2025年机械大类考试试题及答案

2025年机械大类考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项的字母填在括号内）1.在闭式齿轮传动中，为提高齿面接触疲劳强度，最直接有效的设计措施是（）。A.增大模数B.提高齿面硬度C.增加齿宽D.减小压力角答案：B2.某45钢调质轴受对称循环弯矩作用，其疲劳极限σ₋₁=260MPa。若表面精车（表面系数β=0.92）、尺寸系数ε=0.85、可靠度系数K_R=1.0，则该轴的综合影响系数K_σD为（）。A.0.78B.0.82C.0.88D.0.92答案：A解析：K_σD=1/(β·ε)=1/(0.92×0.85)=1.28，取倒数得0.78。3.在数控车床上车削梯形螺纹时，为防止“扎刀”现象，最宜采用的刀尖进给方式是（）。A.径向直进B.斜向进给C.左右交替切削D.轴向分层答案：C4.某滚动轴承当量动载荷P=4kN，基本额定动载荷C=32kN，转速n=1500r/min，则其额定寿命L₁₀h约为（）。A.5000hB.8000hC.12000hD.16000h答案：B解析：L₁₀=(C/P)^3=(32/4)^3=512×10⁶转，L₁₀h=10⁶/(60n)·L₁₀=10⁶/(60×1500)×512≈8533h。5.对于闭式软齿面齿轮，齿数z₁的选择原则为（）。A.尽可能少以保证弯曲强度B.尽可能多以提高平稳性C.与模数无关D.按中心距反推即可答案：B6.在ANSYSWorkbench中进行模态分析时，若提取前6阶固有频率，则采用的求解器类型为（）。A.静态结构B.模态C.谐响应D.瞬态答案：B7.某液压系统使用32抗磨液压油，其40℃运动黏度为32cSt，若温度升高至60℃，则黏度变化趋势为（）。A.显著升高B.基本不变C.显著降低D.先升后降答案：C8.在激光切割低碳钢板时，辅助气体选用O₂与N₂对切缝质量的影响差异主要体现在（）。A.切缝宽度B.热影响区氧化C.挂渣量D.激光功率密度答案：B9.某步进电机步距角1.8°，驱动器细分数设为16，则电机每转脉冲数为（）。A.1600B.2000C.3200D.4000答案：C解析：360°/(1.8°/16)=3200。10.在机械系统可靠性设计中，若采用“3σ”原则，则对应可靠度约为（）。A.68.27%B.95.45%C.99.73%D.99.99%答案：C二、多项选择题（每题3分，共15分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）11.下列因素中，会显著降低滚动轴承额定寿命的有（）。A.轴向载荷增大B.润滑不良C.工作温度升高D.轴承游隙减小答案：A、B、C12.关于增材制造（SLM）不锈钢316L的性能特点，下列描述正确的有（）。A.致密度可达99%以上B.屈服强度高于同成分铸件C.延伸率低于传统轧制件D.各向异性明显答案：A、B、D13.在数控加工中心进行刀具长度补偿时，下列做法正确的有（）。A.机内对刀仪测得值直接输入对应刀补号B.加工前必须取消旧刀补C.刀补值可为负D.刀补号与刀具号必须相同答案：A、B、C14.下列属于机械系统“三化”设计内容的有（）。A.标准化B.模块化C.系列化D.通用化答案：A、B、C15.关于齿轮修形技术，下列说法正确的有（）。A.齿顶修缘可降低啮入冲击B.齿向修形可改善载荷分布C.鼓形修形对轴向误差敏感D.修形量越大越好答案：A、B、C三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）16.在V带传动中，增加中心距会减小带的疲劳寿命。（×）17.对于普通碳素结构钢Q235，其屈服强度数值235单位为MPa。（√）18.在SolidWorks中，使用“扫描”特征时必须建立两条独立草图。（×）19.采用氮化工艺可显著提高零件表面硬度且变形小。（√）20.在液压系统中，节流阀与调速阀功能完全相同，可互换使用。（×）21.滚动轴承的基本额定静载荷C₀是指产生永久变形量0.0001倍滚动体直径时的载荷。（√）22.激光熔覆属于减材制造技术。（×）23.在机械振动测试中，加速度传感器的安装谐振频率应远高于被测频率。（√）24.对于闭式硬齿面齿轮，设计准则为“先弯曲后接触”。（×）25.在数控铣削内轮廓时，刀具半径补偿方向与轮廓走向无关。（×）四、填空题（每空2分，共20分）26.某轴受扭矩T=1.2kN·m，抗扭截面模量W_t=2.0×10⁻⁵m³，则最大剪应力τ_max=________MPa。答案：6027.在磨削加工中，为避免工件表面烧伤，常采用________磨削液，并提高________速度。答案：乳化；工件28.某气缸内径D=100mm，工作压力p=0.6MPa，则活塞杆理论推力F=________kN。答案：4.7129.在ANSYS中，若需查看第三强度理论等效应力，应选择________应力。答案：VonMises30.某减速器输入转速n₁=1440r/min，输出转速n₂=36r/min，则其总传动比i=________。答案：4031.在机械系统故障诊断中，常用的时域指标有________、________和峭度。答案：均方根；峰值32.对于普通螺纹M16×2，其螺纹升角ψ=arctan________（用螺距P、中径d₂表示）。答案：P/(πd₂)33.在数控车床上进行恒线速切削时，随着工件直径减小，主轴转速将________。答案：升高34.某滚动轴承代号为6212，其内径为________mm。答案：6035.在激光焊接中，深熔焊与小孔效应的关键参数是________密度。答案：功率五、简答题（每题8分，共24分）36.简述闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式及相应设计准则。答案：主要失效形式为齿面点蚀与齿根弯曲疲劳。设计准则：先按齿面接触疲劳强度设计几何尺寸，再校核齿根弯曲疲劳强度；若弯曲不足，则增大模数或齿宽，或选用高强度材料。37.说明数控加工中心“机内对刀”与“机外对刀”各自的优缺点。答案：机内对刀：利用接触式或激光对刀仪在主轴不停车条件下自动测量，精度高（±0.002mm），可补偿热伸长，但占用机时，对刀仪成本高。机外对刀：在预调仪上完成，不占用机床，效率最高，适合批量生产，但需二次装夹，引入基准误差（±0.01mm），且无法补偿加工过程热变形。38.列举提高轴系临界转速的三种工程措施，并给出理论依据。答案：1.减小跨距——依据Euler梁理论，临界转速与跨距平方成反比；2.增加轴径——依据公式n_cr∝√(EI/mL³)，I与d⁴成正比；3.采用中间支撑或外伸端支撑——改变边界条件，提高刚度，使固有频率升高。六、计算题（共31分）39.（10分）某二级展开式圆柱齿轮减速器，高速级z₁=20，z₂=80，低速级z₃=25，z₄=125，输入功率P₁=10kW，n₁=1440r/min，电机与高速轴用弹性联轴器连接，效率η₁=0.98，每级齿轮啮合效率η₂=0.97，滚动轴承每对效率η₃=0.99。求：（1）总传动比i；（2）低速轴输出转速n₄；（3）低速轴输出功率P₄。答案：（1）i=(z₂/z₁)·(z₄/z₃)=(80/20)·(125/25)=4×5=20（2）n₄=n₁/i=1440/20=72r/min（3）P₄=P₁·η₁·η₂²·η₃³=10×0.98×0.97²×0.99³≈8.76kW40.（10分）如图（文字描述）：一悬臂梁长L=500mm，端部受集中力F=2kN，梁截面为矩形b×h=20mm×40mm，材料弹性模量E=210GPa。求：（1）最大弯曲应力σ_max；（2）端部挠度w_max。答案：（1）M_max=F·L=2000×0.5=1000N·mI=bh³/12=20×40³/12=1.067×10⁻⁷m⁴σ_max=M·y_max/I=1000×0.02/1.067×10⁻⁷=187.5MPa（2）w_max=FL³/(3EI)=2000×0.5³/(3×210×10⁹×1.067×10⁻⁷)=3.72mm41.（11分）某V带传动传递功率P=15kW，主动轮转速n₁=1450r/min，基准直径d₁=200mm，从动轮d₂=400mm，中心距a=800mm，包角α₁=165°，摩擦系数f=0.5，带的单位长度质量q=0.18kg/m。求：（1）有效拉力F_e；（2）紧边拉力F₁；（3）截面所需初拉力F₀。答案：（1）v=πd₁n₁/60=π×0.2×1450/60=15.2m/sF_e=P/v=15000/15.2=987N（2）α₁=165°=2.88rad，e^(fα)=e^(0.5×2.88)=4.25F₁=F_e·e^(fα)/(e^(fα)−1)=987×4.25/3.25=1290N（3）F₀=(F₁+F₂)/2，F₂=F₁−F_e=1290−987=303NF₀=(1290+303)/2=796N七、综合设计题（共30分）42.某输送装置需设计一闭式单级斜齿圆柱齿轮减速器，输入功率P=22kW，输入转速n₁=1470r/min，传动比i=4.5，每日工作16h，使用寿命10年，载荷平稳，电机驱动，要求结构紧凑、噪声低。已知：齿轮材料20CrMnTi，渗碳淬火HRC5862，芯部硬度HRC35；精度等级7级；润滑油N220；环境最高温度40℃。任务：（1）确定主要参数（z₁、z₂、m_n、β、齿宽b、中心距a）并给出强度校核过程；（2）选择轴承型号并计算寿命；（3）设计轴系结构（绘出文字描述示意图，标明定位、固定、密封、调整方式）；（4）列出关键零件热处理工艺路线；（5）给出装配与润滑维护技术要点。答案：（1）取z₁=29，则z₂=i·z₁=4.5×29=130.5→圆整130，实际i=130/29=4.48，误差−0.44%<±2%，合格。选m_n=3mm，螺旋角β=arccos[(z₁+z₂)m_n/(2a)]，初取a=250mm，则β=13.74°，符合8°<β<20°。端面模数m_t=m_n/cosβ=3.09mm，齿宽b=φ_d·d₁，取φ_d=1.0，d₁=z₁m_t=89.6mm，b=90mm，取b=95mm。接触强度校核：σ_H=Z_E·Z_H·Z_ε·√(2KT₁(u+1)/(bd₁²u))Z_E=189.8√MPa，Z_H=2.45，Z_ε=0.88，K=1.6（含动载、齿向载荷分布），T₁=9550P/n₁=143N·m，u=4.48σ_H=189.8×2.45×0.88×√(2×1.6×143×10³×5.48/(95×89.6²×4.48))=1120MPa许用σ_HP=σ_Hlim·Z_N/S_H，20CrMnTi渗碳淬火σ_Hlim=1500MPa，Z_N=1.0（L10>5×10⁷），S_H=1.2σ_HP=1250MPa>1120MPa，安全。弯曲强度：σ_F=2KT₁Y_FaY_SaY_ε/(bm_nd₁)Y_Fa1=2.55，Y_Sa1=1.63，Y_ε=0.7σ_F1=2×1.6×143×2.55×1.63×0.7/(95×3×89.6)=165MPaσ_FP=500MPa/1.4=357MPa>165MPa，安全。（2）轴承载荷：齿轮径向力F_r=2T₁/d₁·tanα_t/cosβ=2×143/0.0896×0.364/0.973=1.18kN，轴向力F_a=F_t·tanβ=3.2kN×0.244=0.78kN。选角接触球轴承7210C，C=42.5kN，C₀=32kN。当量动载荷P=XFr+YFa=0.44×1.18+1.0×0.78=1.30kNL₁₀h=(10⁶/(60×n))·(C/P)³=(10⁶/(60×1470))×(42.5/1.3)³≈52000h，满足10年（≈58000h）略低，改7210AC，C=48kN，重新计算得L₁₀h≈68000h，合格。（3）轴系结构：输入轴：齿轮与轴一体（齿轮轴），两端各一对7210AC，左端固定，右端游动；轴承内圈轴肩定位，外圈轴承盖调整垫片预紧；透盖加骨架油封，闷盖加O形圈；轴承室加波纹弹簧消隙。输出轴：齿轮热装，轴肩+圆螺母定位；两端7210AC，左端固定，右端游动；油润滑，飞溅+导油沟；密封同输入端。（