2025年機電工程技術實踐問答試題及答案1.問：某機床主軸箱齒輪傳動系統(tǒng)運行中出現(xiàn)異常噪聲，經(jīng)初步檢查齒輪嚙合面存在點蝕，且軸向竄動超過0.15mm（設計要求≤0.1mm），請分析可能原因及處理措施？答：異常噪聲與點蝕可能由以下原因導致：①齒輪材料硬度不足或熱處理工藝缺陷，導致接觸疲勞強度低；②潤滑油黏度不符合要求或油膜厚度不足，潤滑失效加劇表面損傷；③齒輪安裝精度差，如中心距偏差、軸線平行度超差，造成局部載荷集中。軸向竄動超標的可能原因：軸承軸向游隙調(diào)整不當（如角接觸球軸承預緊力不足）、軸承磨損或軸肩定位面垂直度偏差。處理措施：①檢測齒輪硬度及表面粗糙度，更換不符合要求的齒輪；②選用ISOVG220或VG320中極壓齒輪油，檢查油位及過濾系統(tǒng)；③重新校準齒輪安裝精度，使用百分表檢測中心距（誤差≤0.05mm）和軸線平行度（每米長度≤0.02mm）；④調(diào)整軸承預緊力（角接觸球軸承預緊力按0.020.04mm軸向壓縮量控制），更換磨損軸承，修復軸肩定位面。2.問：某380V三相異步電動機（額定功率55kW，額定電流102A）運行時電流表顯示三相電流分別為115A、108A、90A，且電機外殼溫度升至85℃（環(huán)境溫度30℃），可能的故障原因及排查步驟？答：電流不平衡（最大偏差＞10%）及溫升異常的可能原因：①電源電壓不平衡（三相電壓偏差＞5%）；②電機繞組匝間短路或局部絕緣老化；③轉子斷條或端環(huán)裂紋；④負載機械卡滯導致單相過載。排查步驟：①用萬用表檢測電源端三相電壓（線電壓應在361399V之間），若偏差＞5%需調(diào)整變壓器分接開關或檢查線路接觸；②測量電機繞組直流電阻（三相偏差應≤2%），若某相電阻偏低，用耐壓測試儀（2000V/1min）檢查絕緣，確認匝間短路需重繞繞組；③使用轉子斷條檢測儀或觀察電機啟動電流波動（斷條時啟動電流波動幅度＞15%），確認斷條需更換轉子；④脫開負載空轉，若電流平衡則檢查負載機械（如聯(lián)軸器不對中、軸承卡阻），調(diào)整對中（徑向偏差≤0.05mm，角度偏差≤0.02mm/m）或更換負載軸承。3.問：設計一臺自動包裝機的PLC控制系統(tǒng)，需控制2臺步進電機（X、Y軸）、4個光電傳感器（檢測物料位置）、2個電磁閥（控制推料氣缸），請說明I/O點數(shù)計算、PLC選型依據(jù)及程序設計要點？答：I/O點數(shù)計算：輸入點包括4個光電傳感器（常開觸點）、急停按鈕（1個）、啟動/停止按鈕（2個），共7點；輸出點包括2臺步進電機驅動器脈沖/方向信號（各2點，共4點）、2個電磁閥（2點），共6點，需考慮10%15%裕量，實際選擇輸入8點、輸出8點。PLC選型依據(jù)：①掃描周期＜5ms（滿足步進電機脈沖頻率要求，通常脈沖頻率≤10kHz）；②高速脈沖輸出（Y0、Y1支持200kHz以上）；③支持Modbus通信（若后期擴展人機界面）；④工作溫度10℃~55℃（適應工業(yè)環(huán)境）。程序設計要點：①輸入信號處理：光電傳感器信號加10ms濾波（防干擾），急停按鈕設為立即停止所有輸出；②步進電機控制：采用位置控制模式（PLS指令），X軸定位精度±0.1mm（脈沖當量0.01mm/脈沖，需輸出10脈沖/mm），Y軸速度500mm/s（脈沖頻率50kHz）；③順序控制：物料到位（光電1觸發(fā)）→X軸移動至取料位（光電2觸發(fā)）→推料氣缸1動作（電磁閥1得電2s）→Y軸移動至包裝位（光電3觸發(fā)）→推料氣缸2動作（電磁閥2得電1.5s）→循環(huán)；④故障處理：任一光電傳感器超3s未觸發(fā)則報警（輸出指示燈亮），步進電機堵轉（電流超額定1.5倍）則停止并復位。4.問：某車間10臺5.5kW三相異步電動機（△接法）采用直接啟動，導致變壓器（容量200kVA）低壓側電壓波動達15%，如何解決？答：電壓波動超標的原因：直接啟動電流為額定電流的57倍（5.5kW電機額定電流約11A，啟動電流5577A，10臺總啟動電流550770A），超過變壓器短時過載能力（200kVA變壓器低壓側額定電流約288A，允許1.5倍過載40s，即432A）。解決措施：①改用星三角降壓啟動（啟動電流降至1/3，總啟動電流183257A），需為每臺電機增加3個接觸器（主接觸器、星接接觸器、三角接接觸器）和時間繼電器（延時35s切換）；②加裝軟啟動器（啟動電流限制為23倍額定，總啟動電流220330A），通過調(diào)整斜坡電壓實現(xiàn)平滑啟動；③錯峰啟動：將10臺電機分3組（4、3、3臺），每組間隔5s啟動，減少同時啟動電流；④校核變壓器容量：10臺電機總功率55kW，計算負荷需考慮需用系數(shù)（0.7）和功率因數(shù)（0.85），視在功率S=55×0.7/0.85≈45kVA，遠小于200kVA，主要問題是啟動沖擊，故優(yōu)先采用降壓啟動或軟啟動；⑤若電機需頻繁啟動（＞10次/h），建議改用變頻啟動（啟動電流≤1.5倍額定，總啟動電流165A），同時實現(xiàn)調(diào)速節(jié)能。5.問：某數(shù)控車床滾珠絲杠副出現(xiàn)反向間隙超差（設計要求≤0.02mm，實測0.05mm），可能原因及調(diào)整方法？答：反向間隙超差的可能原因：①絲杠螺母副磨損（滾珠與滾道接觸疲勞）；②預緊力不足（雙螺母墊片預緊或齒差預緊的預緊力衰減）；③軸承軸向游隙過大（絲杠支撐軸承如角接觸球軸承或圓錐滾子軸承未預緊）；④絲杠安裝同軸度偏差（與導軌平行度超差）。調(diào)整方法：①檢查絲杠螺母副：用千分表測反向間隙（固定螺母，移動絲杠，表針擺動值即為間隙），若因磨損導致需更換螺母或絲杠（精度等級P3級以上）；②調(diào)整預緊力：雙螺母墊片預緊結構，松開鎖緊螺母，增減墊片厚度（每增減0.1mm墊片，預緊力變化約0.01mm間隙），重新測量間隙至0.010.02mm；齒差預緊結構，松開外端蓋，將兩個螺母沿相反方向轉動12齒（齒距0.5mm，轉動1齒調(diào)整量≈0.005mm）；③調(diào)整軸承預緊：絲杠兩端支撐軸承（通常為背對背安裝的角接觸球軸承），通過調(diào)整壓蓋下的墊片厚度，使軸向游隙控制在0.0050.01mm（用彈簧秤拉動絲杠，拉力1020N能靈活移動）；④校準安裝精度：用激光干涉儀檢測絲杠與導軌的平行度（全行程≤0.03mm），調(diào)整絲杠支撐座的位置，重新緊固螺栓并配鉆定位銷。6.問：某工業(yè)機器人（6軸關節(jié)型）在搬運50kg工件時出現(xiàn)末端定位偏差（X向±0.3mm，設計要求±0.1mm），可能原因及優(yōu)化措施？答：定位偏差的可能原因：①機器人負載能力不足（額定負載50kg時，動態(tài)負載需考慮慣性力，實際允許負載≤額定值的80%即40kg）；②關節(jié)減速器磨損（諧波減速器或RV減速器背隙增大）；③伺服電機編碼器信號干擾（電纜屏蔽不良導致位置反饋誤差）；④工件夾具重心偏移（夾具設計未考慮重心與機器人法蘭中心重合）；⑤機器人基礎安裝不牢固（地面振動導致機身變形）。優(yōu)化措施：①校核負載：計算工件慣性力（加速時間0.5s時，慣性力F=ma=50×(0.5/0.52)=50N，總負載50×9.8+50=540N，若機器人額定負載扭矩（如6軸額定扭矩150N·m），50kg工件在最大伸長處（臂長1.2m）產(chǎn)生扭矩50×9.8×1.2=588N·m，超過額定值需更換更大負載機器人（如75kg級）；②檢測減速器背隙：手動轉動關節(jié)，用角度編碼器測量正反方向的空程（正常≤0.01°），若超差需更換減速器；③檢查編碼器線路：用示波器測量編碼器信號（A/B相方波，幅值5V），屏蔽層單端接地，更換破損電纜；④調(diào)整夾具重心：通過靜平衡測試（將夾具放置在刀刃支撐上，調(diào)整配重塊使重心與法蘭中心重合）；⑤加固基礎：機器人底座與地面用膨脹螺栓固定（每個螺栓預緊力≥100kN），基礎混凝土厚度≥300mm，振動加速度≤0.1g（用振動儀檢測）。7.問：設計一個基于溫度傳感器（PT100）的恒溫控制系統(tǒng)（控制范圍3080℃，精度±0.5℃），需說明傳感器選型、信號調(diào)理電路設計及PID參數(shù)整定方法？答：傳感器選型：PT100（A級，0℃電阻100Ω，允差±0.15℃），三線制接法（減小導線電阻影響，導線電阻≤1Ω），測量范圍200600℃滿足需求。信號調(diào)理電路：①橋式電路：采用恒流源（1mA）供電，PT100與三個精密電阻（100Ω，0.1%精度）組成惠斯通電橋，輸出電壓V=I×(RPT100Rref)=1mA×(RPT100100Ω)，30℃時R=111.67Ω，輸出11.67mV；80℃時R=130.81Ω，輸出30.81mV；②放大電路：選用儀用放大器（AD620，增益G=1+(49.4kΩ/RG)，需將11.6730.81mV放大至05V，增益G=5V/30.81mV≈162，RG=49.4kΩ/(1621)≈307Ω）；③濾波電路：加入RC低通濾波器（R=1kΩ，C=10μF，截止頻率15.9Hz），抑制50Hz工頻干擾；④A/D轉換：PLC或單片機的12位AD模塊（分辨率5V/4096≈1.22mV，對應溫度0.1℃，滿足精度要求）。PID參數(shù)整定：①臨界比例度法：將積分時間Ti設為∞，微分時間Td=0，增大比例系數(shù)Kp至系統(tǒng)臨界振蕩（溫度波動周期Tc=30s，臨界比例度Kcr=2.5）；②計算PID參數(shù)：Kp=0.6Kcr=1.5，Ti=0.5Tc=15s，Td=0.125Tc=3.75s；③現(xiàn)場調(diào)試：若超調(diào)量＞2℃（如設定50℃，實際達52℃），減小Kp至1.2；若穩(wěn)態(tài)誤差＞0.5℃，減小Ti至10s；若響應滯后，增大Td至5s；最終參數(shù)Kp=1.3，Ti=12s，Td=4s，可實現(xiàn)±0.5℃控制精度。8.問：某空壓機（排氣量10m3/min，工作壓力0.8MPa）運行時油位異常下降（每天補充1L潤滑油），且排氣含油量超標（設計≤5mg/m3，實測20mg/m3），可能泄漏點及排查方法？答：油位下降與含油量超標的可能泄漏點：①油氣分離器濾芯破損（分離效率降低，潤滑油隨壓縮空氣排出）；②回油管堵塞（分離后的潤滑油無法回油箱，導致油位下降）；③軸封磨損（曲軸箱與壓縮腔之間的機械密封泄漏）；④冷卻器漏油（油冷卻器管束裂紋，潤滑油滲入冷卻水系統(tǒng)）；⑤油箱或管路接頭密封失效（法蘭、螺紋連接處滲漏）。排查方法：①檢查油氣分離器：關閉空壓機，打開排氣口，觀察是否有潤滑油噴出（正常應無油）；拆卸濾芯，用光照檢查是否有破損孔洞（孔徑＞0.1mm需更換）；②檢查回油管：用壓縮空氣反向吹洗（壓力0.3MPa），若不通暢（正常氣流阻力≤0.05MPa），清理管內(nèi)積碳（使用專用清洗劑）；③檢測軸封：停機后拆除曲軸箱端蓋，用塞尺測量軸封與軸的間隙（正?！?.05mm），啟動時空轉5min，觀察軸封處是否有油滴（每分鐘＞1滴需更換）；④檢查油冷卻器：關閉冷卻水，向油側充0.9MPa壓縮空氣，浸入水中觀察氣泡（管束泄漏時會有連續(xù)氣泡）；⑤檢查管路密封：用熒光檢漏劑（加入潤滑油），運行后用紫外線燈照射，泄漏點會發(fā)出熒光；或用肥皂水涂抹接頭，觀察是否有氣泡（壓力0.8MPa時，泄漏速率＞0.1L/h會有明顯氣泡）。9.問：某龍門銑床立柱導軌（滑動導軌，材質HT250）出現(xiàn)拉傷（深度0.2mm，寬度5mm），如何修復？答：修復步驟：①表面清理：用角磨機去除拉傷部位的毛刺和氧化層，露出金屬基體（范圍擴展至拉傷邊緣外10mm）；②預加工：用銑刀或電磨頭將拉傷槽加工成U型（深度0.3mm，寬度6mm，便于填充材料），槽底和側壁粗糙度Ra≤6.3μm；③表面活化：用丙酮清洗脫脂，再用砂紙（400目）打磨至金屬光澤，涂刷金屬處理劑（如KH550硅烷偶聯(lián)劑）增強附著力；④材料填充：選用雙組分金屬修補劑（如貝爾佐納1111，抗壓強度100MPa，與HT250線膨脹系數(shù)接近），按比例混合（A:B=4:1），均勻涂抹在槽內(nèi)（略高于導軌表面0.1mm），用刮板壓實排除氣泡；⑤固化：室溫（25℃）下固化24h（或60℃加熱固化4h）；⑥精加工：用細油石（W40）打磨至與導軌面齊平，再用0號砂布拋光（Ra≤0.8μm）；⑦潤滑調(diào)整：修復后導軌與滑塊的配合間隙控制在0.020.04mm（用塞尺檢測），選用導軌油（ISOVG68），增加潤滑頻率（原每2h一次改為每1h一次）；⑧運行測試：空運行30min，檢查是否有異響或卡滯，測量導軌直線度（全行程≤0.03mm），確認修復合格。10.問：某35kV變電站10kV出線柜（真空斷路器）合閘后立即分閘（“偷跳”），保護裝置顯示“控制回路斷線”，可能原因及處理方法？答：“偷跳”且控制回路斷線的可能原因：①斷路器輔助觸點接觸不良（合閘后輔助觸點未正確切換，導致控制回路斷開）；②合閘線圈或分閘線圈絕緣損壞（匝間短路導致電流異常，觸發(fā)保護）；③控制電纜絕緣破損（對地短路，零序電流超過整定值）；④保護裝置誤動作（定值設置錯誤或元件老化）。處理方法：①檢查輔助觸點：用萬用表測量輔助觸點（合閘位置時，常閉觸點應斷開，常開觸點應閉合），接觸電阻應＜0.1Ω，否則調(diào)整觸點壓力或更換輔助開關；②檢測線圈絕緣：用兆歐表測量合閘線圈、分閘線圈對地絕緣（應＞100MΩ），用萬用表測線圈電阻（合閘線圈約50Ω，分閘線圈約80Ω，偏差≤5%），若短路需更換線圈；③排查控制電纜：用絕緣搖表測量電纜每芯對地絕緣（＞10MΩ），用萬用表測芯線通斷（電阻＜1Ω），對破損處做絕緣處理（熱縮套管）或更換電纜；④校驗保護裝置：用繼電保護測試儀輸入模擬電流（10kV線路過流定值一般為1.5倍額定電流，即1.5×(變壓器容量×1000)/(√3×10)，如5000kVA變壓器，額定電流288A，定值432A），檢查動作時間（速斷0s，過流0.5s），若誤動作需重新整定定值或更換保護模塊；⑤二次回路檢查：查看端子排接線是否松動（用螺絲刀緊固，力矩2N·m），保險（5A）是否熔斷（用萬用表通斷檔檢測），確認控制電源電壓（DC220V，波動≤±10%）正常。11.問：某自動生產(chǎn)線中，接近開關（NPN型）檢測金屬工件時無信號輸出，可能原因及排查步驟？答：可能原因：①接近開關電源故障（供電電壓不足或極性接反）；②檢測距離超范圍（工件超出額定檢測距離）；③傳感器表面污染（金屬粉塵或油污遮擋感應面）；④輸出回路斷路（電纜芯線斷裂或PLC輸入點損壞）；⑤傳感器內(nèi)部元件損壞（振蕩電路或輸出晶體管失效）。排查步驟：①檢查供電：用萬用表測接近開關電源端電壓（應為1030VDC，NPN型棕正藍負），若電壓＜10V，檢查電源模塊或保險；②檢測距離：用卡尺測量工件與傳感器感應面距離（額定距離如8mm，實際應≤6mm），若超范圍調(diào)整安裝位置；③清潔表面：用無水乙醇擦拭感應面（避免劃傷），清除金屬粉塵；④測量輸出信號：將傳感器靠近金屬（距離2mm），用萬用表測輸出端（黑表筆接0V，紅表筆接輸出），正常應輸出0V（NPN型低電平有效），若仍為高電平（＞2V），斷開PLC輸入線，直接測量輸出端，若仍無變化則傳感器損壞；⑤檢查輸出回路：用萬用表測電纜通斷（輸出線與PLC輸入點之間電阻＜1Ω），若斷路更換電纜；⑥測試PLC輸入點：短接輸入點與0V，PLC程序中對應輸入位應置1，若不動作則輸入點損壞需維修。12.問：某液壓系統(tǒng)（工作壓力16MPa）油缸動作緩慢（理論速度0.1m/s，實測0.05m/s），且油溫升至65℃（正常≤55℃），可能原因及解決方法？答：動作緩慢與油溫過高的可能原因：①液壓泵內(nèi)泄漏（容積效率降低，流量不足）；②溢流閥設定壓力偏低（系統(tǒng)壓力未達16MPa，油缸推力不足）；③節(jié)流閥或調(diào)速閥堵塞（流量控制口被雜質卡死）；④油缸內(nèi)泄漏（活塞密封磨損，高低壓腔串油）；⑤冷卻器效率下降（油冷卻器積垢或冷卻水流量不足）。解決方法：①檢測泵輸出流量：用流量計測量泵出口流量（額定流量如40L/min，實測＜35L/min），拆檢泵體（齒輪泵齒頂間隙應≤0.1mm，葉片泵葉片與定子間隙≤0.03mm），更換磨損部件；②校驗溢流閥：用壓力表測系統(tǒng)壓力（調(diào)整溢流閥手輪，壓力應穩(wěn)定在16MPa±0.5MPa），若偏低拆解溢流閥，清洗閥孔（用φ1mm通針疏通阻尼孔），更換彈簧（剛度偏差≤5%）；③檢查調(diào)速閥：拆卸后用煤油清洗（清除鐵屑或膠質物），測試流量特性（壓差0.5MPa時，流量應穩(wěn)定），若仍異常更換調(diào)速閥；④檢測油缸內(nèi)泄漏：關閉油缸進油口，向無桿腔充壓16MPa，測量有桿腔油液泄漏量（正?！?.5L/min），若超差更換活塞密封（如斯特封或格萊圈，壓縮量15%20%）；⑤清洗冷卻器：關閉系統(tǒng)，拆開冷卻器，用高壓水槍（壓力10MPa）沖洗水管路（清除水垢），檢查水流量（應≥5m3/h），若冷卻效果仍差，更換更大容量冷卻器（如換熱面積從2m2增至3m2）。13.問：某焊接機器人（CO?氣體保護焊）焊接低碳鋼板（厚度8mm）時，焊縫出現(xiàn)氣孔（主要為氫氣孔），可能原因及工藝調(diào)整措施？答：氫氣孔產(chǎn)生的主要原因：①保護氣體純度不足（CO?純度＜99.5%，含水分或氧氣）；②焊絲表面有油污或銹蝕（含氫量高）；③焊接速度過快（熔池凝固時間短，氣體來不及逸出）；④電弧電壓過高（電弧過長，空氣侵入熔池）；⑤工件表面清理不徹底（有油漆、水分或氧化皮）。工藝調(diào)整措施：①更換保護氣體：使用純度≥99.9%的CO?氣體（瓶裝氣需倒置24h，排放底部水分），或混合氣體（Ar80%+CO?20%，減少氫氣孔敏感性）；②處理焊絲：選用ER506焊絲（含C≤0.08%，Si0.81.15%，脫氧效果好），使用前用砂紙打磨去除表面油污，保持焊絲干燥（存放濕度≤60%）；③調(diào)整焊接參數(shù)：焊接電流200220A（8mm板單層焊），電弧電壓2426V（電壓=0.04×電流+16±2），焊接速度3040cm/min（過快則氣孔增加，過慢則熔深過大）；④清理工件：用角磨機打磨焊縫兩側20mm范圍內(nèi)的氧化皮（露出金屬光澤），用丙酮清洗油污，預熱至80100℃（減少表面水分）；⑤優(yōu)化保護效果：調(diào)整焊槍角度（與工件成7585°），噴嘴距離工件1015mm（過近易飛濺堵塞，過遠保護氣被空氣稀釋），氣體流量1520L/min（流量過小保護不足，過大形成紊流）。14.問：某風機（轉速1450r/min，葉輪直徑1.2m）運行時振動值達12mm/s（標準≤4.5mm/s），頻譜分析顯示1倍頻（24Hz）幅值8mm/s，2倍頻（48Hz）幅值3mm/s，可能故障類型及診斷方法？答：振動特征（1倍頻為主）的可能故障：①葉輪動不平衡（質量分布不均，產(chǎn)生離心力）；②軸與電機聯(lián)軸器不對中（角度不對中主要引起2倍頻，平行不對中1倍頻為主）；③軸承磨損（滾動軸承故障通常引起高頻分量，但內(nèi)圈或外圈局部磨損可能產(chǎn)生1倍頻）；④基礎松動（剛度不足，共振頻率接近工作頻率）。診斷方法：①動平衡測試：在葉輪上加裝試重塊（質量m=K×振動幅值×葉輪直徑，K=0.10.3），測量振動變化（加裝后振動若降低，說明不平衡），用動平衡