2025年机械类考核试题及答案

2025年机械类考核试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.在闭式齿轮传动中，为提高齿面抗点蚀能力，下列措施中最有效的是（）。A.增大模数B.提高齿面硬度C.降低齿宽系数D.改用开式传动答案：B解析：齿面点蚀与接触疲劳强度直接相关，提高齿面硬度可显著提升接触疲劳极限。2.某45钢调质轴受对称循环弯矩，其疲劳强度校核时采用的综合影响系数Kσ应取（）。A.1.0B.1.5C.2.0D.2.3答案：D解析：45钢调质后表面存在加工刀痕，应力集中系数Kt≈1.8，尺寸系数εσ≈0.85，表面强化系数β≈0.9，Kσ=Kt/(εσ·β)≈2.3。3.在滚子链传动中，限制链轮最少齿数zmin的主要目的是（）。A.降低多边形效应B.避免链节胶合C.减小磨损不均匀性D.防止跳齿答案：A解析：齿数过少时链节进入啮合的转角大，多边形效应显著，速度波动加剧。4.某气缸盖螺栓连接采用M16×2细牙螺纹，预紧力F′=32kN，相对刚度系数k′/(k′+k″)=0.25，工作载荷F在0~20kN间脉动变化，则螺栓最大总拉力F0max为（）。A.37kNB.40kNC.42kND.45kN答案：C解析：F0max=F′+χ·Fmax=32+0.25×40=42kN。5.在V带传动中，若小带轮包角α1=150°，摩擦系数μ=0.35，则当量摩擦系数μ′为（）。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为带轮槽角34°。6.某深沟球轴承6310基本额定动载荷C=62kN，当量动载荷P=8kN，转速n=960r/min，则其寿命L10h约为（）。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.在普通圆柱蜗杆传动中，若蜗杆头数z1=2，蜗轮齿数z2=40，模数m=5mm，则蜗杆分度圆直径d1为（）。A.40mmB.50mmC.63mmD.80mm答案：B解析：d1=mq，取q=10，则d1=5×10=50mm。8.某液压系统采用限压式变量泵，当负载压力达到设定值后，泵的输出流量（）。A.保持不变B.线性减小C.急剧降为零D.呈双曲线下降答案：D解析：限压式变量泵在恒功率段流量与压力呈双曲线关系，p·q=const。9.在数控车床上加工M30×2外螺纹时，螺纹刀尖圆弧半径rε推荐取（）。A.0.1mmB.0.2mmC.0.4mmD.0.6mm答案：B解析：rε≈0.1P，P=2mm，故取0.2mm可保证牙型轮廓精度。10.某六自由度工业机器人腕部采用欧拉角ZYX顺序旋转，若β=90°，则此时出现（）。A.奇异位形，自由度退化B.自由度不变，逆解唯一C.腕部自锁D.基坐标系与工具坐标系重合答案：A解析：β=90°时万向节锁死，腕部绕Z与X轴旋转共线，丢失一个自由度。11.在激光选区熔化SLM工艺中，为提高AlSi10Mg成形致密度，下列策略最优的是（）。A.提高激光功率至500WB.降低扫描速度至200mm/sC.采用层厚30μm+重熔策略D.基板预热500℃答案：C解析：层厚减小+重熔可消除未熔粉末，预热200℃即可，过高预热导致晶粒粗大。12.某汽车主减速器采用格里森制弧齿锥齿轮，其齿面接触强度计算时，节点区系数ZH取（）。A.1.0B.1.76C.2.0D.2.5答案：B解析：格里森制弧齿锥齿轮ZH=1.76，已计入曲率与螺旋角影响。13.在机械系统故障诊断中，对滚动轴承外圈损伤最敏感的频谱特征是（）。A.轴转频frB.保持架频率fcC.外圈故障特征频率fBPFOD.内圈故障特征频率fBPFI答案：C解析：外圈损伤产生冲击频率fBPFO=0.5·n·(1d/D·cosα)·fr，与转频无关。14.某伺服电机经谐波减速器驱动关节，若波发生器固定，柔轮输出，刚轮固定，则传动比i为（）。A.zR/(zGzR)B.zG/(zGzR)C.zR/zGD.(zGzR)/zR答案：A解析：谐波减速器传动比i=柔轮齿数/(刚轮齿数柔轮齿数)，负号表示反向。15.在机械产品生命周期评价LCA中，对全球变暖潜能GWP贡献最大的阶段通常是（）。A.原材料获取B.制造加工C.运输D.使用运行答案：D解析：机电产品80%以上碳排放来自使用阶段能耗。二、填空题（每空2分，共20分）16.某合金钢试样在应力比R=0.1条件下进行疲劳试验，其疲劳极限σ1=480MPa，则其平均应力σm=________MPa，应力幅σa=________MPa。答案：216MPa；264MPa解析：σm=(σmax+σmin)/2=(533+53)/2=216；σa=(σmaxσmin)/2=264。17.在ANSYSWorkbench中进行模态分析时，若前六阶固有频率接近零，说明模型存在________自由度未约束。答案：刚体18.某滚子链08A188GB/T1243，其链节距p=________mm，排距pt=________mm。答案：12.7；14.3819.在数控铣削加工中心上采用G41刀具半径补偿时，刀具中心轨迹相对于工件轮廓向________侧偏移；若补偿值D01=5.2mm，实际使用刀具半径6mm，则加工后工件尺寸将________（增大/减小）________mm。答案：左；增大；0.8解析：补偿值小于实际半径，刀具远离轮廓，余量增大0.8mm。20.某液压缸差动连接时，活塞直径D=100mm，活塞杆直径d=70mm，输入流量q=40L/min，则活塞伸出速度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、计算题（共30分，写出主要步骤）21.（10分）如图，一对标准直齿圆柱齿轮传动，z1=20，z2=40，模数m=4mm，齿宽b=40mm，主动轮转速n1=1440r/min，传递功率P=15kW，载荷系数KA=1.25，齿面接触疲劳极限σHlim1=σHlim2=1200MPa，安全系数SH=1.2，弹性系数ZE=189.8√MPa，节点区域系数ZH=2.5，重合度系数Zε=0.9，试用接触强度公式校核该传动是否满足要求。解：1)计算扭矩T1=9550P/n1=9550×15/1440=99.5N·m2)分度圆直径d1=mz1=4×20=80mm3)齿面接触应力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)许用接触应力[σH]=σHlim/SH=1200/1.2=1000MPa435MPa<[σH]，故接触强度足够。22.（10分）某轴系采用一对角接触球轴承7210AC正装，轴承间距L=300mm，悬臂端径向力Fr=3kN，轴向力Fa=1.2kN，转速n=1500r/min，试计算两轴承寿命。已知：e=0.68，X=0.41，Y=0.87，C=55kN。解：1)计算径向反力Fr1=Fr·b/(a+b)=3×200/300=2kNFr2=1kN2)计算派生轴向力Fd1=eFr1=0.68×2=1.36kNFd2=0.68kN3)判断压紧端Fa+Fd2=1.2+0.68=1.88kN>Fd1，故轴承1被压紧Fa1=1.88kN，Fa2=0.68kN4)计算当量动载荷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)寿命L10h1=10^6/(60×1500)·(55/2.45)^3=11500hL10h2=10^6/(60×1500)·(55/1)^3=220000h寿命由轴承1决定，为11500h。23.（10分）某机械臂连杆采用矩形截面铝合金型材6061T6，截面尺寸h×b=60×30mm，杆长L=800mm，一端固定一端自由，承受轴向压力F=12kN，试校核其稳定性。已知：E=69GPa，σp=270MPa，稳定安全系数nst=4。解：1)最小惯性矩Imin=bh³/12=30×60³/12=5.4×10⁵mm⁴2)惯性半径imin=√(Imin/A)=√(5.4×10⁵/1800)=17.3mm3)柔度λ=μL/imin=2×800/17.3=92.54)铝合金λp=π√(E/σp)=π√(69×10³/270)=50.2，λ>λp，属大柔度杆5)欧拉临界力Fcr=π²EI/(μL)²=π²×69×10³×5.4×10⁵/(2×800)²=142kN6)稳定安全系数n=Fcr/F=142/12=11.8>nst=4，稳定性足够。四、综合分析题（20分）24.某企业拟将传统齿轮箱减速电机升级为永磁同步伺服直驱系统，原系统参数：电机功率7.5kW，4极，额定转速1450r/min，齿轮箱速比i=20，效率η=0.92，负载为恒转矩TL=600N·m。升级后取消齿轮箱，采用永磁同步电机直接驱动负载，电机额定转速75r/min，额定效率0.96。（1）计算原系统电机输出转矩及升级后电机额定转矩；（6分）（2）分析升级后系统节能率（仅考虑传动效率差异）；（4分）（3）从动态性能角度，说明直驱系统需重点解决的两个关键技术问题；（6分）（4）给出一种抑制直驱电机转矩脉动的控制策略并简述原理。（4分）答案：（1）原电机转矩T1=9550P/n=9550×7.5/1450=49.4N·m；负载侧转矩TL=600N·m；升级后电机额定转矩=TL=600N·m。（2）原系统总效率=0.96×0.92=0.883，升级后效率=0.96，节能率=(0.960.883)/0.883=8.7%。（3）①低速大转矩下电机极数多、电枢电感大，电流环带宽受限，需优化PWM调制与电流解耦；②负载惯量大，传统PI速度环响应慢，需采用扰动观测器或自抗扰控制提高抗扰性。（4）采用重复控制RC+PI双环结构，RC在内环对周期性转矩脉动进行高增益补偿，PI负责瞬态误差，可有效抑制齿槽与磁链谐波引起的脉动。五、设计题（20分）25.设计一款用于5kg轻载高速分拣的并联机器人（Delta机构），要求工作直径Φ800mm，重复定位精度±0.1mm，最大加速度5g，主动臂转角范围±30°。（1）确定主动臂与从动臂杆长L1、L2的初始比例，并给出静力学平衡条件；（6分）（2）选择驱动电机类型并计算最高转速；（6分）（3）给出一种绝对式角位移传感器安装方案，说明其抗干扰措施；（4分）（4）绘制主动臂与电机轴的胀套联接结构简图，标注关键尺寸与公差。（4分）答案：（1）取L1:L2=1:1.2，可减小主动臂惯性；静力学平衡条件：3个主动臂驱动力矩之和等于负载重力与惯性力对电机轴的合力矩，即Στi=mg·r+ma·r，其中r为等效半径。（2）选用低惯量