2025年機(jī)械類考核試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共30分。每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在閉式齒輪傳動(dòng)中，為提高齒面抗點(diǎn)蝕能力，下列措施中最有效的是（）。A.增大模數(shù)B.提高齒面硬度C.降低齒寬系數(shù)D.改用開式傳動(dòng)答案：B解析：齒面點(diǎn)蝕與接觸疲勞強(qiáng)度直接相關(guān)，提高齒面硬度可顯著提升接觸疲勞極限。2.某45鋼調(diào)質(zhì)軸受對(duì)稱循環(huán)彎矩，其疲勞強(qiáng)度校核時(shí)采用的綜合影響系數(shù)Kσ應(yīng)?。ǎ?。A.1.0B.1.5C.2.0D.2.3答案：D解析：45鋼調(diào)質(zhì)后表面存在加工刀痕，應(yīng)力集中系數(shù)Kt≈1.8，尺寸系數(shù)εσ≈0.85，表面強(qiáng)化系數(shù)β≈0.9，Kσ=Kt/(εσ·β)≈2.3。3.在滾子鏈傳動(dòng)中，限制鏈輪最少齒數(shù)zmin的主要目的是（）。A.降低多邊形效應(yīng)B.避免鏈節(jié)膠合C.減小磨損不均勻性D.防止跳齒答案：A解析：齒數(shù)過少時(shí)鏈節(jié)進(jìn)入嚙合的轉(zhuǎn)角大，多邊形效應(yīng)顯著，速度波動(dòng)加劇。4.某氣缸蓋螺栓連接采用M16×2細(xì)牙螺紋，預(yù)緊力F′=32kN，相對(duì)剛度系數(shù)k′/(k′+k″)=0.25，工作載荷F在0~20kN間脈動(dòng)變化，則螺栓最大總拉力F0max為（）。A.37kNB.40kNC.42kND.45kN答案：C解析：F0max=F′+χ·Fmax=32+0.25×40=42kN。5.在V帶傳動(dòng)中，若小帶輪包角α1=150°，摩擦系數(shù)μ=0.35，則當(dāng)量摩擦系數(shù)μ′為（）。A.0.35B.0.40C.0.46D.0.52答案：C解析：μ′=μ/sin(φ/2)=0.35/sin(17°)=0.46，φ為帶輪槽角34°。6.某深溝球軸承6310基本額定動(dòng)載荷C=62kN，當(dāng)量動(dòng)載荷P=8kN，轉(zhuǎn)速n=960r/min，則其壽命L10h約為（）。A.8000hB.12000hC.16000hD.20000h答案：B解析：L10h=10^6/(60n)·(C/P)^3=10^6/(60×960)·(62/8)^3≈12000h。7.在普通圓柱蝸桿傳動(dòng)中，若蝸桿頭數(shù)z1=2，蝸輪齒數(shù)z2=40，模數(shù)m=5mm，則蝸桿分度圓直徑d1為（）。A.40mmB.50mmC.63mmD.80mm答案：B解析：d1=mq，取q=10，則d1=5×10=50mm。8.某液壓系統(tǒng)采用限壓式變量泵，當(dāng)負(fù)載壓力達(dá)到設(shè)定值后，泵的輸出流量（）。A.保持不變B.線性減小C.急劇降為零D.呈雙曲線下降答案：D解析：限壓式變量泵在恒功率段流量與壓力呈雙曲線關(guān)系，p·q=const。9.在數(shù)控車床上加工M30×2外螺紋時(shí)，螺紋刀尖圓弧半徑rε推薦取（）。A.0.1mmB.0.2mmC.0.4mmD.0.6mm答案：B解析：rε≈0.1P，P=2mm，故取0.2mm可保證牙型輪廓精度。10.某六自由度工業(yè)機(jī)器人腕部采用歐拉角ZYX順序旋轉(zhuǎn)，若β=90°，則此時(shí)出現(xiàn)（）。A.奇異位形，自由度退化B.自由度不變，逆解唯一C.腕部自鎖D.基坐標(biāo)系與工具坐標(biāo)系重合答案：A解析：β=90°時(shí)萬向節(jié)鎖死，腕部繞Z與X軸旋轉(zhuǎn)共線，丟失一個(gè)自由度。11.在激光選區(qū)熔化SLM工藝中，為提高AlSi10Mg成形致密度，下列策略最優(yōu)的是（）。A.提高激光功率至500WB.降低掃描速度至200mm/sC.采用層厚30μm+重熔策略D.基板預(yù)熱500℃答案：C解析：層厚減小+重熔可消除未熔粉末，預(yù)熱200℃即可，過高預(yù)熱導(dǎo)致晶粒粗大。12.某汽車主減速器采用格里森制弧齒錐齒輪，其齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，節(jié)點(diǎn)區(qū)系數(shù)ZH取（）。A.1.0B.1.76C.2.0D.2.5答案：B解析：格里森制弧齒錐齒輪ZH=1.76，已計(jì)入曲率與螺旋角影響。13.在機(jī)械系統(tǒng)故障診斷中，對(duì)滾動(dòng)軸承外圈損傷最敏感的頻譜特征是（）。A.軸轉(zhuǎn)頻frB.保持架頻率fcC.外圈故障特征頻率fBPFOD.內(nèi)圈故障特征頻率fBPFI答案：C解析：外圈損傷產(chǎn)生沖擊頻率fBPFO=0.5·n·(1d/D·cosα)·fr，與轉(zhuǎn)頻無關(guān)。14.某伺服電機(jī)經(jīng)諧波減速器驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，若波發(fā)生器固定，柔輪輸出，剛輪固定，則傳動(dòng)比i為（）。A.zR/(zGzR)B.zG/(zGzR)C.zR/zGD.(zGzR)/zR答案：A解析：諧波減速器傳動(dòng)比i=柔輪齒數(shù)/(剛輪齒數(shù)柔輪齒數(shù))，負(fù)號(hào)表示反向。15.在機(jī)械產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)LCA中，對(duì)全球變暖潛能GWP貢獻(xiàn)最大的階段通常是（）。A.原材料獲取B.制造加工C.運(yùn)輸D.使用運(yùn)行答案：D解析：機(jī)電產(chǎn)品80%以上碳排放來自使用階段能耗。二、填空題（每空2分，共20分）16.某合金鋼試樣在應(yīng)力比R=0.1條件下進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，其疲勞極限σ1=480MPa，則其平均應(yīng)力σm=________MPa，應(yīng)力幅σa=________MPa。答案：216MPa；264MPa解析：σm=(σmax+σmin)/2=(533+53)/2=216；σa=(σmaxσmin)/2=264。17.在ANSYSWorkbench中進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)，若前六階固有頻率接近零，說明模型存在________自由度未約束。答案：剛體18.某滾子鏈08A188GB/T1243，其鏈節(jié)距p=________mm，排距pt=________mm。答案：12.7；14.3819.在數(shù)控銑削加工中心上采用G41刀具半徑補(bǔ)償時(shí)，刀具中心軌跡相對(duì)于工件輪廓向________側(cè)偏移；若補(bǔ)償值D01=5.2mm，實(shí)際使用刀具半徑6mm，則加工后工件尺寸將________（增大/減小）________mm。答案：左；增大；0.8解析：補(bǔ)償值小于實(shí)際半徑，刀具遠(yuǎn)離輪廓，余量增大0.8mm。20.某液壓缸差動(dòng)連接時(shí)，活塞直徑D=100mm，活塞桿直徑d=70mm，輸入流量q=40L/min，則活塞伸出速度v=________m/s。答案：0.113解析：v=4q/[π(D2d2)]=4×40×10?3/[π(0.120.072)×60]=0.113m/s。三、計(jì)算題（共30分，寫出主要步驟）21.（10分）如圖，一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，z1=20，z2=40，模數(shù)m=4mm，齒寬b=40mm，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n1=1440r/min，傳遞功率P=15kW，載荷系數(shù)KA=1.25，齒面接觸疲勞極限σHlim1=σHlim2=1200MPa，安全系數(shù)SH=1.2，彈性系數(shù)ZE=189.8√MPa，節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH=2.5，重合度系數(shù)Zε=0.9，試用接觸強(qiáng)度公式校核該傳動(dòng)是否滿足要求。解：1)計(jì)算扭矩T1=9550P/n1=9550×15/1440=99.5N·m2)分度圓直徑d1=mz1=4×20=80mm3)齒面接觸應(yīng)力σH=ZE·ZH·Zε·√[2KT1(u+1)/(bd12u)]其中u=z2/z1=2，K=KA=1.25σH=189.8×2.5×0.9×√[2×1.25×99.5×103×3/(40×802×2)]=189.8×2.5×0.9×0.306=435MPa4)許用接觸應(yīng)力[σH]=σHlim/SH=1200/1.2=1000MPa435MPa<[σH]，故接觸強(qiáng)度足夠。22.（10分）某軸系采用一對(duì)角接觸球軸承7210AC正裝，軸承間距L=300mm，懸臂端徑向力Fr=3kN，軸向力Fa=1.2kN，轉(zhuǎn)速n=1500r/min，試計(jì)算兩軸承壽命。已知：e=0.68，X=0.41，Y=0.87，C=55kN。解：1)計(jì)算徑向反力Fr1=Fr·b/(a+b)=3×200/300=2kNFr2=1kN2)計(jì)算派生軸向力Fd1=eFr1=0.68×2=1.36kNFd2=0.68kN3)判斷壓緊端Fa+Fd2=1.2+0.68=1.88kN>Fd1，故軸承1被壓緊Fa1=1.88kN，F(xiàn)a2=0.68kN4)計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷Fa1/Fr1=1.88/2=0.94>e，P1=XFr1+YFa1=0.41×2+0.87×1.88=2.45kNFa2/Fr2=0.68<e，P2=Fr2=1kN5)壽命L10h1=10^6/(60×1500)·(55/2.45)^3=11500hL10h2=10^6/(60×1500)·(55/1)^3=220000h壽命由軸承1決定，為11500h。23.（10分）某機(jī)械臂連桿采用矩形截面鋁合金型材6061T6，截面尺寸h×b=60×30mm，桿長L=800mm，一端固定一端自由，承受軸向壓力F=12kN，試校核其穩(wěn)定性。已知：E=69GPa，σp=270MPa，穩(wěn)定安全系數(shù)nst=4。解：1)最小慣性矩Imin=bh3/12=30×603/12=5.4×10?mm?2)慣性半徑imin=√(Imin/A)=√(5.4×10?/1800)=17.3mm3)柔度λ=μL/imin=2×800/17.3=92.54)鋁合金λp=π√(E/σp)=π√(69×103/270)=50.2，λ>λp，屬大柔度桿5)歐拉臨界力Fcr=π2EI/(μL)2=π2×69×103×5.4×10?/(2×800)2=142kN6)穩(wěn)定安全系數(shù)n=Fcr/F=142/12=11.8>nst=4，穩(wěn)定性足夠。四、綜合分析題（20分）24.某企業(yè)擬將傳統(tǒng)齒輪箱減速電機(jī)升級(jí)為永磁同步伺服直驅(qū)系統(tǒng)，原系統(tǒng)參數(shù)：電機(jī)功率7.5kW，4極，額定轉(zhuǎn)速1450r/min，齒輪箱速比i=20，效率η=0.92，負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩TL=600N·m。升級(jí)后取消齒輪箱，采用永磁同步電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速75r/min，額定效率0.96。（1）計(jì)算原系統(tǒng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及升級(jí)后電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩；（6分）（2）分析升級(jí)后系統(tǒng)節(jié)能率（僅考慮傳動(dòng)效率差異）；（4分）（3）從動(dòng)態(tài)性能角度，說明直驅(qū)系統(tǒng)需重點(diǎn)解決的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題；（6分）（4）給出一種抑制直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的控制策略并簡述原理。（4分）答案：（1）原電機(jī)轉(zhuǎn)矩T1=9550P/n=9550×7.5/1450=49.4N·m；負(fù)載側(cè)轉(zhuǎn)矩TL=600N·m；升級(jí)后電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩=TL=600N·m。（2）原系統(tǒng)總效率=0.96×0.92=0.883，升級(jí)后效率=0.96，節(jié)能率=(0.960.883)/0.883=8.7%。（3）①低速大轉(zhuǎn)矩下電機(jī)極數(shù)多、電樞電感大，電流環(huán)帶寬受限，需優(yōu)化PWM調(diào)制與電流解耦；②負(fù)載慣量大，傳統(tǒng)PI速度環(huán)響應(yīng)慢，需采用擾動(dòng)觀測(cè)器或自抗擾控制提高抗擾性。（4）采用重復(fù)控制RC+PI雙環(huán)結(jié)構(gòu)，RC在內(nèi)環(huán)對(duì)周期性轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行高增益補(bǔ)償，PI負(fù)責(zé)瞬態(tài)誤差，可有效抑制齒槽與磁鏈諧波引起的脈動(dòng)。五、設(shè)計(jì)題（20分）25.設(shè)計(jì)一款用于5kg輕載高速分揀的并聯(lián)機(jī)器人（Delta機(jī)構(gòu)），要求工作直徑Φ800mm，重復(fù)定位精度±0.1mm，最大加速度5g，主動(dòng)臂轉(zhuǎn)角范圍±30°。（1）確定主動(dòng)臂與從動(dòng)臂桿長L1、L2的初始比例，并給出靜力學(xué)平衡條件；（6分）（2）選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型并計(jì)算最高轉(zhuǎn)速；（6分）（3）給出一種絕對(duì)式角位移傳感器安裝方案，說明其抗干擾措施；（4分）（4）繪制主動(dòng)臂與電機(jī)軸的脹套聯(lián)接結(jié)構(gòu)簡圖，標(biāo)注關(guān)鍵尺寸與公差。（4分）答案：（1）取L1:L2=1:1.2，可減小主動(dòng)臂慣性；靜力學(xué)平衡條件：3個(gè)主動(dòng)臂驅(qū)動(dòng)力矩之和等于負(fù)載重力與慣性力對(duì)電機(jī)軸的合力矩，即Στi=mg·r+ma·r，其中r為等效半徑。（2）選用低慣量