2025年大学本科三年级（工程机械）工程机械设计测试题及答案.doc

2025年大学本科三年级（工程机械）工程机械设计测试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
答题要求：本卷共6题，每题5分。每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案的序号填在括号内。

1. 以下关于工程机械设计中材料选择的说法，正确的是（ ）
A. 只需要考虑材料的强度
B. 要综合考虑材料的力学性能、物理性能、化学性能等多方面
C. 材料越贵越好
D. 随意选择材料

2. 在工程机械设计中，计算零件的受力时，需要考虑的工况是（ ）
A. 最理想工况
B. 最不利工况
C. 平均工况
D. 任意工况

3. 对于工程机械的结构设计，以下哪种说法错误（ ）
A. 结构应简单紧凑
B. 要便于制造和装配
C. 结构越复杂越好
D. 应具有良好的刚度和强度

4. 工程机械设计中，优化设计的目的是（ ）
A. 增加产品重量
B. 提高产品成本
C. 提高产品性能和降低成本
D. 使产品外观更美观

5. 以下哪种不属于工程机械设计中的可靠性设计内容（ ）
A. 确定可靠度指标
B. 进行失效模式分析
C. 提高产品价格
D. 采取可靠性增长措施

6. 在工程机械设计中，考虑人机工程学的主要目的是（ ）
A. 使机器外观更好看
B. 提高操作人员的舒适性和工作效率
C. 增加机器的复杂性
D. 降低机器性能

第II卷（非选择题 共70分）

一、简答题（共20分）
答题要求：简要回答下列问题，每题10分。

1. 简述工程机械设计中总体设计的主要内容。

2. 说明在工程机械设计中如何进行疲劳寿命设计。

二、分析题（共20分）
答题要求：分析以下情况，每题10分。

1. 某工程机械在工作过程中出现振动过大的问题，请分析可能的设计原因。

2. 一台工程机械的某个关键零件频繁损坏，从设计角度分析可能存在的问题。

三、设计题（共15分）
答题要求：根据题目要求进行设计，本题15分。

设计一个简单的工程机械工作装置，说明其工作原理和主要设计参数。

四、材料题（共15分）
答题要求：阅读以下材料，回答问题，每题5分。
材料：在工程机械设计中，新型材料的应用越来越广泛。比如高强度合金钢在一些大型工程机械的关键部件中得到应用，它能提高部件的强度和承载能力。同时，复合材料也开始在部分工程机械中崭露头角，像碳纤维复合材料用于一些轻量化要求较高的结构件，能有效减轻重量并提高性能。
1. 请分析高强度合金钢应用于工程机械关键部件的优势。
2. 说明碳纤维复合材料在工程机械轻量化结构件中应用的意义。
3. 对于工程机械设计中材料的发展趋势，你有什么看法？

五、案例分析题（共20分）
答题要求：阅读以下案例，回答问题，每题10分。
案例：某公司设计的一款新型工程机械，在实际使用中发现操作手柄的位置设计不合理，导致操作人员长时间操作容易疲劳。另外，机器的散热系统设计不足，在长时间高强度工作时出现过热现象，影响了机器的性能和寿命。
1. 分析操作手柄位置设计不合理对操作人员的影响以及在设计阶段应如何避免。
2. 针对散热系统设计不足的问题，提出改进的设计思路。

答案：
第I卷：1. B 2. B 3. C 4. C 5. C 6. B
第II卷：
一、1. 总体设计主要内容包括确定工程机械的功能、性能指标；进行总体布局设计，确定各部件的相对位置和连接关系；选择动力源及传动方式；规划控制系统等。
2. 进行疲劳寿命设计，首先要确定零件的应力谱，分析其承受的交变载荷情况。然后根据材料的疲劳性能数据，运用疲劳寿命计算方法，如应力疲劳或应变疲劳计算方法来估算零件的疲劳寿命。通过优化设计参数，如结构形状、尺寸等，提高零件的疲劳寿命。
二、1. 振动过大可能原因有：结构刚度不足，导致在工作载荷下产生较大变形引发振动；部件之间的连接松动，产生相对运动和振动；工作装置的运动不协调，产生惯性力不平衡引起振动等。
2. 频繁损坏可能问题：零件的强度设计不足，无法承受实际工作载荷；材料选择不当，不满足工作环境要求；结构设计不合理，存在应力集中等薄弱部位；制造工艺存在缺陷，影响零件质量。
三、例如设计一个简单的铲斗装置。工作原理：通过液压油缸的伸缩带动铲斗绕轴转动，实现物料的铲装和卸载。主要设计参数：铲斗容量根据实际使用需求确定，一般为0.5 - 2立方米；铲斗的几何形状设计要利于物料的铲取和保持；液压油缸的推力根据铲斗满载时所需的提升力等计算确定。
四、1. 高强度合金钢应用于关键部件，能大幅提高部件强度，使其可承受更大工作载荷，降低部件损坏风险，提高工程机械整体可靠性和安全性。
2. 碳纤维复合材料用于轻量化结构件，可有效减轻重量，降低整机能耗，提高燃油经济性或电池续航能力。同时能在不降低强度的情况下优化结构，提升工程机械的性能和工作效率。
3. 材料发展趋势将朝着高性能、轻量化、多功能化方向发展。会有更多新型材料不断涌现，满足工程机械日益提高的性能和功能需求，设计时需不断关注新材料应用，提升产品竞争力。
五、1. 操作手柄位置不合理，操作人员长时间操作易疲劳，影响操作准确性和效率，还可能引发职业健康问题。设计阶段应进行人机工程学分析，模拟操作人员操作姿态，优化手柄位置，使其符合人体操作习惯，方便舒适。
2. 改进思路：增大散热面积，如增加散热器的鳍片数量或改进散热通道形状。优化散热风扇性能，提高风量和风压。采用高效散热介质，如新型散热油等。加强散热系统的智能控制，根据机器工作状态自动调节散热强度。