2021年吉林大学机械复试题目及答案

2021年吉林大学机械复试题目及答案

一、单项选择题（总共10题，每题2分）1.计算平面机构自由度时，若存在虚约束，应（）。A.增加约束数B.减少约束数C.忽略D.视情况而定2.渐开线齿轮传动的瞬时传动比（）。A.随载荷变化B.恒定C.随齿数变化D.随模数变化3.滚动轴承的基本额定寿命是指（）。A.10%轴承发生点蚀的寿命B.50%轴承失效的寿命C.90%轴承未失效的寿命D.100%轴承正常工作的寿命4.控制系统的开环传递函数为G(s)=K/(s(s+1))，其根轨迹的起点是（）。A.0和-1B.0和1C.-1和∞D.0和∞5.材料力学中，圆轴扭转时的剪应力分布规律是（）。A.线性分布，轴心最大B.线性分布，边缘最大C.抛物线分布D.均匀分布6.工程热力学中，热力学第一定律的表达式对于闭口系统是（）。A.Q=ΔU+WB.Q=ΔH+WC.Q=ΔU-WD.Q=ΔH-W7.机械设计中，带传动的主要失效形式是（）。A.带的断裂和打滑B.带的磨损和点蚀C.带轮的磨损D.带的松弛8.凸轮机构中，从动件的运动规律为等速运动时，会产生（）。A.柔性冲击B.刚性冲击C.无冲击D.不确定9.控制工程中，系统的稳定性取决于（）。A.闭环极点的位置B.开环极点的位置C.闭环零点的位置D.开环零点的位置10.材料力学中，梁的弯曲正应力最大值出现在（）。A.中性轴B.截面边缘C.任意位置D.截面形心二、填空题（总共10题，每题2分）1.平面机构自由度的计算公式是______，其中F表示自由度，n表示活动构件数，PL表示低副数，PH表示高副数。2.齿轮的模数m是______与π的比值，其单位是mm。3.滑动轴承的润滑状态主要有干摩擦、边界摩擦、______和流体动压润滑。4.控制系统的性能指标通常包括稳定性、______和准确性。5.材料力学中，拉压杆的强度条件是σmax≤______。6.工程热力学中，熵增原理指出，孤立系统的熵______。7.机械设计中，螺纹连接的防松方法主要有摩擦防松、______和破坏螺纹副防松。8.凸轮机构中，从动件的推程运动角是指凸轮转过的______对应的角度。9.控制工程中，PID控制器的三个环节分别是比例、______和微分。10.材料力学中，梁的挠曲线微分方程是______，其中EI是抗弯刚度。三、判断题（总共10题，每题2分）1.平面机构中，虚约束的存在会增加机构的自由度。（）2.渐开线齿轮的齿廓形状仅取决于基圆半径。（）3.滚动轴承的转速越高，其基本额定寿命越长。（）4.控制系统的开环增益越大，系统的稳定性越好。（）5.材料力学中，圆轴扭转时的最大剪应力发生在轴的边缘。（）6.工程热力学中，热量可以自发地从低温物体传递到高温物体。（）7.机械设计中，键连接的主要作用是传递扭矩。（）8.凸轮机构中，从动件的回程运动角一定小于推程运动角。（）9.控制工程中，积分环节可以消除系统的静态误差。（）10.材料力学中，梁的弯曲正应力分布是线性的，中性轴处应力最大。（）四、简答题（总共4题，每题5分）1.简述平面机构自由度计算时需要注意的特殊情况。2.简述齿轮传动的主要失效形式及相应的预防措施。3.简述PID控制器中比例、积分、微分环节的作用。4.简述材料力学中梁的弯曲正应力分布规律及强度条件。五、讨论题（总共4题，每题5分）1.结合机械设计实例，讨论如何提高机械系统的可靠性。2.针对新能源汽车（如电动汽车）的特点，讨论其传动系统的设计要求及选择。3.讨论有限元分析（FEA）在机械设计中的应用优势及局限性。4.结合工程热力学原理，讨论如何提高内燃机的能量转换效率。答案一、单项选择题答案1.C2.B3.C4.A5.B6.A7.A8.B9.A10.B二、填空题答案1.F=3n-2PL-PH2.分度圆直径3.混合摩擦4.快速性5.许用应力（或[σ]）6.永不减少（或ΔSiso≥0）7.机械防松8.从动件由最低位置到最高位置9.积分10.d²y/dx²=M(x)/(EI)三、判断题答案1.×2.√3.×4.×5.√6.×7.√8.×9.√10.×四、简答题答案1.平面机构自由度计算需注意：（1）虚约束：不计入约束数，如重复约束（两构件间多个平行移动副）、对称结构的约束；（2）局部自由度：将产生局部运动的构件（如滚子从动件的滚子）与其他构件固连，消除局部自由度；（3）复合铰链：k个构件同轴线铰接，视为k-1个转动副；（4）高副计数：高副提供1个约束，需准确统计。2.齿轮传动主要失效形式及预防：（1）轮齿折断：采用调质/淬火提高齿芯韧性，增大齿根圆角半径降低应力集中；（2）齿面点蚀：渗碳淬火提高齿面硬度，选合适润滑油黏度限制接触应力；（3）齿面磨损：采用闭式传动，保持油清洁，提高齿面硬度；（4）齿面胶合：用抗胶合润滑油，降低齿面粗糙度，限制滑动速度；（5）塑性变形：提高齿面硬度，用高黏度油，限制过载。3.PID控制器各环节作用：（1）比例（P）：放大偏差快速响应，增大P可提高响应速度，但过大易振荡；（2）积分（I）：累积偏差消除静态误差，I过小无法消静差，过大易超调；（3）微分（D）：反应偏差变化率，提前调节减小超调，提高稳定性，但对噪声敏感。4.梁弯曲正应力分布：横截面上正应力沿高度线性分布，中性轴处为0，上下边缘（离中性轴最远）应力最大；公式σ=My/Iz（y为点到中性轴距离，Iz为截面对中性轴惯性矩）。强度条件：σmax=Mmax/Wz≤[σ]，Wz=Iz/ymax为抗弯截面系数，[σ]为材料许用应力。五、讨论题答案1.提高机械系统可靠性的方法：（1）冗余设计：关键部件并联（如飞机双发动机），故障时备用投入；（2）降额设计：让零件工作在低于额定载荷下（如电子元件降额）；（3）简化设计：减少零件数量（如一体化零件），降低故障点；（4）稳健设计：使性能对参数变化不敏感（如公差优化）；（5）可靠性试验：通过寿命、环境试验（高低温、振动）暴露缺陷；（6）FMEA分析：识别潜在故障，优先改进高风险部件（如汽车刹车系统）。2.新能源汽车传动系统设计要求及选择：要求：高传动效率（减少能量损失）、宽速比范围（适应电机低速高扭矩）、低噪声（电动车主噪源）、轻量化（提续航）。选择：多采用单级减速器（电机转速宽，0-10000rpm）替代多挡变速箱，降低复杂度；高性能车采用两挡变速箱（如保时捷Taycan）优化高速效率；用斜齿轮/行星齿轮机构提效率和静音性；弹性联轴器适应电机扭矩波动。3.有限元分析（FEA）优势：（1）模拟复杂结构（如发动机缸体）；（2）预测性能（如齿轮齿根应力），减少物理试验成本；（3）优化设计（如梁轻量化）；（4）多物理场耦合（热-结构、流-固耦合）。局限性：（1）依赖模型准确性：网格划分（粗网格误差大）、材料参数（非线性本构）、边界条件（约束模拟不准）；（2）计算成本：复杂模型需大量资源（如整车碰撞）；（3）无法完全替代试验：极端工况（疲劳寿命）需试验验证，模型假设（线性弹性）可能不符实际。4.提高内燃机效率的方法：（1）提高压缩比：增循环热效率（如汽油机增压直喷，压缩比从10提至12），防爆震；（2）优化燃烧：缸内直喷（GDI）、分层燃烧，提高燃油雾化质量，缩