2025年吉林大學機械復試題目及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在45鋼調質態(tài)的拉伸斷口上，若宏觀可見“杯錐狀”形貌，則微觀下最可能觀察到的特征是A.沿晶韌窩B.等軸韌窩C.拋物線韌窩D.解理臺階答案：B。調質態(tài)45鋼塑性較好，拉伸斷裂為微孔聚集型，中心纖維區(qū)為等軸韌窩。2.某閉式直齒圓柱齒輪減速器，高速級輸入轉速1480r/min，低速級輸出轉速82r/min，若總效率0.92，則高速級與低速級的功率損耗之比約為A.1:1.2B.1:1.5C.1:1.8D.1:2.1答案：C。功率損耗∝轉矩×轉速，低速級轉矩高，損耗占比大，計算得1:1.8。3.在ANSYSWorkbench中進行模態(tài)分析時，若采用“Pre-Stress”選項，其本質是A.在幾何剛度矩陣中引入應力剛化效應B.在材料本構中引入Bauschinger效應C.在接觸算法中引入面-面摩擦D.在單元公式中引入大變形開關答案：A。應力剛化改變剛度矩陣，提高固有頻率。4.對于車削淬硬鋼（58HRC），下列刀具材料中最適合的是A.YT15B.PCBNC.YG6D.高速鋼答案：B。PCBN硬度僅次于金剛石，高溫化學穩(wěn)定性好。5.某液壓系統(tǒng)采用恒壓變量泵，當負載敏感閥芯處于中位時，泵的擺角A.最大B.零C.由補償器彈簧設定D.由LS油路壓力決定答案：B。中位時LS壓力等于油箱壓力，擺角回零，實現(xiàn)“流量卸載”。6.在機械系統(tǒng)可靠性設計中，若強度與應力均服從對數(shù)正態(tài)分布，則可靠度指標β與對數(shù)均值差的關系為A.β=(μ_lnS?μ_lnσ)/√(σ_lnS2+σ_lnσ2)B.β=(μ_S?μ_σ)/√(σ_S2+σ_σ2)C.β=μ_lnS/σ_lnSD.β=μ_S/σ_S答案：A。對數(shù)正態(tài)模型下，β直接由對數(shù)參數(shù)計算。7.某五軸數(shù)控機床采用“3+2”定向加工葉輪，其C軸旋轉中心與A軸軸線垂直度誤差主要導致A.葉片輪廓度超差B.表面粗糙度惡化C.刀軸矢量抖動D.刀具磨損加劇答案：A。垂直度誤差使刀軸空間方位偏移，葉片型面產生系統(tǒng)偏差。8.在機械振動信號中，若出現(xiàn)“工頻×2.5”的峰值，最可能的故障源是A.滾動體剝落B.軸彎曲C.皮帶輪偏心D.齒輪斷齒答案：C。皮帶傳動轉速比2.5，偏心引起周期激勵。9.采用激光熔覆修復軸頸時，熔覆層與基體結合界面的主要組織是A.馬氏體+殘余奧氏體B.胞狀晶+平面晶C.等軸晶+枝晶D.納米晶+非晶答案：B?？焖倌探缑鏈囟忍荻却?，形成定向胞狀晶。10.在機械臂動力學中，若采用“虛功原理”推導運動方程，則廣義力Q_i的物理意義是A.關節(jié)驅動力矩B.末端執(zhí)行器外力C.非保守力在廣義坐標下的投影D.慣性力矩答案：C。虛功原理中Q_i包含驅動、摩擦、外力等全部非保守項。二、多項選擇題（每題3分，共15分；多選少選均不得分）11.下列措施中可有效降低高速角接觸球軸承“外圈滾道波度”誤差對振動噪聲影響的有A.外圈滾道精整超精B.減小球徑組差C.采用外圈引導保持架D.提高內圈溝曲率半徑E.施加軸向預載答案：A、B、E。超精降低波度幅值；球徑組差小可抑制諧振；預載提高阻尼。12.在機械結構拓撲優(yōu)化中，采用SIMP插值模型時，可能出現(xiàn)“棋盤格”現(xiàn)象，其抑制方法包括A.密度過濾B.靈敏度再分配C.投影法D.周長約束E.增加網格密度答案：A、C、D。過濾與投影消除中間密度；周長約束限制幾何復雜度。13.關于金屬橡膠隔振器，下列說法正確的有A.剛度呈強非線性B.損耗因子隨振幅增大而減小C.耐油耐老化D.可在真空環(huán)境使用E.成型后無法二次塑形答案：A、C、D。金屬橡膠由不銹鋼絲編織，真空兼容；剛度隨變形硬化；損耗因子隨振幅增大而增大。14.在數(shù)控系統(tǒng)中，下列功能屬于“前瞻控制”（Look-ahead）范疇的有A.多程序段速度規(guī)劃B.加速度平滑C.軌跡段間轉接矢量夾角限制D.伺服前饋增益調整E.編碼器反饋補償答案：A、B、C。前瞻核心在于軌跡段預讀與速度約束。15.采用磁流變液制動器設計機器人關節(jié)時，需重點考慮的因素有A.零場粘度B.屈服應力-磁場飽和特性C.溫度對剪切稀化影響D.密封磨損顆粒污染E.鐵磁顆粒沉降穩(wěn)定性答案：A、B、C、E。零場粘度決定空載阻力；沉降影響壽命；溫度改變屈服平臺。三、判斷改錯題（每題2分，共10分；先判斷對錯，若錯則劃線改正，不解釋）16.在齒輪抗膠合設計中，采用“閃溫法”計算時，齒面瞬時溫度與齒間滑動速度成反比。答案：錯?；瑒铀俣瘸烧?。17.對于細長軸車削，采用“跟刀架”可顯著提高系統(tǒng)阻尼比，從而抑制再生顫振。答案：對。18.在ADAMS中，若將構件密度設為0，則其轉動慣量矩陣自動為零矩陣。答案：錯。需手動輸入慣量，密度為0不意味著慣量0。19.采用激光干涉儀檢測機床定位精度時，若環(huán)境溫度變化0.5℃，則線性熱膨脹誤差可忽略。答案：錯。CTE=11.5×10??/℃時，1m長度變化5.75μm，不可忽略。20.在機械系統(tǒng)故障樹分析中，若某最小割集階數(shù)為1，則該系統(tǒng)為冗余系統(tǒng)。答案：錯。階數(shù)為1意味著單點故障，系統(tǒng)無冗余。四、簡答題（每題8分，共24分）21.結合“切削溫度-刀具壽命”曲線，闡述高速切削鈦合金時采用“微量潤滑+低溫冷風”復合冷卻的機理。答案：鈦合金導熱系數(shù)低，切削熱集中于刀尖，傳統(tǒng)澆注冷卻易產生熱裂。微量潤滑（MQL）在刀-屑界面形成油膜，降低摩擦系數(shù)30%；低溫冷風（?30℃）降低剪切區(qū)溫度約150℃，抑制鈦合金黏結擴散，減少刀具粘結磨損；二者協(xié)同使刀具壽命提高2.3倍，表面粗糙度降低40%。22.某航空發(fā)動機中介軸承采用“外圈旋轉、內圈靜止”方案，請分析其對保持架動力學穩(wěn)定性的影響，并提出兩項改進措施。答案：外圈旋轉時保持架受離心力場作用，引導方式由外圈擋邊主導，保持架質心漂移增大，易誘發(fā)渦動。改進：1.采用外圈引導“冠型”保持架，減小質心偏移；2.在保持架兜孔引入“微弧氧化”涂層，降低摩擦系數(shù)20%，抑制自激振動。23.針對電動汽車減速器高速軸（輸入轉速16000r/min），說明“軸電流”損傷機理，并給出三種抑制方案。答案：PWM逆變器共模電壓通過軸承油膜電容形成高頻軸電流，局部放電蝕坑導致“搓板紋”失效。抑制：1.采用陶瓷球混合軸承，阻斷電流；2.在轉軸安裝“導電碳刷”，提供低阻抗通路；3.在定子繞組端部加“共模扼流圈”，降低dv/dt幅值50%。五、計算題（共31分）24.（10分）某二級斜齒輪減速器，高速級法向模數(shù)m_n=2mm，螺旋角β=15°，齒數(shù)z?=19，z?=57；低速級m_n=3mm，β=12°，z?=21，z?=63。輸入功率P=15kW，n?=1450r/min，軸承與攪油損失共4%。求：（1）總傳動比i_total；（2）低速級大齒輪分度圓直徑d?；（3）若低速軸材料40Cr調質，許用扭應力[τ]=45MPa，按純扭轉估算最小軸徑。答案：（1）i_total=(z?/z?)×(z?/z?)=(57/19)×(63/21)=3×3=9（2）d?=m_n×z?/cosβ=3×63/cos12°=189/0.978≈193.3mm（3）T_low=9550×P×0.96/n?=9550×15×0.96/(1450/9)=855N·md≥(16T/(π[τ]))^(1/3)=(16×855×103/(π×45))^(1/3)=38.4mm，取40mm。25.（10分）某航空液壓作動筒活塞直徑D=80mm，桿徑d=40mm，行程L=300mm，系統(tǒng)壓力p=21MPa，要求0.2s內完成伸出動作，忽略負載，求：（1）無桿腔流量Q；（2）若采用伺服閥，閥壓降Δp_v=3.5MPa，求閥口面積A_v（取C_d=0.65，ρ=850kg/m3）；（3）若改用“泵控缸”方案，泵排量V_p=25mL/r，轉速n_p=1500r/min，容積效率η_v=0.95，是否滿足速度要求？答案：（1）v=L/t=0.3/0.2=1.5m/s，A=(π/4)D2=5.027×10?3m2，Q=A×v=7.54×10?3m3/s=453L/min（2）Q=C_dA_v√(2Δp_v/ρ)→A_v=Q/(C_d√(2Δp_v/ρ))=7.54×10?3/(0.65×√(7×10?/850))=1.23×10??m2=123mm2（3）泵理論流量Q_t=V_p×n_p/1000=37.5L/min，實際Q_a=35.6L/min?453L/min，不滿足，需多泵并聯(lián)或增大排量。26.（11分）某五軸機床擺頭（A軸）采用力矩電機直驅，轉子慣量J_m=0.8kg·m2，負載慣量J_L=2.2kg·m2，減速比1:1，要求定位±5″，伺服環(huán)采樣4kHz，速度環(huán)帶寬80Hz，求：（1）系統(tǒng)總慣量J_total；（2）若采用PI速度控制器，K_vp=0.8N·m·s/rad，K_vi=120N·m/rad，求相位裕度；（3）為抑制5ms周期性擾動，設計重復控制器，給出延遲環(huán)節(jié)z??的N值。答案：（1）J_total=J_m+J_L=3.0kg·m2（2）開環(huán)傳遞函數(shù)G_v=K_vp+K_vi/s，穿越頻率ω_c≈K_vp/J_total=0.8/3=0.267rad/s，相位裕度PM=90°?arctan(ω_cJ_total/K_vi)=90°?arctan(0.267×3/120)=89.6°，系統(tǒng)穩(wěn)定。（3）擾動周期T_d=5ms，采樣周期T_s=1/4000=0.25ms，N=T_d/T_s=20。六、綜合設計題（50分）27.題目：設計一臺“月球極區(qū)采樣鉆取機構”，要求：（1）鉆取深度≥1.5m，月壤抗壓強度5MPa，溫度?180℃；（2）總質量≤12kg，功耗≤120W；（3）具備“鉆-取-封”一體化功能，樣品無污染；（4）可承受發(fā)射段15g半正弦沖擊11ms。請完成：①總體方案簡圖（文字描述即可）；②關鍵傳動鏈參數(shù)計算（鉆頭轉速、扭矩、進給力）；③材料與潤滑選擇；④熱控與防塵密封方案；⑤可靠性冗余設計；⑥給出1項創(chuàng)新點并驗證其可行性。答案：①方案：采用“外旋轉中空鉆頭+內螺旋取芯管”雙管結構。鉆頭直徑Φ30mm，由無刷直流電機經諧波減速器驅動；取芯管內置形狀記憶合金（SMA）翻板閥門，鉆達深度后閥門關閉，實現(xiàn)“底封”；整個模塊懸掛在并聯(lián)柔順機構上，吸收沖擊。②鉆進取給：月壤剪切強度τ≈0.5MPa，鉆頭截面積A=π×0.032/4=7.07×10??m2，側面積A_s=π×0.03×1.5=0.141m2，平均側摩阻力F_s=τ×A_s=70.7kN，遠超允許。采用“間歇鉆進+超聲振動”降阻，側摩阻降低至5%即3.5kN；鉆頭扭矩T=K×τ×D3×10?3=0.8×0.5×303×10?3=10.8N·m，考慮1.5安全系數(shù)，T_d=16.2N·m；轉速n=80r/min，功率P=2πnT/60=136W，超功耗。改用“雙速模式”：破巖段120r/min，扭矩10N·m，功率105W；取芯段40r/min，扭矩5N·m，功率21W，平均功耗90W。③材料：鉆頭采用Ti-6Al-4V+金剛石燒結齒，低溫韌性佳；取芯管用6061-T6鋁合金，內表面噴涂DLC防黏；諧波減速器柔輪改用β-鈦合金，降低?180℃脆性；潤滑采用MoS?濺射固體膜，真空兼容。④熱控：鉆頭內置1W鎧裝加熱絲，防止?180℃冷焊；SMA閥門選用NiTiCu，Ms=?150℃，通電5W即可相變關閉；密封采用“金屬波紋管+磁流體”雙重屏障，阻止月塵進