2025年机械基础创新试题及答案

2025年机械基础创新试题及答案一、单项选择（每题2分，共20分）1.某合金钢在室温下的屈服强度为σ₀.₂＝850MPa，若采用Vickers硬度试验测得HV＝285，则其经验换算关系σ≈3.3HV（MPa）计算得到的强度值与实测屈服强度误差最接近A.2.1%  B.4.7%  C.7.3%  D.9.5%答案：B2.在行星齿轮系中，太阳轮齿数z₁＝24，齿圈齿数z₃＝96，若行星架固定，太阳轮输入转速n₁＝1800r/min，则齿圈输出的转速大小与方向为A.450r/min同向  B.450r/min反向  C.600r/min同向  D.600r/min反向答案：B3.对于闭式硬齿面齿轮传动，设计准则首要防止的失效形式是A.齿面点蚀  B.齿面胶合  C.轮齿折断  D.齿面磨损答案：C4.某滚动轴承当量动载荷P＝12kN，基本额定动载荷C＝98kN，若要求寿命不低于8000h，则转速n不得超过A.960r/min  B.1200r/min  C.1450r/min  D.1800r/min答案：C5.在气动比例压力阀中，为提高低流量时的分辨率，常采用的双闭环结构内环反馈量是A.出口压力  B.阀芯位移  C.线圈电流  D.气源压力答案：B6.采用有限元法计算某焊接机架时，若焊缝处网格尺寸取板厚的0.8倍，则计算应力集中系数Kt与实测值相比将A.偏低5%～10%  B.偏高5%～10%  C.基本一致  D.偏高15%以上答案：A7.某伺服电机经谐波减速器驱动负载，若减速比i＝120，电机转子惯量Jm＝0.12kg·m²，负载惯量JL＝45kg·m²，则折算到电机轴的总惯量约为A.0.15kg·m²  B.0.23kg·m²  C.0.31kg·m²  D.0.42kg·m²答案：C8.在激光熔覆再制造过程中，若送粉速率恒定而扫描速度提高30%，则单道熔覆层厚度约A.增加15%  B.减少23%  C.减少30%  D.不变答案：B9.某机械系统采用PID控制器，当积分时间Ti由1s增至4s时，系统阶跃响应超调量将A.显著增大  B.显著减小  C.先增后减  D.基本不变答案：A10.在增材制造SLM工艺中，若层厚由30μm减至20μm而激光功率不变，则熔池深度与层厚比值A.增大  B.减小  C.不变  D.先增后减答案：A二、多项选择（每题3分，共15分；多选少选均不得分）11.下列措施中可有效抑制高速滚动轴承电蚀失效的有A.采用陶瓷球  B.轴电流旁路碳刷  C.内圈表面镀CrN  D.提高润滑油黏度  E.外圈绝缘涂层答案：ABE12.关于碳纤维增强环氧树脂（CFRP）与7075T6铝合金铆接接头，下列说法正确的有A.铆钉材料宜选Ti6Al4V  B.孔壁需增加金属衬套  C.预紧力越大越好  D.需控制铆接温度＜120℃  E.接头疲劳寿命受纤维取向影响显著答案：ABDE13.在采用模型预测控制（MPC）的机电伺服系统中，若采样周期缩短，则A.计算负担增加  B.相位裕度提高  C.高频噪声放大  D.稳态误差减小  E.控制律更易出现奇异答案：ACE14.以下属于非接触式密封且可用于高速轴的有A.迷宫密封  B.螺旋槽密封  C.磁流体密封  D.骨架油封  E.干气密封答案：ABCE15.关于激光干涉仪测量机床定位误差，下列操作会导致测量结果虚高的有A.环境湿度突变  B.材料温度膨胀系数输入错误  C.角隅棱镜未贴紧工作台面  D.激光束与导轨不平行  E.空气折射率补偿关闭答案：BCD三、判断改错（每题2分，共10分；先判断再改正）16.在闭式齿轮传动中，齿面接触疲劳强度安全系数SH一般取1.0即可满足工业齿轮箱20年寿命要求。答案：错。应改为：SH≥1.3。17.滚动轴承的额定静载荷C₀是指使滚动体与滚道产生0.0001倍滚子直径永久变形时所对应的载荷。答案：错。应改为：0.0001倍滚动体直径而非滚子直径。18.采用氮化钢38CrMoAl制造的蜗杆，经气体氮化后表面硬度可达1100HV，因此无需再进行磨齿。答案：错。应改为：仍需精磨以消除氮化变形并降低表面粗糙度。19.在数控系统中，当跟随误差为零时，伺服电机输出转矩一定为零。答案：错。应改为：当负载存在扰动或摩擦时，电机仍需输出转矩维持位置。20.对于细长轴的车削，采用跟刀架后，其临界切削深度可提高约50%。答案：对。四、简答与计算（共30分）21.（6分）某风电齿轮箱二级行星系，太阳轮输入扭矩T₁＝820kN·m，太阳轮分度圆直径d₁＝380mm，行星轮轴承为满装圆柱滚子，额定动载荷C＝1650kN，若要求轴承寿命L₁₀≥13×10⁷r，求单颗行星轮轴承最大径向载荷Frmax，并校核是否满足寿命要求。答案：行星轮数np＝3，扭矩平衡得行星轮切向力Ft＝2T₁/(np·d₁)＝2×820×10³/(3×0.38)＝1.439×10⁶N单轴承径向载荷Frmax≈Ft/2＝0.7195×10⁶N＝719.5kN寿命公式L₁₀＝(C/Fr)^10/3，代入得L₁₀＝(1650/719.5)^3.33＝15.2×10⁷r＞13×10⁷r，满足。22.（8分）图1为某高速电主轴轴承组配，前轴承为两联角接触球轴承背靠背（DB），后轴承为单列圆柱滚子轴承。已知前轴承组总刚度Kf＝580N/μm，后轴承刚度Kr＝220N/μm，跨距L＝380mm，主轴悬伸a＝120mm，前端载荷F＝2.8kN。求前端静刚度K＝F/δ，并指出提高刚度的两项结构措施。答案：简化为悬臂梁模型，前端挠度δ＝FL³/(3EI)+Fa²L/(3EI)+F/Kf+F/Kr因轴惯量I未知，采用叠加刚度法：1/K＝1/Kf+1/Kr+a²/(3EI)≈1/Kf+1/Kr（轴变形占比＜8%可略）得K≈1/(1/580+1/220)＝159N/μm措施：①前轴承组由DB改为DT并加预载至1500N；②后轴承改为双列圆柱滚子并提高精度至P4级。23.（8分）某铝合金薄壁件需采用搅拌摩擦焊（FSW）对接，板厚3mm，选用的锥形搅拌针长2.8mm，轴肩直径12mm，焊接速度v＝400mm/min，转速ω＝1200r/min。若材料流动应力k＝95MPa，估算轴向压力Fz，并分析当板厚增至5mm时Fz变化趋势。答案：经验模型Fz≈π(D²−d²)k/4+πd²k/4·(1+μcotθ)取轴肩D＝12mm，针根d＝4mm，锥角θ＝20°，μ＝0.4Fz≈π(12²−4²)×95/4+π×4²×95/4×(1+0.4cot20°)＝10.1kN板厚增至5mm需针长4.8mm，d增至6mm，Fz随接触面积线性增加，预计Fz≈16kN。24.（8分）某直线电机平台采用光栅尺全闭环，分辨率为0.1μm，控制器采样周期Ts＝0.2ms，速度环比例增益Kvp＝120(A·m⁻¹·s)，电机推力常数Kt＝52N/A，移动部件质量m＝28kg。求速度环闭环带宽fv，并判断当指令速度阶跃为0.5m/s时，最大跟随误差emax是否满足定位精度±1μm要求。答案：速度环开环增益Kv＝Kvp·Kt/m＝120×52/28＝222.9s⁻¹闭环带宽fv＝Kv/(2π)＝35.5Hz阶跃响应跟随误差emax≈v/Kv＝0.5/222.9＝2.24mm＞1μm，远不满足；需将Kvp提高至≥500或加前馈。五、综合设计（25分）25.某航天器太阳翼展开机构需设计一超薄复合材料扭簧，要求：①展开角度180°，输出扭矩在90°位置≥8N·m，180°位置≥5N·m；②扭簧外径≤60mm，厚度≤1.2mm，层数≤8层；③在−120℃至+120℃循环1000次后扭矩衰减＜5%。已知碳纤维/环氧单向带[0]₈室温剪切模量G₁₂＝5.2GPa，许用剪应力τ₁₂＝180MPa，热膨胀系数α₁＝−0.1×10⁻⁶K⁻¹，α₂＝28×10⁻⁶K⁻¹。（1）建立扭簧刚度与几何参数关系式，并初算所需有效长度L；（10分）（2）校核最大剪应力是否超限；（5分）（3）提出两项抑制低温脆断的工艺措施；（5分）（4）给出扭矩衰减＜5%的可靠性验证试验方案。（5分）答案：（1）薄壁管扭簧刚度k＝T/θ＝2πR³tG/L，其中R＝(60−1.2)/2＝29.4mm，t＝1.2mm，G＝5.2GPa90°时T≥8N·m，θ＝π/2，得k≥8/(π/2)＝5.09N·m/rad解得L≤2πR³tG/k＝2π(0.0294)³×0.0012×5.2×10⁹/5.09＝0.186m＝186mm取L＝180mm，则k＝5.27N·m/rad，180°时T＝5.27×π＝16.6N·m＞5N·m，满足。（2）最大剪应力τ＝T/(2πR²t)＝16.6/(2π×0.0294²×0.0012)＝102MPa＜180MPa，安全。（3）措施：①采用低温增韧环氧体系（T