2025年機(jī)械基礎(chǔ)創(chuàng)新試題及答案一、單項(xiàng)選擇（每題2分，共20分）1.某合金鋼在室溫下的屈服強(qiáng)度為σ?.?＝850MPa，若采用Vickers硬度試驗(yàn)測得HV＝285，則其經(jīng)驗(yàn)換算關(guān)系σ≈3.3HV（MPa）計(jì)算得到的強(qiáng)度值與實(shí)測屈服強(qiáng)度誤差最接近A.2.1%??B.4.7%??C.7.3%??D.9.5%答案：B2.在行星齒輪系中，太陽輪齒數(shù)z?＝24，齒圈齒數(shù)z?＝96，若行星架固定，太陽輪輸入轉(zhuǎn)速n?＝1800r/min，則齒圈輸出的轉(zhuǎn)速大小與方向?yàn)锳.450r/min同向??B.450r/min反向??C.600r/min同向??D.600r/min反向答案：B3.對(duì)于閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則首要防止的失效形式是A.齒面點(diǎn)蝕??B.齒面膠合??C.輪齒折斷??D.齒面磨損答案：C4.某滾動(dòng)軸承當(dāng)量動(dòng)載荷P＝12kN，基本額定動(dòng)載荷C＝98kN，若要求壽命不低于8000h，則轉(zhuǎn)速n不得超過A.960r/min??B.1200r/min??C.1450r/min??D.1800r/min答案：C5.在氣動(dòng)比例壓力閥中，為提高低流量時(shí)的分辨率，常采用的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)環(huán)反饋量是A.出口壓力??B.閥芯位移??C.線圈電流??D.氣源壓力答案：B6.采用有限元法計(jì)算某焊接機(jī)架時(shí)，若焊縫處網(wǎng)格尺寸取板厚的0.8倍，則計(jì)算應(yīng)力集中系數(shù)Kt與實(shí)測值相比將A.偏低5%～10%??B.偏高5%～10%??C.基本一致??D.偏高15%以上答案：A7.某伺服電機(jī)經(jīng)諧波減速器驅(qū)動(dòng)負(fù)載，若減速比i＝120，電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量Jm＝0.12kg·m2，負(fù)載慣量JL＝45kg·m2，則折算到電機(jī)軸的總慣量約為A.0.15kg·m2??B.0.23kg·m2??C.0.31kg·m2??D.0.42kg·m2答案：C8.在激光熔覆再制造過程中，若送粉速率恒定而掃描速度提高30%，則單道熔覆層厚度約A.增加15%??B.減少23%??C.減少30%??D.不變答案：B9.某機(jī)械系統(tǒng)采用PID控制器，當(dāng)積分時(shí)間Ti由1s增至4s時(shí)，系統(tǒng)階躍響應(yīng)超調(diào)量將A.顯著增大??B.顯著減小??C.先增后減??D.基本不變答案：A10.在增材制造SLM工藝中，若層厚由30μm減至20μm而激光功率不變，則熔池深度與層厚比值A(chǔ).增大??B.減小??C.不變??D.先增后減答案：A二、多項(xiàng)選擇（每題3分，共15分；多選少選均不得分）11.下列措施中可有效抑制高速滾動(dòng)軸承電蝕失效的有A.采用陶瓷球??B.軸電流旁路碳刷??C.內(nèi)圈表面鍍CrN??D.提高潤滑油黏度??E.外圈絕緣涂層答案：ABE12.關(guān)于碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂（CFRP）與7075T6鋁合金鉚接接頭，下列說法正確的有A.鉚釘材料宜選Ti6Al4V??B.孔壁需增加金屬襯套??C.預(yù)緊力越大越好??D.需控制鉚接溫度＜120℃??E.接頭疲勞壽命受纖維取向影響顯著答案：ABDE13.在采用模型預(yù)測控制（MPC）的機(jī)電伺服系統(tǒng)中，若采樣周期縮短，則A.計(jì)算負(fù)擔(dān)增加??B.相位裕度提高??C.高頻噪聲放大??D.穩(wěn)態(tài)誤差減小??E.控制律更易出現(xiàn)奇異答案：ACE14.以下屬于非接觸式密封且可用于高速軸的有A.迷宮密封??B.螺旋槽密封??C.磁流體密封??D.骨架油封??E.干氣密封答案：ABCE15.關(guān)于激光干涉儀測量機(jī)床定位誤差，下列操作會(huì)導(dǎo)致測量結(jié)果虛高的有A.環(huán)境濕度突變??B.材料溫度膨脹系數(shù)輸入錯(cuò)誤??C.角隅棱鏡未貼緊工作臺(tái)面??D.激光束與導(dǎo)軌不平行??E.空氣折射率補(bǔ)償關(guān)閉答案：BCD三、判斷改錯(cuò)（每題2分，共10分；先判斷再改正）16.在閉式齒輪傳動(dòng)中，齒面接觸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)SH一般取1.0即可滿足工業(yè)齒輪箱20年壽命要求。答案：錯(cuò)。應(yīng)改為：SH≥1.3。17.滾動(dòng)軸承的額定靜載荷C?是指使?jié)L動(dòng)體與滾道產(chǎn)生0.0001倍滾子直徑永久變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的載荷。答案：錯(cuò)。應(yīng)改為：0.0001倍滾動(dòng)體直徑而非滾子直徑。18.采用氮化鋼38CrMoAl制造的蝸桿，經(jīng)氣體氮化后表面硬度可達(dá)1100HV，因此無需再進(jìn)行磨齒。答案：錯(cuò)。應(yīng)改為：仍需精磨以消除氮化變形并降低表面粗糙度。19.在數(shù)控系統(tǒng)中，當(dāng)跟隨誤差為零時(shí)，伺服電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩一定為零。答案：錯(cuò)。應(yīng)改為：當(dāng)負(fù)載存在擾動(dòng)或摩擦?xí)r，電機(jī)仍需輸出轉(zhuǎn)矩維持位置。20.對(duì)于細(xì)長軸的車削，采用跟刀架后，其臨界切削深度可提高約50%。答案：對(duì)。四、簡答與計(jì)算（共30分）21.（6分）某風(fēng)電齒輪箱二級(jí)行星系，太陽輪輸入扭矩T?＝820kN·m，太陽輪分度圓直徑d?＝380mm，行星輪軸承為滿裝圓柱滾子，額定動(dòng)載荷C＝1650kN，若要求軸承壽命L??≥13×10?r，求單顆行星輪軸承最大徑向載荷Frmax，并校核是否滿足壽命要求。答案：行星輪數(shù)np＝3，扭矩平衡得行星輪切向力Ft＝2T?/(np·d?)＝2×820×103/(3×0.38)＝1.439×10?N單軸承徑向載荷Frmax≈Ft/2＝0.7195×10?N＝719.5kN壽命公式L??＝(C/Fr)^10/3，代入得L??＝(1650/719.5)^3.33＝15.2×10?r＞13×10?r，滿足。22.（8分）圖1為某高速電主軸軸承組配，前軸承為兩聯(lián)角接觸球軸承背靠背（DB），后軸承為單列圓柱滾子軸承。已知前軸承組總剛度Kf＝580N/μm，后軸承剛度Kr＝220N/μm，跨距L＝380mm，主軸懸伸a＝120mm，前端載荷F＝2.8kN。求前端靜剛度K＝F/δ，并指出提高剛度的兩項(xiàng)結(jié)構(gòu)措施。答案：簡化為懸臂梁模型，前端撓度δ＝FL3/(3EI)+Fa2L/(3EI)+F/Kf+F/Kr因軸慣量I未知，采用疊加剛度法：1/K＝1/Kf+1/Kr+a2/(3EI)≈1/Kf+1/Kr（軸變形占比＜8%可略）得K≈1/(1/580+1/220)＝159N/μm措施：①前軸承組由DB改為DT并加預(yù)載至1500N；②后軸承改為雙列圓柱滾子并提高精度至P4級(jí)。23.（8分）某鋁合金薄壁件需采用攪拌摩擦焊（FSW）對(duì)接，板厚3mm，選用的錐形攪拌針長2.8mm，軸肩直徑12mm，焊接速度v＝400mm/min，轉(zhuǎn)速ω＝1200r/min。若材料流動(dòng)應(yīng)力k＝95MPa，估算軸向壓力Fz，并分析當(dāng)板厚增至5mm時(shí)Fz變化趨勢。答案：經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ虵z≈π(D2?d2)k/4+πd2k/4·(1+μcotθ)取軸肩D＝12mm，針根d＝4mm，錐角θ＝20°，μ＝0.4Fz≈π(122?42)×95/4+π×42×95/4×(1+0.4cot20°)＝10.1kN板厚增至5mm需針長4.8mm，d增至6mm，F(xiàn)z隨接觸面積線性增加，預(yù)計(jì)Fz≈16kN。24.（8分）某直線電機(jī)平臺(tái)采用光柵尺全閉環(huán)，分辨率為0.1μm，控制器采樣周期Ts＝0.2ms，速度環(huán)比例增益Kvp＝120(A·m?1·s)，電機(jī)推力常數(shù)Kt＝52N/A，移動(dòng)部件質(zhì)量m＝28kg。求速度環(huán)閉環(huán)帶寬fv，并判斷當(dāng)指令速度階躍為0.5m/s時(shí)，最大跟隨誤差emax是否滿足定位精度±1μm要求。答案：速度環(huán)開環(huán)增益Kv＝Kvp·Kt/m＝120×52/28＝222.9s?1閉環(huán)帶寬fv＝Kv/(2π)＝35.5Hz階躍響應(yīng)跟隨誤差emax≈v/Kv＝0.5/222.9＝2.24mm＞1μm，遠(yuǎn)不滿足；需將Kvp提高至≥500或加前饋。五、綜合設(shè)計(jì)（25分）25.某航天器太陽翼展開機(jī)構(gòu)需設(shè)計(jì)一超薄復(fù)合材料扭簧，要求：①展開角度180°，輸出扭矩在90°位置≥8N·m，180°位置≥5N·m；②扭簧外徑≤60mm，厚度≤1.2mm，層數(shù)≤8層；③在?120℃至+120℃循環(huán)1000次后扭矩衰減＜5%。已知碳纖維/環(huán)氧單向帶[0]?室溫剪切模量G??＝5.2GPa，許用剪應(yīng)力τ??＝180MPa，熱膨脹系數(shù)α?＝?0.1×10??K?1，α?＝28×10??K?1。（1）建立扭簧剛度與幾何參數(shù)關(guān)系式，并初算所需有效長度L；（10分）（2）校核最大剪應(yīng)力是否超限；（5分）（3）提出兩項(xiàng)抑制低溫脆斷的工藝措施；（5分）（4）給出扭矩衰減＜5%的可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)方案。（5分）答案：（1）薄壁管扭簧剛度k＝T/θ＝2πR3tG/L，其中R＝(60?1.2)/2＝29.4mm，t＝1.2mm，G＝5.2GPa90°時(shí)T≥8N·m，θ＝π/2，得k≥8/(π/2)＝5.09N·m/rad解得L≤2πR3tG/k＝2π(0.0294)3×0.0012×5.2×10?/5.09＝0.186m＝186mm取L＝180mm，則k＝5.27N·m/rad，180°時(shí)T＝5.27×π＝16.6N·m＞5N·m，滿足。（2）最大剪應(yīng)力τ＝T/(2πR2t)＝16.6/(2π×0.02942×0.0012)＝102MPa＜180MPa，安全。（3）措施：①采用低溫增韌環(huán)氧體系（T