铝合金和普通陶瓷纤维制品不符合树脂基体加增强纤维的组成特征。 17. 碳纤维增强塑料用于制造无人机机臂，主要利用其哪项性能（ ） A. 较高的比强度和比刚度 B. 较大的密度和导热性 C. 较低的硬度和耐磨性 D. 较强的吸水性和延展性 【答案】A 【解析】碳纤维增强塑料具有较高的比强度和比刚度，能够在减轻结构质量的同时保持较好的承载能力，适合制造无人机机臂。其主要优势并非较大密度、较低硬度或较强吸水性。 18. 聚甲醛工程塑料常用于制造小型齿轮和轴套，主要原因是它具有较好的（ ） A. 耐磨性和尺寸稳定性 B. 导电性和磁导率 C. 耐火性和透光性 D. 吸水性和热膨胀性 【答案】A 【解析】聚甲醛具有较好的耐磨性、刚度和尺寸稳定性，适合制造精度要求较高的齿轮、轴套等零件。导电性、磁导率、吸水性和热膨胀性不是其用于此类零件的主要优势。 19. 非金属材料中的塑料在现代工业中的主要作用是什么（ ） A. 绝缘材料 B. 结构材料 C. 装饰材料 D. 所有以上选项 【答案】D 【解析】塑料因其轻便、可塑性强、成本低廉等特性，在现代工业中既可以作为绝缘材料、结构材料，也可以用于装饰。 20. 汽车发动机舱内的塑料管接头需要长期承受较高温度和一定压力，较适合选用的工程塑料是（ ） A. 增强聚酰胺材料 B. 普通聚苯乙烯材料 C. 普通聚氯乙烯材料 D. 普通聚乙烯材料 【答案】A 【解析】增强聚酰胺具有较好的耐热性、机械强度和耐油性，适合用于发动机舱内的管接头。普通聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚乙烯在持续高温承压条件下的综合性能通常不足。 二、计算题（本大题共5小题，每题4分，共20分） 21. 某自动化设备采用聚甲醛制作直齿圆柱齿轮。齿轮外径为80 mm，轴孔直径为30 mm，齿宽为12 mm。聚甲醛密度为1.41 g/cm3。忽略齿形造成的体积差异，按圆环柱计算。（1）计算该齿轮的体积。（2）计算该齿轮的理论质量。若注塑过程的材料损耗率为12%，计算每件所需原料质量。 【答案】（1）。（2）；原料质量为。 【解析】（1）忽略齿形造成的体积差异，可将齿轮视为外径为80 mm、内径为30 mm、齿宽为12 mm的圆环柱。体积为：V=π/4×(802-302)×12=51836 mm3=51.84 cm3。（2）理论质量等于体积乘以密度：m=51.84×1.41=73.09 g。材料损耗率为12%，材料利用率为1-12%=88%，因此每件所需原料质量为73.09÷0.88=83.06 g。 22. 某尼龙66导向套经干燥处理后的质量为250 g。在规定湿度条件下放置后，其吸湿增重率为2.0%。（1）计算导向套吸收水分的质量。（2）计算吸湿后的导向套质量。（3）若一批有80个相同导向套，计算该批产品吸湿后增加的总质量。 【答案】（1）吸水质量为。（2）吸湿后质量为。（3）总增质量为。 【解析】（1）吸湿增重率以干燥质量250 g为基准，因此吸收水分的质量为：250×2.0%=5.00 g。（2）吸湿后的质量等于干燥质量与吸收水分质量之和：250+5.00=255.00 g。（3）80个导向套吸收水分增加的总质量为：5.00×80=400.00 g=0.40 kg。 23. 某设备壳体选用质量分数为30%的玻璃纤维增强聚酰胺材料，总用料质量为600 kg。已知玻璃纤维密度为2.55 g/cm3，聚酰胺基体密度为1.15 g/cm3。（1）计算玻璃纤维和聚酰胺基体的质量。（2）计算两种材料各自的体积。（3）计算该复合材料中玻璃纤维的体积分数和理论密度。 【答案】（1）玻璃纤维质量为；聚酰胺质量为。（2）玻璃纤维体积为；聚酰胺体积为。（3）玻璃纤维体积分数为；理论密度为。 【解析】玻璃纤维质量为600×30%=180 kg，聚酰胺质量为420 kg。由ρ=m/V得体积分别为180÷2.55=70.59 L、420÷1.15=365.22 L。玻纤体积分数为70.59÷435.81=16.20%，理论密度为600÷435.81=1.38 g/cm3。 24. 某电气设备绝缘支撑板采用玻璃纤维增强环氧树脂复合材料制造。支撑板长1000 mm、宽200 mm、厚4 mm，玻璃纤维体积分数为45%。玻璃纤维密度为2.55 g/cm3，环氧树脂密度为1.20 g/cm3。（1）计算支撑板的总体积。（2）计算板中玻璃纤维和环氧树脂的体积。（3）计算制造一块支撑板所需玻璃纤维和环氧树脂的质量。 【答案】（1）总体积为。（2）玻璃纤维体积为；环氧树脂体积为。（3）玻璃纤维质量为；环氧树脂质量为。 【解析】（1）支撑板总体积为：V=1000×200×4=800000 mm3。由于1 cm3=1000 mm3，所以V=800 cm3。（2）玻璃纤维体积分数为45%，其体积为：800×45%=360 cm3。环氧树脂体积为：800-360=440 cm3。（3）各组分质量等于体积乘以相应密度。玻璃纤维质量为：360×2.55=918 g；环氧树脂质量为：440×1.20=528 g。 25. 某机器人防护罩拟采用碳纤维增强树脂复合材料，其碳纤维质量分数为60%，碳纤维密度为1.80 g/cm3，树脂基体密度为1.20 g/cm3。防护罩净体积为2400 cm3，装配要求其质量不得超过3.70 kg。假设复合材料内部无孔隙。（1）计算该碳纤维增强树脂复合材料的理论密度。（2）计算碳纤维的体积分数。（3）计算防护罩的理论质量，并判断是否满足装配要求。 【答案】（1），因此。（2）碳纤维体积分数为。（3）防护罩质量为，小于3.70 kg，满足装配要求。 【解析】按质量分数计算，复合材料理论密度满足1/ρ=0.60/1.80+0.40/1.20=0.6667，故ρ=1.50 g/cm3。碳纤维体积分数为(0.60/1.80)÷0.6667=50.00%。防护罩质量为2400×1.50=3.60 kg，小于3.70 kg。 三、综合应用题（本大题共6小题，共40分） 26.（5分）某自动化生产线需将一只钢制传动齿轮改为聚甲醛齿轮。已知齿轮外径为80 mm，中心孔直径为20 mm，齿宽为20 mm。聚甲醛密度为1.41 g/cm3，钢的密度为7.85 g/cm3。忽略轮齿与键槽对体积的影响。（1）计算聚甲醛齿轮的质量。（2）计算改用聚甲醛齿轮后，单个齿轮比钢制齿轮减轻的质量及减重率。（3）说明聚甲醛齿轮适用于该生产线轻载传动的两项主要原因。 【答案】（1） 。。（2）钢制齿轮质量为。减轻质量为。减重率为。（3）聚甲醛具有较好的耐磨性和自润滑性，可减小齿面摩擦；其密度小、质量轻，可降低传动系统的转动惯量。 【解析】将齿轮视为圆环柱，V=3.14/4×(802-202)×20=94.2 cm3。聚甲醛质量为1.41×94.2=132.82 g，钢制质量为7.85×94.2=739.47 g，减轻606.65 g，减重率82.04%。聚甲醛耐磨、自润滑且质量轻，可降低摩擦和转动惯量。 27.（5分）某自动化包装设备需更换一只小模数传动齿轮。原齿轮采用钢材制造，体积为 。维修技师拟采用聚甲醛制作该齿轮，已知聚甲醛密度为 ，钢材密度为 。（1）计算聚甲醛齿轮的质量，并计算与原钢制齿轮相比可减轻的质量。（2）判断聚甲醛是否适合用于该设备中承受中等载荷、要求低噪声运行的传动齿轮，并说明理由。（3）若齿轮长期在高温环境下连续高速运转，应提出何种材料调整建议。 【答案】（1）聚甲醛齿轮质量为：。原钢制齿轮质量为：。减轻质量为：。（2）适合。聚甲醛属于热塑性工程塑料，具有较好的耐磨性、自润滑性和尺寸稳定性，且运行噪声较低，适用于中等载荷传动齿轮。（3）宜改用耐热性更好的聚酰胺、聚醚醚酮等工程塑料，或采用金属齿轮，以避免高温下强度下降和变形增大。 【解析】聚甲醛齿轮质量为1.41×85=119.85 g，原钢制齿轮质量为7.85×85=667.25 g，可减轻547.40 g。聚甲醛耐磨、自润滑、尺寸稳定且噪声低，适合中等载荷传动。高温连续高速工况宜采用增强聚酰胺、聚醚醚酮或金属齿轮。 28.（5分）某设备制造企业拟采用30%玻璃纤维增强尼龙制作电气控制箱支架。支架成型后的体积为240 cm3，普通尼龙密度为1.14 g/cm3，玻璃纤维增强尼龙密度为1.36 g/cm3。（1）计算采用普通尼龙和玻璃纤维增强尼龙制作支架时的质量，并计算质量增加量。（2）判断玻璃纤维增强尼龙属于哪一类材料，并说明其增强材料和基体材料。（3）针对控制箱支架承受振动和螺钉连接载荷的工况，说明选用玻璃纤维增强尼龙的理由。 【答案】（1）普通尼龙支架质量为。增强尼龙支架质量为。质量增加量为。（2）玻璃纤维增强尼龙属于聚合物基复合材料，也属于增强工程塑料。玻璃纤维为增强材料，尼龙为基体材料。（3）玻璃纤维可提高尼龙的强度、刚度和耐蠕变性能，使支架在振动及螺钉压紧载荷下不易变形和开裂。 【解析】普通尼龙支架质量为1.14×240=273.6 g，玻璃纤维增强尼龙质量为1.36×240=326.4 g，增加52.8 g。该材料为聚合物基复合材料和增强工程塑料，玻璃纤维为增强体，尼龙为基体。玻纤可提高强度、刚度和耐蠕变性，减小振动及螺钉载荷下的变形、开裂。 29.（5分）某机床防护罩拟采用玻璃纤维增强塑料制造，防护罩净体积为 。设计要求玻璃纤维体积分数为 ，树脂体积分数为 。已知玻璃纤维密度为 ，树脂密度为 ，铝合金密度为 。（1）计算制造该防护罩所需玻璃纤维和树脂的质量，并计算复合材料防护罩的总质量。（2）计算该玻璃纤维增强塑料的平均密度，并与同体积铝合金防护罩比较质量差。（3）说明玻璃纤维增强塑料用于机床防护罩的主要优点及使用时应注意的问题。 【答案】（1）玻璃纤维体积为：。树脂体积为：。玻璃纤维质量为：。树脂质量为：。防护罩总质量为：。（2）复合材料平均密度为：。同体积铝合金防护罩质量为：。质量差为：。（3）玻璃纤维增强塑料具有质量较小、比强度较高、耐腐蚀和绝缘性能较好的优点。使用时应控制纤维铺设方向和树脂浸润质量，避免出现分层、气泡等缺陷。 【解析】玻璃纤维和树脂体积分别为720 cm3、480 cm3，质量分别为2.55×720=1836 g、1.20×480=576 g，总质量2412 g。平均密度为2412÷1200=2.01 g/cm3，比同体积铝合金轻3240-2412=828 g。其比强度高、耐腐蚀且绝缘性好，制造时应保证纤维铺设和树脂浸润质量。 30.（10分）某机器人末端执行器需安装一块碳纤维增强环氧树脂复合材料安装板。安装板长500 mm、宽300 mm、厚3 mm，碳纤维增强环氧树脂复合材料密度为1.55 g/cm3。原设计采用铝合金板，铝合金密度为2.70 g/cm3。忽略安装孔对体积的影响。（1）计算复合材料安装板和铝合金安装板的质量，并计算采用复合材料后的减重率。（2）判断碳纤维增强环氧树脂复合材料的基体类型，并说明其属于工程塑料还是复合材料。（3）该安装板主要沿长度方向承受弯曲载荷。说明设计时碳纤维铺层方向应如何安排，并提出一项使用中的改进措施。 【答案】（1）安装板体积为。复合材料板质量为。铝合金板质量为。减重率为。（2）环氧树脂属于热固性树脂基体。该材料由碳纤维和环氧树脂组成，属于树脂基复合材料，不属于单一工程塑料。（3）应以长度方向铺设纤维为主，并配合横向或交叉铺层提高整体稳定性。使用中应避免在未加强区域集中开孔，孔边可增设局部补强层。 【解析】安装板体积为500×300×3=450 cm3。复合材料板质量为1.55×450=697.5 g，铝合金板质量为2.70×450=1215 g，减重率为(1215-697.5)÷1215=42.59%。环氧树脂为热固性基体，该材料属于树脂基复合材料。受弯方向以长度方向纤维为主，配合横向或交叉铺层，并对孔边局部补强。 31.（10分）某电气控制柜内需安装一块聚酰胺66绝缘支撑板，用于固定轻型接线端子。支撑板受拉部位宽度为 ，厚度为 ，工作时最大拉力为 。该聚酰胺66材料在规定工作条件下的许用拉应力为 。（1）计算支撑板受拉部位的截面积和实际拉应力。（2）判断该支撑板在规定载荷下是否满足强度要求。（3）控制柜安装在潮湿车间时，分析该材料使用中可能出现的问题，并提出改进措施。 【答案】（1）受拉截面积为：。拉力换算为：。实际拉应力为：。（2）满足强度要求。实际拉应力为 ，小于许用拉应力 。（3）聚酰胺66吸湿后易发生尺寸变化，刚度和绝缘性能可能下降。可采用玻璃纤维增强聚酰胺66、进行防潮密封处理，并在装配时预留合理间隙。 【解析】受拉截面积A=40×4=160 mm2，拉力12.8 kN=12800 N，实际拉应力σ=12800÷160=80 MPa，小于许用应力90 MPa，满足强度要求。聚酰胺66吸湿后可能产生尺寸变化，刚度和绝缘性能下降；可采用玻纤增强PA66、防潮密封处理，并在装配时预留间隙。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $