2026年工程师资格考试机械设计原理与应用题精讲

2026年工程师资格考试机械设计原理与应用题精讲一、单选题（每题2分，共10题）说明：以下题目涵盖机械设计基础、常用机构、材料选择、强度计算等内容，结合中国制造业（尤其是汽车、装备制造等行业）的实际情况设置。1.某精密机床主轴采用45钢调质处理，其主要目的是提高（）。A.疲劳强度B.冲击韧性C.硬度D.刚度2.在齿轮设计中，若齿轮模数m=3mm，齿数z=20，则该齿轮的齿距p为（）。A.6mmB.9.42mmC.12mmD.15mm3.某轴类零件承受交变载荷，其疲劳极限σ-1与材料的静强度极限σb的关系通常为（）。A.σ-1≈0.5σbB.σ-1≈0.7σbC.σ-1≈0.8σbD.σ-1≈σb4.以下哪种联轴器适用于两轴对中性较差且需补偿位移的场合？（）A.凸缘联轴器B.齿轮联轴器C.万向联轴器D.滑动联轴器5.某搅拌机搅拌叶片采用QT600-2（球墨铸铁）制造，其主要优势是（）。A.耐磨性好B.减振性能优越C.铸造性能差D.焊接性能差二、多选题（每题3分，共5题）说明：每题有多个正确选项，漏选、错选均不得分。6.影响滑动轴承润滑性能的主要因素包括（）。A.轴承间隙B.润滑油粘度C.轴转速D.轴承材料硬度E.轴承结构形式7.带传动设计中，减小离心力对传动性能的不利影响可采取的措施有（）。A.增大带轮直径B.减小带速C.选择高弹性模量的带材料D.增大带预紧力E.减少带轮包角8.某机械零件采用焊接结构，其焊接工艺应考虑的因素包括（）。A.材料焊接性B.焊接变形控制C.焊接残余应力D.焊接接头强度E.环境温度影响9.机构自由度计算中，以下哪些因素会减少机构的自由度？（）A.高副机构B.约束副（如转动副、移动副）C.复杂铰链连接D.机构冗余E.自锁现象10.机械设计中，提高零件疲劳寿命的措施包括（）。A.优化表面粗糙度B.增大过渡圆角半径C.避免应力集中D.采用高强度材料E.限制工作温度三、简答题（每题5分，共4题）说明：要求简明扼要，突出核心要点。11.简述机械设计中应力集中的概念及其主要消除方法。12.比较螺栓连接和铆钉连接的优缺点，并说明适用场合。13.简述机械设计中“过盈配合”的应用场景及工作原理。14.简述机械设计中“有限元法”的基本思路及其在工程中的应用价值。四、计算题（每题10分，共3题）说明：结合实际工程案例，考查计算能力。15.某轴类零件受力情况如下：轴向力F=40kN，弯矩M=80N·m，剪切力Q=20kN。材料许用应力[σ]=120MPa，试校核该轴的强度（按第三强度理论）。16.某齿轮传动中，小齿轮传递功率P=5kW，转速n1=1500rpm，模数m=4mm，齿数z1=20，齿宽b=80mm，材料许用接触应力[σH]=600MPa。试计算该齿轮的接触强度是否满足要求（假设载荷系数K=1.2）。17.某滑动轴承宽度B=100mm，直径D=120mm，轴颈转速n=1200rpm，润滑油粘度η=0.08Pa·s，轴承平均压强p=1MPa。试计算该轴承的摩擦力矩（假设表面粗糙度Ra=0.8μm）。答案与解析一、单选题答案与解析1.A-解析：45钢调质处理（淬火+高温回火）的主要目的是获得综合力学性能（强度、韧性、硬度），其中疲劳强度是精密机床主轴的关键指标。2.B-解析：齿距p=mπ=3×π≈9.42mm。3.A-解析：金属材料疲劳极限σ-1通常约为静强度极限σb的50%~60%，常用0.5σb估算。4.C-解析：万向联轴器适用于传递轴线夹角变化或位移补偿的场合，如汽车转向机构。5.B-解析：球墨铸铁QT600-2具有优良减振性，适合搅拌机等振动设备。二、多选题答案与解析6.A、B、C、E-解析：轴承间隙、润滑油粘度、轴转速、润滑方式（结构形式）均影响润滑性能。7.A、B、C、D-解析：增大带轮直径、减小带速、选择高弹性模量材料、增大预紧力均能减小离心力。8.A、B、C、D-解析：焊接工艺需考虑材料焊接性、变形控制、残余应力及接头强度。9.B、C、D、E-解析：约束副增加自由度，而冗余、自锁会减少自由度。10.A、B、C、D-解析：表面粗糙度、过渡圆角、应力集中控制、材料强度及温度限制均影响疲劳寿命。三、简答题答案与解析11.应力集中概念及消除方法-概念：应力集中指零件截面突变处（如孔、缺口）应力显著增大的现象。-消除方法：增大过渡圆角、避免尖锐缺口、采用卸载槽、优化结构设计。12.螺栓连接与铆钉连接比较-螺栓连接：可拆卸、成本低、适用于高温或需调整的场合；缺点是易松动。-铆钉连接：永久连接、承载能力强、适用于冲击载荷；缺点是不可拆卸、成本较高。13.过盈配合应用及原理-应用：轴承安装、齿轮固定等，利用弹性变形实现紧固。-原理：过盈量使配合面产生压紧力，提高连接强度和密封性。14.有限元法基本思路及应用-思路：将复杂结构离散为单元，通过数学方程求解各节点位移及应力。-应用：用于强度、刚度、振动、热应力等分析，广泛用于汽车、航空航天行业。四、计算题答案与解析15.轴强度校核-计算：当量应力σe=√(σa²+σm²+σt²)，其中σa≈0（静载荷），σm=M/(Wp)，σt=F/(A)，Wp≈πD³/16，A=πD²/4。-结果：σe≈110MPa<[σ]，强度满足要求。16.齿轮接触强度校核-计算：接触应力σH=Zε·Ft/(b·d1)，Ft=2T1/(d1)，T1=9550P/n1。-结果：σH≈550MP