2025年電氣考試機械題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.某三相異步電動機采用滾動軸承支撐轉(zhuǎn)子，運行中發(fā)現(xiàn)軸承溫度異常升高（超過90℃），最可能的故障原因是：A.軸承型號為深溝球軸承（6000型）B.潤滑脂填充量為軸承腔的1/3C.軸承與軸頸配合過松（間隙0.05mm）D.端蓋止口與機座配合間隙0.02mm答案：C解析：滾動軸承溫度過高常見原因包括配合過緊/過松、潤滑不良、安裝偏斜等。選項C中軸承與軸頸配合過松會導(dǎo)致運轉(zhuǎn)時軸承內(nèi)圈與軸頸相對滑動，產(chǎn)生額外摩擦熱；選項A深溝球軸承適用于電機轉(zhuǎn)子支撐，無問題；選項B潤滑脂填充量1/3~1/2為正常范圍；選項D端蓋止口間隙0.02mm在允許公差內(nèi)（通?！?.03mm），不會直接導(dǎo)致溫度異常。2.設(shè)計某電動機驅(qū)動的帶式輸送機傳動系統(tǒng)時，若電動機額定轉(zhuǎn)速為1450r/min，輸送機滾筒轉(zhuǎn)速需為120r/min，優(yōu)先選用的傳動類型是：A.一級圓柱齒輪減速器（傳動比i=12）B.二級圓柱齒輪減速器（i=12）C.V帶傳動+一級齒輪減速器（V帶i=3，齒輪i=4）D.蝸桿傳動（i=12）答案：C解析：帶傳動具有緩沖吸振、過載保護作用，適合電動機與工作機之間的初步減速；一級齒輪減速器結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高（約97%）。組合傳動（V帶+齒輪）可降低齒輪傳動的輸入轉(zhuǎn)速，減小齒輪尺寸和載荷，且?guī)鲃拥娜嵝赃B接能保護電機。選項A一級齒輪傳動比12時，大齒輪直徑過大，制造安裝困難；選項B二級齒輪傳動比12雖可行但成本較高；選項D蝸桿傳動效率低（約80%），長期運行能耗大。3.某電機軸采用45鋼制造，表面淬火處理（硬度45~50HRC），軸上開有一個鍵槽（深度3mm，圓角半徑r=0.5mm），其應(yīng)力集中最主要的影響因素是：A.材料硬度B.鍵槽深度C.鍵槽圓角半徑D.軸的直徑答案：C解析：應(yīng)力集中系數(shù)主要與零件幾何形狀突變的尖銳程度有關(guān)。鍵槽圓角半徑r越小，應(yīng)力集中越嚴(yán)重（理論應(yīng)力集中系數(shù)Kσ隨r減小而顯著增大）。材料硬度影響的是強度而非應(yīng)力集中程度；鍵槽深度主要影響截面削弱程度；軸的直徑僅改變絕對應(yīng)力值，不改變應(yīng)力集中系數(shù)。4.下列關(guān)于滾動軸承預(yù)緊的描述，錯誤的是：A.預(yù)緊可提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度B.預(yù)緊會增大軸承的徑向游隙C.預(yù)緊能增強軸承的剛性D.預(yù)緊適用于高精度機床主軸軸承答案：B解析：預(yù)緊是通過軸向載荷使軸承內(nèi)、外圈產(chǎn)生相對位移，消除游隙并產(chǎn)生一定彈性變形。預(yù)緊后軸承徑向游隙減小（甚至為零），剛性和旋轉(zhuǎn)精度提高，適用于對剛度和精度要求高的場合（如機床主軸）。5.某齒輪傳動中，大齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)，260HBW），小齒輪材料為20CrMnTi（滲碳淬火，58HRC），其設(shè)計中應(yīng)優(yōu)先滿足的強度條件是：A.小齒輪齒面接觸疲勞強度B.大齒輪齒面接觸疲勞強度C.小齒輪齒根彎曲疲勞強度D.大齒輪齒根彎曲疲勞強度答案：A解析：齒面接觸疲勞強度與兩齒輪的綜合彈性模量、接觸應(yīng)力有關(guān)，接觸應(yīng)力對兩齒輪是相等的，但小齒輪齒數(shù)少、齒面硬度高（58HRC＞260HBW），其接觸疲勞極限更高，因此接觸疲勞強度通常由大齒輪控制（需優(yōu)先滿足大齒輪？此處可能需修正）。實際應(yīng)為：接觸疲勞強度校核時，兩齒輪的接觸應(yīng)力相等，而接觸疲勞極限小的齒輪（大齒輪，260HBW）更易失效，故應(yīng)優(yōu)先滿足大齒輪的接觸強度。但本題選項可能存在設(shè)計誤差，正確邏輯應(yīng)為：小齒輪轉(zhuǎn)速高、循環(huán)次數(shù)多，若硬度高則接觸疲勞壽命更長，大齒輪硬度低但循環(huán)次數(shù)少，需具體計算。但常規(guī)設(shè)計中，若小齒輪硬度遠高于大齒輪（如本題滲碳淬火vs調(diào)質(zhì)），接觸疲勞強度通常由大齒輪決定，故正確選項應(yīng)為B。（注：此處原題可能存在爭議，需根據(jù)教材修正。一般教材指出，當(dāng)小齒輪硬度＞大齒輪硬度時，小齒輪接觸疲勞壽命更長，大齒輪可能先出現(xiàn)點蝕，故接觸強度校核應(yīng)保證大齒輪的接觸應(yīng)力≤其接觸疲勞極限。因此正確選項為B。）6.某電動機輸出軸與減速器輸入軸采用彈性柱銷聯(lián)軸器連接，其主要目的是：A.補償兩軸的徑向位移B.傳遞大扭矩C.緩沖振動和沖擊D.提高傳動效率答案：C解析：彈性柱銷聯(lián)軸器利用非金屬彈性元件（如尼龍柱銷）的彈性變形吸收振動和沖擊，適用于有振動、沖擊的場合。其補償徑向位移能力有限（一般≤0.5mm），傳遞扭矩能力中等，傳動效率與剛性聯(lián)軸器相近（約99%），主要優(yōu)勢是緩沖吸振。7.計算轉(zhuǎn)軸的當(dāng)量彎矩時，需將扭矩乘以折合系數(shù)α，其原因是：A.扭矩為脈動循環(huán)應(yīng)力，彎矩為對稱循環(huán)應(yīng)力B.扭矩為靜應(yīng)力，彎矩為變應(yīng)力C.材料對扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的疲勞強度低于彎曲正應(yīng)力D.扭矩作用平面與彎矩作用平面垂直答案：A解析：轉(zhuǎn)軸的彎矩引起對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力（σ-1），扭矩引起脈動循環(huán)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（τ0）。由于對稱循環(huán)應(yīng)力比脈動循環(huán)應(yīng)力更易導(dǎo)致疲勞破壞，需將扭矩產(chǎn)生的切應(yīng)力折合為與彎矩等效的對稱循環(huán)應(yīng)力，折合系數(shù)α=τ-1/τ0（τ-1為對稱循環(huán)切應(yīng)力疲勞極限，τ0為脈動循環(huán)切應(yīng)力疲勞極限，通常α≈0.6）。8.下列機械零件中，不屬于易損件的是：A.V帶B.滾動軸承C.齒輪D.鍵答案：D解析：易損件指在正常使用中因磨損、疲勞等原因需定期更換的零件。V帶因摩擦生熱和彎曲疲勞易失效；滾動軸承因點蝕、磨損需更換；齒輪因點蝕、斷齒可能失效；鍵連接通常為靜連接，若配合正確（如過盈鍵或緊定螺釘），磨損較小，不屬于易損件（普通平鍵若間隙配合可能磨損，但相比前三者壽命更長）。9.某機械系統(tǒng)中，需將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，且要求傳動精度高、反向間隙小，優(yōu)先選用的傳動副是：A.普通絲杠螺母副B.滾珠絲杠副C.齒輪齒條副D.曲柄滑塊機構(gòu)答案：B解析：滾珠絲杠副通過滾珠在絲杠與螺母間滾動，摩擦系數(shù)小（約0.002~0.005），傳動效率高（90%~95%），且可通過預(yù)緊消除間隙，反向間隙極?。ā?.01mm），適用于高精度直線傳動（如數(shù)控機床進給系統(tǒng)）。普通絲杠螺母副摩擦大（效率約30%~40%），間隙大；齒輪齒條副精度受齒輪加工影響，反向間隙較大；曲柄滑塊機構(gòu)為間歇直線運動，精度低。10.設(shè)計某電機端蓋（鑄鐵件）時，其壁厚設(shè)計應(yīng)避免的情況是：A.壁厚均勻（8mm）B.局部壁厚12mm（與筋板連接處）C.壁厚過渡處采用R=5mm圓角D.壁厚4mm（小于鑄鐵最小壁厚6mm）答案：D解析：鑄鐵件壁厚過?。ㄐ∮谧钚”诤瘢?dǎo)致鑄造時液態(tài)金屬流動不暢，產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷?；诣T鐵最小壁厚通常為6~8mm（根據(jù)鑄件尺寸），4mm過??；壁厚均勻可避免縮孔、應(yīng)力集中；局部增厚（如筋板連接處）需緩慢過渡（配圓角），避免直角突變；圓角（R=5mm）可減少應(yīng)力集中，改善鑄造性能。二、簡答題（每題8分，共32分）1.簡述電動機轉(zhuǎn)子軸設(shè)計時需考慮的主要機械性能要求及對應(yīng)的措施。答案：（1）強度要求：軸需承受扭矩、彎矩及轉(zhuǎn)子重量引起的載荷，避免斷裂。措施：選擇合適材料（如45鋼），進行強度校核（計算當(dāng)量彎矩），避免應(yīng)力集中（軸肩圓角、鍵槽圓角）。（2）剛度要求：軸的彎曲變形或扭轉(zhuǎn)變形過大會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與定子摩擦（掃膛）或軸承偏載。措施：控制長徑比（L/d≤10~15），采用階梯軸增大支撐處直徑，校核彎曲剛度（撓度y≤0.05~0.1mm）和扭轉(zhuǎn)剛度（單位長度扭轉(zhuǎn)角θ≤0.5°/m）。（3）振動穩(wěn)定性：軸的臨界轉(zhuǎn)速需遠離工作轉(zhuǎn)速（避開共振區(qū)）。措施：計算一階臨界轉(zhuǎn)速（ncr1），確保工作轉(zhuǎn)速n＜0.7ncr1（剛性軸）或n＞1.4ncr1（撓性軸）。（4）耐磨性：軸頸與軸承配合處需耐磨。措施：表面淬火（硬度45~50HRC）或滲碳處理，降低表面粗糙度（Ra≤0.8μm）。2.分析V帶傳動中“打滑”與“彈性滑動”的區(qū)別及預(yù)防打滑的措施。答案：區(qū)別：（1）性質(zhì)不同：彈性滑動是由于帶的彈性變形和拉力差引起的局部相對滑動（不可避免）；打滑是過載時帶與帶輪間全面滑動（可避免）。（2）影響不同：彈性滑動導(dǎo)致傳動比不準(zhǔn)確（從動輪轉(zhuǎn)速略低于理論值），但不會失效；打滑導(dǎo)致傳動失效（從動輪停轉(zhuǎn)），帶嚴(yán)重磨損。預(yù)防打滑措施：（1）限制傳遞的最大扭矩（不超過臨界摩擦力）；（2）增大預(yù)緊力（調(diào)整中心距或張緊輪）；（3）增加小帶輪包角（≥120°，可通過減小中心距或增大帶輪直徑比）；（4）選用摩擦系數(shù)大的帶（如窄V帶比普通V帶摩擦系數(shù)高）；（5）避免帶與油污接觸（油污會降低摩擦系數(shù)）。3.簡述滾動軸承組合設(shè)計中“兩端固定”與“一端固定、一端游動”兩種支撐方式的適用場合及結(jié)構(gòu)特點。答案：（1）兩端固定支撐：適用場合：軸的工作溫度變化?。é≤50℃），軸向位移要求嚴(yán)格（如一般機床主軸）。結(jié)構(gòu)特點：兩個軸承均能承受軸向載荷，通過軸肩、軸承蓋（或彈性擋圈）固定軸承內(nèi)、外圈，限制軸的雙向軸向移動。為補償溫度引起的軸伸長，軸承蓋與外圈端面間留0.1~0.3mm間隙（熱補償間隙）。（2）一端固定、一端游動支撐：適用場合：軸的工作溫度變化大（ΔT＞50℃），或軸較長（L＞300mm），需自由熱膨脹（如電動機驅(qū)動的長傳動軸）。結(jié)構(gòu)特點：固定端軸承（通常為角接觸球軸承或圓錐滾子軸承）承受雙向軸向載荷，通過軸肩和軸承蓋固定；游動端軸承（深溝球軸承或圓柱滾子軸承）內(nèi)圈與軸固定，外圈與軸承座間隙配合（或使用調(diào)心滾子軸承），允許軸沿軸向自由移動。4.說明齒輪傳動中“齒面接觸疲勞強度”與“齒根彎曲疲勞強度”的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則的區(qū)別。答案：失效形式：（1）齒面接觸疲勞強度不足：齒面表層在循環(huán)接觸應(yīng)力作用下產(chǎn)生微裂紋，擴展后形成點蝕（小麻點），導(dǎo)致齒面失效。（2）齒根彎曲疲勞強度不足：齒根危險截面在循環(huán)彎曲應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋，擴展后導(dǎo)致輪齒斷裂（彎曲疲勞折斷）。設(shè)計準(zhǔn)則區(qū)別：（1）接觸疲勞強度設(shè)計：以防止齒面點蝕為目標(biāo)，計算公式基于赫茲接觸應(yīng)力理論，設(shè)計變量為齒輪分度圓直徑（或中心距），與齒寬、材料彈性模量、接觸疲勞極限有關(guān)。（2）彎曲疲勞強度設(shè)計：以防止齒根斷裂為目標(biāo)，計算公式基于懸臂梁彎曲應(yīng)力理論，設(shè)計變量為模數(shù)，與齒形系數(shù)、應(yīng)力修正系數(shù)、彎曲疲勞極限有關(guān)。通常，閉式軟齒面（硬度≤350HBW）傳動以接觸疲勞強度設(shè)計為主，校核彎曲強度；閉式硬齒面（硬度＞350HBW）或開式傳動以彎曲強度設(shè)計為主，校核接觸強度。三、計算題（共48分）1.（15分）某電動機驅(qū)動的帶式輸送機傳動系統(tǒng)如圖所示（簡化為：電動機→V帶傳動→一級圓柱齒輪減速器→滾筒）。已知電動機額定功率P=15kW，轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，帶傳動效率η1=0.95，齒輪傳動效率η2=0.97，滾筒效率η3=0.96，滾筒直徑D=400mm，輸送機帶速v=1.2m/s。試求：（1）滾筒轉(zhuǎn)速n3（r/min）；（2）齒輪減速器的輸出扭矩T3（N·m）；（3）電動機軸的輸入扭矩T1（N·m）。解：（1）滾筒轉(zhuǎn)速n3計算：帶速v=πDn3/60×1000→n3=60×1000v/(πD)=60×1000×1.2/(π×400)=57.3r/min（保留三位有效數(shù)字）（2）齒輪減速器輸出扭矩T3（即滾筒軸扭矩）：輸送機有效功率Pw=Fv，其中F為輸送帶拉力，T3=F×(D/2)→F=2T3/D系統(tǒng)總效率η=η1×η2×η3=0.95×0.97×0.96≈0.885電動機輸出功率P1=P=15kW，滾筒有效功率Pw=P1×η=15×0.885=13.275kW又Pw=T3×n3×2π/60×1000→T3=Pw×60×1000/(2πn3)=13.275×103×60×1000/(2π×57.3)≈2210N·m（3）電動機軸輸入扭矩T1（即電動機輸出扭矩）：電動機輸出扭矩T1=9550×P/n1=9550×15/1450≈99.2N·m（注：電動機軸扭矩為輸入到帶傳動的扭矩，帶傳動輸出到齒輪減速器輸入軸的扭矩T2=T1×η1×i1，其中i1為帶傳動比。但題目未要求帶傳動比，直接求電動機軸扭矩時，T1=9550P/n1即可。）2.（18分）某電機輸出軸為階梯軸，材料為45鋼（調(diào)質(zhì)，σb=650MPa，σ-1=300MPa，τ-1=155MPa），軸上安裝一齒輪（用平鍵連接），相關(guān)尺寸如圖（單位：mm）：軸徑d=50mm，鍵槽深t=3mm（鍵槽處軸的有效直徑d_eff=d-2t=44mm），軸所受彎矩M=800N·m，扭矩T=600N·m，軸表面粗糙度Ra=1.6μm（敏感系數(shù)qσ=0.8，qτ=0.9），尺寸系數(shù)εσ=0.85，ετ=0.80，表面質(zhì)量系數(shù)βσ=βτ=0.9。試校核該軸的疲勞強度（安全系數(shù)S≥1.5）。解：（1）計算危險截面的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：鍵槽處為危險截面（應(yīng)力集中），有效直徑d_eff=44mm=0.044m彎曲應(yīng)力σ=M/W，W=πd_eff3/32=π×(0.044)3/32≈8.3×10^-6m3σ=800/8.3×10^-6≈96.4MPa（對稱循環(huán)應(yīng)力，σa=σ，σm=0）扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ=T/Wp，Wp=2W=1.66×10^-5m3τ=600/1.66×10^-5≈36.1MPa（脈動循環(huán)應(yīng)力，τa=τ/2=18.05MPa，τm=τ/2=18.05MPa）（2）計算應(yīng)力集中系數(shù)：對于鍵槽，查機械設(shè)計手冊，當(dāng)d=50mm，t=3mm時，理論應(yīng)力集中系數(shù)Kσ0=2.0，Kτ0=1.8（假設(shè)值，實際需查表）有效應(yīng)力集中系數(shù)Kσ=1+qσ(Kσ0-1)=1+0.8×(2.0-1)=1.8Kτ=1+qτ(Kτ0-1)=1+0.9×(1.8-1)=1.72（3）計算彎曲疲勞安全系數(shù)Sσ和扭轉(zhuǎn)疲勞安全系數(shù)Sτ：Sσ=σ-1/((Kσ/εσβσ)σa+ψσσm)，由于σm=0，ψσ≈0.1~0.2（取0.1），但σm=0時，Sσ=σ-1×εσβσ/(Kσσa)=300×0.85×0.9/(1.8×96.4)=300×0.765/(173.5)=229.5/173.5≈1.32Sτ=τ-1/((Kτ/ετβτ)τa+ψττm)，τm=τa=18.05MPa，ψτ≈0.05~0.1（取0.08）(Kτ/ετβτ)τa=1.72/(0.8×0.9)×18.05≈1.72/0.72×18.05≈2.39×18.05≈43.1MPaψττm=0.08×18.05≈1.44MPa分母=43.1+1.44≈44.54MPaSτ=155/44.54≈3.48（4）計算當(dāng)量安全系數(shù)Sca：Sca=1/√(1/Sσ2+1/Sτ2)=1/√(1/1.322+1/3.482)=1/√(0.574+0.082)=1/√0.656≈1.24（5）結(jié)論：Sca=1.24＜1.5，疲勞強度不足，需改進（如增大軸徑、減小鍵槽深度、提高表面質(zhì)量等）。3.（15分）設(shè)計一對閉式軟齒面直齒圓柱齒輪傳動，已知：傳遞功率P=10kW，小齒輪轉(zhuǎn)速n1=960r/min，傳動比i=3，單向運轉(zhuǎn)（載荷平穩(wěn)），使用壽命10年（每年300天，每天8小時），小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)，σHlim1=650MPa，σFlim1=300MPa），大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)，σHlim2=550MPa，σFlim2=240MPa），安全系數(shù)SH=1.0，SF=1.25，齒數(shù)比u=i=3，取齒數(shù)z1=24，齒寬系數(shù)φd=0.8，計算齒輪模數(shù)m（取標(biāo)準(zhǔn)值）。解：（1）確定基本參數(shù)：z2=u×z1=3×24=72小齒輪轉(zhuǎn)速n1=960r/min，大齒輪轉(zhuǎn)速n2=n1/u=320r/min壽命系數(shù)：N1=60n1t=60×960×10×300×8=1.3824×10^9N2=N1/u=4.608×10^8查接觸疲勞壽命系數(shù)：當(dāng)N≥10^9時，ZN1=1.0；N2=4.608×10^8，ZN2≈1.05（線性插值）彎曲疲勞壽命系數(shù)：YN1=YN2=1.0（N≥3×10^6時，軟齒面YN≈1.0）（2）接觸疲勞強度計算：接觸疲勞許用應(yīng)力：[σH1]=ZN1σHlim1/SH=1.0×650/1.0=650MPa[σH2]=ZN2σHlim2/SH=1.05×550/1.0≈577.5MPa取[σH]=min([σH1],[σH2])=577.5MPa接觸強度設(shè)計公式：d1≥√[(2KT1/φd)(u+1)/(u[σH]^2)]×ZE其中，K=1.2（載荷平穩(wěn)，K=1.0~1.3，取1.2）T1=9550P/n1=9550×10/960≈99.5N·m=99500N·mmZE=189.8√(MPa)（鋼對鋼）代入得：d1≥√[(2×1.2×99500/0.8)(3+1)/(3×577