機械工程師答辯試題及參考答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.某直齒圓柱齒輪模數(shù)m=4mm，齒數(shù)z=30，其分度圓直徑為A.120mm??B.116mm??C.124mm??D.128mm參考答案：A解析：d=mz=4×30=120mm。2.在45鋼調(diào)質(zhì)狀態(tài)下，其屈服強度σs通常處于A.160–220MPa??B.350–450MPa??C.550–650MPa??D.750–850MPa參考答案：C解析：45鋼調(diào)質(zhì)后σs≈600MPa，屬中碳調(diào)質(zhì)鋼典型值。3.滾動軸承6208的基本額定動載荷C=29kN，當量動載荷P=5.8kN，壽命指數(shù)ε=3，則其額定壽命L10約為A.1250×10?r??B.2500×10?r??C.5000×10?r??D.10000×10?r參考答案：B解析：L10=(C/P)^ε×10?=(29/5.8)3×10?=53×10?=125×10?r，換算后得2500×10?r（題目單位已放大）。4.在SolidWorks中，欲使某草圖實體與另一實體保持“同心”且“等徑”，應(yīng)選擇的約束組合為A.重合+相等??B.同心+相等??C.相切+同心??D.平行+相等參考答案：B解析：同心保證圓心重合，相等保證半徑一致。5.某步進電機步距角1.8°，驅(qū)動器細分數(shù)16，則每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為A.1600??B.2000??C.3200??D.4000參考答案：C解析：360°/(1.8°/16)=3200。6.在液壓系統(tǒng)中，節(jié)流閥與調(diào)速閥的主要區(qū)別在于A.是否限制流量??B.是否帶壓力補償??C.是否帶溫度補償??D.是否帶負載補償參考答案：B解析：調(diào)速閥內(nèi)置壓差補償，流量不受負載變化影響。7.某軸受彎矩M=800N·m，抗彎截面模量W=4×10??m3，則最大彎曲應(yīng)力為A.15MPa??B.20MPa??C.25MPa??D.30MPa參考答案：B解析：σ=M/W=800/(4×10??)=20MPa。8.在激光切割工藝中，影響切縫寬度的首要因素是A.激光功率??B.噴嘴直徑??C.焦點位置??D.輔助氣體壓力參考答案：C解析：焦點光斑直徑直接決定最小切縫。9.某減速器輸出軸轉(zhuǎn)速n?=60r/min，輸入軸n?=1800r/min，則傳動比i為A.20??B.30??C.40??D.50參考答案：B解析：i=n?/n?=1800/60=30。10.在ANSYS靜力分析中，若網(wǎng)格尺寸縮小一半，計算時間約增加A.2倍??B.4倍??C.8倍??D.16倍參考答案：C解析：三維問題自由度與網(wǎng)格尺寸三次方成反比，時間近似立方增長。二、多項選擇題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）11.下列措施可有效降低齒輪傳動噪聲A.提高齒面硬度??B.采用斜齒??C.增大重合度??D.齒頂修緣??E.減小模數(shù)參考答案：B、C、D解析：斜齒、重合度、修緣均降低嚙合沖擊；硬度過高反而脆化；減小模數(shù)對噪聲無直接改善。12.導(dǎo)致滾動軸承早期失效的常見原因包括A.過載??B.潤滑不足??C.電流蝕??D.裝配傾斜??E.環(huán)境真空參考答案：A、B、C、D解析：真空本身不導(dǎo)致失效，但缺潤滑會。13.在數(shù)控車床上加工鈦合金時，為提高刀具壽命宜采用A.低切削速度??B.小進給量??C.高切削速度??D.涂層硬質(zhì)合金??E.充足冷卻參考答案：A、B、D、E解析：鈦合金導(dǎo)熱差，高速易燒刀。14.以下屬于形位公差項目的是A.圓度??B.圓柱度??C.同軸度??D.表面粗糙度??E.平行度參考答案：A、B、C、E解析：粗糙度屬表面質(zhì)量，非形位公差。15.在PLC梯形圖中，能實現(xiàn)自鎖功能的元件組合有A.常開觸點+線圈+常開觸點并聯(lián)??B.常閉觸點+線圈??C.置位指令+復(fù)位指令??D.定時器+線圈??E.上升沿+線圈參考答案：A、C解析：A為并聯(lián)自鎖，C為置位保持。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）16.灰鑄鐵HT250的“250”表示抗拉強度為250MPa。?√17.在V帶傳動中，增加中心距會減小包角。?×18.伺服電機的剛性越高，則其跟隨誤差越小。?√19.激光干涉儀可用于檢測機床直線軸的定位精度。?√20.滲碳淬火后的齒輪需磨齒以保證精度。?√21.在SolidWorksSimulation中，網(wǎng)格越粗，結(jié)果越保守。?×22.液壓缸活塞桿直徑越大，則其穩(wěn)定性越好。?√23.開式齒輪傳動通常采用油浴潤滑。?×24.對于同一材料，疲勞極限隨表面粗糙度降低而升高。?√25.在ANSYS中，接觸非線性分析必須打開大變形開關(guān)。?×四、填空題（每空2分，共20分）26.某軸受扭矩T=1200N·m，剪切模量G=8×10?MPa，極慣性矩Ip=1.2×10??m?，則單位長度扭轉(zhuǎn)角θ=________rad/m。參考答案：θ=T/(GIp)=1200/(8×101?×1.2×10??)=0.00125rad/m。27.在數(shù)控編程中，G43指令的作用是________。參考答案：啟用刀具長度正向補償。28.滾動軸承代號7210AC中，“AC”表示接觸角為________度。參考答案：25°。29.某氣缸缸徑D=100mm，工作壓力p=0.6MPa，則理論推力F=________N。參考答案：F=pA=0.6×10?×π×(0.05)2≈4712N。30.在激光熔覆工藝中，粉末輸送常用的載氣為________。參考答案：氬氣。31.某減速器要求輸出扭矩2000N·m，效率η=0.92，輸入功率P=________kW（n?=1500r/min）。參考答案：P=T?n?/(9550ηi)=2000×1500/(9550×0.92×30)≈11.4kW。32.在SolidWorks中，將實體表面轉(zhuǎn)換為獨立曲面的命令是________。參考答案：偏移曲面。33.在液壓系統(tǒng)中，蓄能器的主要功能之一是________。參考答案：吸收壓力脈動。34.某皮帶傳動主動輪直徑D?=200mm，轉(zhuǎn)速n?=1440r/min，從動輪D?=400mm，則理論帶速v=________m/s。參考答案：v=πD?n?/60000=π×0.2×1440/60≈15.08m/s。35.在ANSYSWorkbench中，網(wǎng)格質(zhì)量評估指標“Skewness”最佳值為________。參考答案：0。五、簡答題（每題8分，共40分）36.試述齒輪修形的目的及常見修形方式，并給出修形量經(jīng)驗范圍。參考答案：目的：降低嚙合沖擊、改善載荷分布、減小噪聲與振動。方式：齒頂修緣、齒向修形、鼓形修形、壓力角修形。修緣量：0.01–0.03mm；鼓形量：5–15μm/100mm齒寬；壓力角修正±0.02°。修形曲線采用二次或三次拋物線，修形長度取齒頂0.2–0.3mn。37.某伺服電機通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動滾珠絲杠，已知電機轉(zhuǎn)子慣量Jm=0.002kg·m2，絲杠慣量Js=0.004kg·m2，工作臺質(zhì)量m=500kg，絲杠導(dǎo)程Ph=10mm，求折算到電機軸的總慣量Jt；若要求加速時間t=0.1s達到轉(zhuǎn)速n=3000r/min，計算所需扭矩。參考答案：Jt=Jm+Js+m(Ph/2π)2=0.002+0.004+500×(0.01/6.283)2≈0.002+0.004+0.0013=0.0073kg·m2。角加速度α=2πn/(60t)=2π×3000/(60×0.1)=3141.6rad/s2。T=Jtα=0.0073×3141.6≈22.9N·m。38.闡述激光焊接鋁合金時常見氣孔缺陷的成因及抑制措施。參考答案：成因：氫源（水分、油污）、氧化膜Al?O?分解、匙孔不穩(wěn)定塌陷。抑制：焊前機械+化學(xué)清理，刮刷裝置在線去膜；采用雙光束或擺動光束穩(wěn)定匙孔；優(yōu)化離焦量+負離焦2–3mm；選用高純Ar+He混合氣（30–50%He）降低等離子體；控制焊接速度1.5–2m/min，脈沖波形調(diào)制峰值功率，降低冷卻速率。39.某液壓回路采用定量泵+溢流閥+節(jié)流閥進口調(diào)速，發(fā)現(xiàn)節(jié)流閥溫升高、能耗大，請?zhí)岢鋈N節(jié)能改造方案并比較優(yōu)缺點。參考答案：方案A：負載敏感泵+多路閥，按需供油，節(jié)能40–60%，成本↑，系統(tǒng)復(fù)雜。方案B：變頻電機驅(qū)動定量泵，按壓力反饋調(diào)轉(zhuǎn)速，節(jié)能30–50，響應(yīng)略慢。方案C：采用插裝式壓力補償節(jié)流閥，保持恒定流量，減少溢流，節(jié)能20–30%，改造簡單，成本低，但泵仍全速運轉(zhuǎn)，噪聲未降。40.在數(shù)控車床上加工細長軸（L/D=25）時，為減小彎曲變形，請給出工藝系統(tǒng)級解決方案（含機床、夾具、刀具、程序）。參考答案：機床：采用帶跟刀架的高剛性車床，主軸徑向跳動≤2μm；夾具：一夾一頂+中心架+跟刀架，尾座彈性回轉(zhuǎn)頂尖預(yù)緊力80N；刀具：主偏角90°、前角15°、刀尖圓弧0.2mm，涂層硬質(zhì)合金，刀桿截面25×25mm；程序：恒線速120m/min，分段切深0.15mm，尾座壓力閉環(huán)控制，粗精分開，精加工前空運行熱機10min，采用G71循環(huán)+G70精修，冷卻液濃度8%，流量80L/min，避免熱變形。六、計算題（每題15分，共30分）41.某二級展開式圓柱齒輪減速器，高速級z?=20，z?=80，低速級z?=25，z?=100，法向模數(shù)mn=3mm，螺旋角β=12°，輸入功率P?=15kW，n?=1500r/min，齒輪寬度b=60mm，齒面寬系數(shù)φd=1.0，小齒輪材料40Cr調(diào)質(zhì)HBS1=260，大齒輪45鋼調(diào)質(zhì)HBS2=230，使用系數(shù)KA=1.25，安全系數(shù)SH=1.1，SF=1.5，試驗算高速級齒面接觸疲勞強度是否滿足。參考答案：1)扭矩T?=9550P?/n?=9550×15/1500=95.5N·m。2)分度圓直徑d?=mnz?/cosβ=3×20/cos12°≈61.3mm。3)載荷系數(shù)K=KAKVKβKα，取KV=1.08，Kβ=1.12，Kα=1.1，則K=1.25×1.08×1.12×1.1≈1.66。4)接觸應(yīng)力σH=ZHZεZβ√(2KT?(u+1)/(bd?2u))，其中u=z?/z?=4，ZH=2.47，Zε=0.88，Zβ=√cosβ≈0.99，代入得σH=2.47×0.88×0.99×√(2×1.66×95.5×103×5/(60×61.32×4))≈580MPa。5)極限應(yīng)力σHlim1=2×HBS1+70=590MPa，σHlim2=530MPa，取小值530MPa，許用[σH]=530/1.1≈482MPa。6)580MPa>482MPa，不滿足，需改材料或增大直徑。42.某立式加工中心主軸軸承采用7014C角接觸球軸承，兩兩串聯(lián)+背靠背組合（DT+DB），已知軸向切削力Fa=2800N，徑向力Fr=1800N，轉(zhuǎn)速n=8000r/min，要求壽命L10h≥15000h，基本額定動載荷C=69kN，判斷該軸承是否合格。參考答案：1)軸承組當量動載荷P：背靠背組配，軸向由兩列分擔，單列Fa?=1400N，查e=0.43，F(xiàn)a?/Fr=0.78>e，則X=0.44，Y=1.20，P=0.44Fr+1.20Fa?=0.44×1800+1.2×1400=792+1680=2472N。2)壽命L10=(C/P)3=(69000/2472)3≈(27.9)3≈21700×10?r。3)換算小時L10h=10?L10/(60n)=21700×10?/(60×8000)≈45200h>15000h，合格。七、綜合設(shè)計題（25分）43.設(shè)計一套自動搬運機構(gòu)，將5kg電池模組從輸送線A抓取后旋轉(zhuǎn)90°放置到治具B，節(jié)拍≤3s，重復(fù)定位精度±0.1mm，空間限制：半徑600mm、高度400mm圓柱內(nèi)。請完成：1)機構(gòu)簡圖與自由度分析；2)驅(qū)動元件選型計算；3)關(guān)鍵零件強度校核；4)控制流程圖；5)安全與冗余措施。參考答案：1)采用SCARA結(jié)構(gòu)：底座旋轉(zhuǎn)R1+大臂旋轉(zhuǎn)R2+小臂旋轉(zhuǎn)R3+垂直直線Z，末端氣動夾爪。自由度4，滿足平面定位+垂直升降+姿態(tài)旋轉(zhuǎn)。2)最大轉(zhuǎn)動慣量：大臂L=300mm，質(zhì)量m?=2kg，小臂m?=1.5kg，負載m?=5kg，折算慣量J≈m?L2/3+(m?+m?)L2=2×0.32/3+6.5×0.32=0.06+0.585=0.645kg·m2。角加速度α=2θ/t2=2×π/2/12≈3.14rad/s2。扭矩T=Jα=0.645×3.14≈2.03N·m，選400W伺服電機，額定扭矩2.4N·m，滿足。Z軸：同步帶+直線導(dǎo)軌，行程200mm，負載60N，選57步進電機，推力200N，加速度a=2×0.2/0.52=1.6m/s2，所需力F=ma=8×1.6=12.8N，余量充足。3)大臂采用6061-T6鋁管，外徑40mm