2025年機電工程學(xué)生自測題與試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.某平面機構(gòu)中，活動構(gòu)件數(shù)為5，低副數(shù)為7，高副數(shù)為2，其自由度為（）。A.1B.2C.3D.42.材料在交變應(yīng)力作用下發(fā)生破壞的主要特征是（）。A.塑性變形顯著B.斷裂前無明顯塑性變形C.斷裂面呈纖維狀D.強度極限顯著降低3.在RLC串聯(lián)電路中，當(dāng)電源頻率等于電路的固有頻率時，電路呈現(xiàn)（）。A.感性B.容性C.純電阻性D.無法確定4.三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速由（）決定。A.電源頻率和磁極對數(shù)B.電源電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩C.轉(zhuǎn)子電流和定子電流D.繞組匝數(shù)和導(dǎo)體長度5.下列傳感器中，屬于非接觸式測量的是（）。A.電阻應(yīng)變片B.電感式位移傳感器C.光電編碼器D.熱電偶6.PLC中，輸入繼電器（X）的線圈（）。A.由外部信號驅(qū)動B.由程序內(nèi)部指令驅(qū)動C.可由外部或內(nèi)部信號驅(qū)動D.不可被驅(qū)動，僅反映輸入狀態(tài)7.齒輪傳動中，為避免根切，標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的最小齒數(shù)通常?。ǎ?。A.14B.17C.20D.238.液壓系統(tǒng)中，溢流閥的主要作用是（）。A.調(diào)節(jié)流量B.穩(wěn)定系統(tǒng)壓力C.改變液流方向D.過濾油液雜質(zhì)9.在自動控制系統(tǒng)中，若系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=K/(s(s+1))，則該系統(tǒng)為（）型系統(tǒng)。A.0B.ⅠC.ⅡD.Ⅲ10.機械加工中，表面粗糙度的主要影響因素是（）。A.切削速度B.進給量C.切削深度D.刀具材料二、填空題（每空1分，共20分）1.機械設(shè)計中，軸按承載性質(zhì)可分為心軸、轉(zhuǎn)軸和______。2.三相交流電源的相序有正序、負(fù)序和______三種。3.直流電動機的調(diào)速方法包括改變電樞電壓、改變勵磁電流和______。4.滾動軸承的基本額定壽命是指一批同型號軸承中______%的軸承不發(fā)生點蝕破壞的壽命。5.電路中，基爾霍夫電流定律（KCL）的本質(zhì)是______守恒。6.帶傳動的主要失效形式是打滑和______。7.可編程邏輯控制器（PLC）的工作方式是______。8.傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)包括靈敏度、線性度、遲滯和______。9.機械振動按激勵類型可分為自由振動、受迫振動和______。10.異步電動機的轉(zhuǎn)差率s=（n?n）/n?，其中n?為______轉(zhuǎn)速。11.液壓系統(tǒng)的壓力取決于______。12.齒輪模數(shù)m的定義是______與齒數(shù)的比值。13.熱繼電器的主要作用是對電動機進行______保護。14.控制系統(tǒng)的時域性能指標(biāo)中，調(diào)節(jié)時間反映系統(tǒng)的______特性。15.機械制造中，定位基準(zhǔn)分為粗基準(zhǔn)和______基準(zhǔn)。16.交流伺服電動機的控制方式包括幅值控制、相位控制和______控制。17.普通平鍵連接的主要失效形式是鍵、軸或輪轂的______破壞。18.變壓器的基本工作原理是______。19.工業(yè)機器人的自由度通常指其______的運動能力。20.機電一體化系統(tǒng)的五大組成要素是機械本體、動力與驅(qū)動、傳感檢測、控制與信息處理和______。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述帶傳動中彈性滑動與打滑的區(qū)別及各自的影響。2.三相異步電動機啟動時，為什么啟動電流大而啟動轉(zhuǎn)矩不一定大？3.簡述PID控制器中比例（P）、積分（I）、微分（D）環(huán)節(jié)的作用。4.液壓系統(tǒng)中為什么需要設(shè)置背壓閥？常見的背壓閥有哪些類型？5.機電系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟包括哪些？四、計算題（每題10分，共30分）1.某轉(zhuǎn)軸承受的彎矩M=1500N·m，扭矩T=1000N·m，材料的許用應(yīng)力[σ]=60MPa，試按第四強度理論計算轉(zhuǎn)軸的最小直徑d（第四強度理論公式：σ_eq=√(σ2+3τ2)≤[σ]，其中σ=32M/(πd3)，τ=16T/(πd3)）。2.如圖所示電路中，已知R1=2Ω，R2=3Ω，R3=6Ω，Us=12V，Is=2A，試用戴維南定理求R3支路的電流I3。（要求畫出戴維南等效電路，并計算等效電壓Uoc和等效電阻Req）3.一臺三相四極異步電動機，額定頻率f=50Hz，額定轉(zhuǎn)速nN=1440r/min，額定功率PN=11kW，額定效率ηN=88%，額定功率因數(shù)cosφN=0.85，求：（1）額定轉(zhuǎn)差率sN；（2）額定電流IN（線電流）。五、綜合分析題（20分）某數(shù)控機床進給系統(tǒng)采用滾珠絲杠伺服電機直聯(lián)驅(qū)動方式，運行中出現(xiàn)定位精度超差現(xiàn)象，且電機溫升異常。試分析可能的故障原因，并提出排查步驟及解決措施。答案一、單項選擇題1.A（自由度計算公式：F=3n2PLPH=3×52×72=1）2.B（交變應(yīng)力破壞為疲勞破壞，斷裂前無明顯塑性變形）3.C（諧振時阻抗最小，呈純阻性）4.A（旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n?=60f/p）5.C（光電編碼器通過光信號非接觸測量）6.D（輸入繼電器僅反映外部輸入狀態(tài)，線圈不可由程序驅(qū)動）7.B（標(biāo)準(zhǔn)直齒輪最小齒數(shù)為17）8.B（溢流閥主要用于穩(wěn)壓或限壓）9.B（開環(huán)傳遞函數(shù)含1個積分環(huán)節(jié)，為Ⅰ型系統(tǒng)）10.B（進給量對表面粗糙度影響最顯著）二、填空題1.傳動軸2.零序3.改變電樞回路電阻4.905.電荷6.帶的疲勞破壞7.循環(huán)掃描8.重復(fù)性9.自激振動10.同步11.負(fù)載12.分度圓直徑13.過載14.快速性15.精16.幅值相位17.擠壓18.電磁感應(yīng)19.關(guān)節(jié)20.執(zhí)行機構(gòu)三、簡答題1.區(qū)別：彈性滑動是由于帶的彈性變形和拉力差引起的局部滑動（不可避免），打滑是因過載導(dǎo)致的全面滑動（可避免）。影響：彈性滑動導(dǎo)致帶速低于主動輪速，傳動比不準(zhǔn)確；打滑導(dǎo)致傳動失效，加劇帶的磨損。2.啟動時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=0，轉(zhuǎn)差率s=1，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢大、電流大，定子電流隨之增大（約為額定電流的57倍）；但啟動時轉(zhuǎn)子功率因數(shù)低（cosφ2小），且轉(zhuǎn)子電流的有功分量不大，故啟動轉(zhuǎn)矩Tst=KΦI2cosφ2不一定大。3.P環(huán)節(jié)：按偏差比例調(diào)節(jié)，減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高響應(yīng)速度；I環(huán)節(jié)：消除穩(wěn)態(tài)誤差（積分作用），但可能導(dǎo)致超調(diào)增大；D環(huán)節(jié)：預(yù)測偏差變化趨勢（微分作用），抑制超調(diào)，改善動態(tài)性能。4.背壓閥用于建立回油壓力，提高執(zhí)行元件運動平穩(wěn)性（如防止液壓缸爬行），避免吸空現(xiàn)象。常見類型：溢流閥（作背壓閥時調(diào)定壓力較低）、順序閥、單向閥（反向時作背壓）。5.步驟：需求分析→總體方案設(shè)計（確定技術(shù)參數(shù)、功能模塊）→各子系統(tǒng)設(shè)計（機械、驅(qū)動、控制等）→仿真與優(yōu)化→樣機制造→測試與調(diào)試→改進定型。四、計算題1.由第四強度理論：σ_eq=√[(32M/(πd3))2+3×(16T/(πd3))2]≤[σ]代入數(shù)據(jù)：√[(32×1500/(πd3))2+3×(16×1000/(πd3))2]≤60×10?化簡得：√[(48000/(πd3))2+3×(16000/(πd3))2]=√[(480002+3×160002)]/(πd3)=√[(2.304×10?)+(7.68×10?)]/(πd3)=√3.072×10?/(πd3)=55425/(πd3)≤60×10?解得d3≥55425/(60×10?×π)≈2.94×10??m3→d≥0.0665m=66.5mm，取d=67mm。2.戴維南等效電路：開路電壓Uoc為R3斷開時a、b間電壓。斷開R3后，電路為R1與R2并聯(lián)，接Us和Is：R1與R2并聯(lián)電阻Rp=R1∥R2=2×3/(2+3)=1.2Ω總電流由Us和Is共同作用：Us支路電流I1=Us/Rp=12/1.2=10A（方向從a到b），Is支路電流I2=Is=2A（方向從b到a）故Uoc=I1×RpIs×Rp=(102)×1.2=9.6V（或直接用節(jié)點電壓法：Uoc=(Us/R1+Is)/(1/R1+1/R2)=(12/2+2)/(1/2+1/3)=(6+2)/(5/6)=8×6/5=9.6V）等效電阻Req=R1∥R2=1.2Ω則I3=Uoc/(Req+R3)=9.6/(1.2+6)=9.6/7.2≈1.33A。3.（1）四極電機p=2，同步轉(zhuǎn)速n?=60f/p=60×50/2=1500r/min轉(zhuǎn)差率sN=(n?nN)/n?=(15001440)/1500=0.04（2）額定輸入功率P1=PN/ηN=11/0.88=12.5kW線電流IN=P1/(√3×UN×cosφN)（假設(shè)UN=380V）IN=12500/(√3×380×0.85)≈12500/(559.17)≈22.36A五、綜合分析題可能故障原因：（1）機械部分：滾珠絲杠螺母副磨損（間隙增大）、絲杠軸向竄動（軸承松動）、導(dǎo)軌潤滑不良（摩擦力不均）；（2）電氣部分：伺服電機編碼器故障（反饋信號誤差）、驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)（增益過高或過低）；（3）控制部分：系統(tǒng)參數(shù)丟失（如螺距誤差補償數(shù)據(jù)）、數(shù)控系統(tǒng)插補算法異常；（4）熱變形：電機過載（負(fù)載過大）、散熱不良（冷卻系統(tǒng)故障）導(dǎo)致溫升，引起絲杠熱伸長。排查步驟及措施：1.檢查機械傳動：手動盤動絲杠，檢測軸向間隙（用千分表），若超差則調(diào)整或更換軸承；測量螺母副間隙（通過反向間隙檢測），必要時調(diào)整預(yù)緊力或更換滾珠絲杠。2.檢測電氣信號：用示波器觀察編碼器反饋信號（A/B相脈沖），確認(rèn)是否存在丟脈沖或干擾；檢查驅(qū)動器輸出電流（是否超過額定值）