2026年機(jī)械設(shè)計(jì)高級(jí)工程師考試試卷及答案考試時(shí)長(zhǎng)：120分鐘滿分：100分2026年機(jī)械設(shè)計(jì)高級(jí)工程師考試試卷考核對(duì)象：機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域高級(jí)工程師題型分值分布：-判斷題（總共10題，每題2分）：20分-單選題（總共10題，每題2分）：20分-多選題（總共10題，每題2分）：20分-案例分析（總共3題，每題6分）：18分-論述題（總共2題，每題11分）：22分總分：100分---一、判斷題（每題2分，共20分）1.機(jī)械設(shè)計(jì)中，靜載荷作用下的零件通常比動(dòng)載荷作用下的零件更容易發(fā)生疲勞破壞。（）2.滾動(dòng)軸承的極限轉(zhuǎn)速主要取決于潤(rùn)滑條件、軸承類型和載荷大小。（）3.機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算中，安全系數(shù)的選擇應(yīng)綜合考慮材料性能、載荷特性、制造工藝等因素。（）4.靈敏度較高的機(jī)械系統(tǒng)通常具有較小的阻尼比。（）5.齒輪傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度計(jì)算中，接觸應(yīng)力與齒面曲率半徑成反比。（）6.螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算中，螺紋的許用應(yīng)力通常小于材料的名義強(qiáng)度。（）7.機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)中，共振現(xiàn)象通常發(fā)生在阻尼比等于1/√2時(shí)。（）8.斷裂力學(xué)中，應(yīng)力強(qiáng)度因子K?是判斷材料是否會(huì)發(fā)生脆性斷裂的關(guān)鍵參數(shù)。（）9.機(jī)械設(shè)計(jì)中，熱應(yīng)力主要是由溫度變化引起的材料變形受限而產(chǎn)生的應(yīng)力。（）10.液體動(dòng)壓潤(rùn)滑中，油膜厚度與軸承的載荷、轉(zhuǎn)速和潤(rùn)滑油的粘度有關(guān)。（）二、單選題（每題2分，共20分）1.在機(jī)械設(shè)計(jì)中，下列哪一項(xiàng)不屬于靜強(qiáng)度計(jì)算的主要內(nèi)容？（）A.應(yīng)力分析B.變形計(jì)算C.動(dòng)態(tài)特性分析D.安全系數(shù)確定2.對(duì)于滾動(dòng)軸承的選型，下列哪種情況應(yīng)優(yōu)先選用角接觸球軸承？（）A.高軸向載荷B.高轉(zhuǎn)速C.小尺寸要求D.低成本要求3.在機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)中，下列哪一項(xiàng)是阻尼的主要作用？（）A.增加系統(tǒng)固有頻率B.減小系統(tǒng)振幅C.改變系統(tǒng)相位差D.提高系統(tǒng)穩(wěn)定性4.齒輪傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度計(jì)算中，下列哪個(gè)參數(shù)是影響接觸應(yīng)力的主要因素？（）A.齒輪材料B.齒面粗糙度C.齒面曲率半徑D.齒輪模數(shù)5.螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算中，下列哪種螺紋連接方式通常具有最高的強(qiáng)度？（）A.普通螺栓連接B.緊固螺栓連接C.鉚釘連接D.焊接連接6.在機(jī)械設(shè)計(jì)中，下列哪種方法通常用于減小機(jī)械振動(dòng)？（）A.增加系統(tǒng)固有頻率B.減小系統(tǒng)阻尼比C.提高系統(tǒng)質(zhì)量D.增加系統(tǒng)剛度7.斷裂力學(xué)中，下列哪個(gè)參數(shù)是描述裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的？（）A.應(yīng)力強(qiáng)度因子K?B.裂紋擴(kuò)展速率C.斷裂韌性D.裂紋長(zhǎng)度8.機(jī)械設(shè)計(jì)中，熱應(yīng)力主要是由什么引起的？（）A.材料變形受限B.載荷變化C.溫度變化D.振動(dòng)作用9.液體動(dòng)壓潤(rùn)滑中，下列哪個(gè)參數(shù)是影響油膜厚度的關(guān)鍵因素？（）A.軸承間隙B.軸承材料C.潤(rùn)滑油粘度D.軸承轉(zhuǎn)速10.在機(jī)械設(shè)計(jì)中，下列哪種方法通常用于提高機(jī)械系統(tǒng)的可靠性？（）A.增加零件數(shù)量B.降低零件強(qiáng)度C.提高零件制造精度D.減小系統(tǒng)復(fù)雜性三、多選題（每題2分，共20分）1.機(jī)械設(shè)計(jì)中，靜強(qiáng)度計(jì)算的主要內(nèi)容包括哪些？（）A.應(yīng)力分析B.變形計(jì)算C.動(dòng)態(tài)特性分析D.安全系數(shù)確定E.疲勞壽命計(jì)算2.滾動(dòng)軸承的選型時(shí)，需要考慮哪些因素？（）A.載荷大小和方向B.轉(zhuǎn)速要求C.安裝空間D.經(jīng)濟(jì)性E.工作溫度3.機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)中，下列哪些因素會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性？（）A.固有頻率B.阻尼比C.載荷變化D.系統(tǒng)剛度E.振動(dòng)源特性4.齒輪傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度計(jì)算中，下列哪些參數(shù)是重要的影響因素？（）A.齒輪材料B.齒面硬度C.齒面粗糙度D.齒面曲率半徑E.齒輪模數(shù)5.螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算中，下列哪些因素會(huì)影響螺紋的許用應(yīng)力？（）A.材料強(qiáng)度B.載荷類型C.螺紋直徑D.連接方式E.安全系數(shù)6.在機(jī)械設(shè)計(jì)中，下列哪些方法可以用于減小機(jī)械振動(dòng)？（）A.增加系統(tǒng)固有頻率B.減小系統(tǒng)阻尼比C.提高系統(tǒng)質(zhì)量D.增加系統(tǒng)剛度E.采用隔振措施7.斷裂力學(xué)中，下列哪些參數(shù)與裂紋的擴(kuò)展有關(guān)？（）A.應(yīng)力強(qiáng)度因子K?B.裂紋擴(kuò)展速率C.斷裂韌性D.裂紋長(zhǎng)度E.材料塑性8.機(jī)械設(shè)計(jì)中，熱應(yīng)力主要是由哪些因素引起的？（）A.材料變形受限B.溫度變化C.載荷變化D.振動(dòng)作用E.熱膨脹系數(shù)9.液體動(dòng)壓潤(rùn)滑中，下列哪些因素會(huì)影響油膜厚度？（）A.軸承間隙B.軸承材料C.潤(rùn)滑油粘度D.軸承轉(zhuǎn)速E.軸承載荷10.在機(jī)械設(shè)計(jì)中，下列哪些方法可以提高機(jī)械系統(tǒng)的可靠性？（）A.增加零件數(shù)量B.降低零件強(qiáng)度C.提高零件制造精度D.減小系統(tǒng)復(fù)雜性E.采用冗余設(shè)計(jì)四、案例分析（每題6分，共18分）1.某機(jī)械傳動(dòng)裝置中，齒輪傳動(dòng)的輸入功率為10kW，轉(zhuǎn)速為1500rpm，齒輪材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為250HBW。齒輪模數(shù)為3，齒數(shù)為100。假設(shè)齒輪傳動(dòng)的使用壽命為10年，每年工作300天，每天工作8小時(shí)。請(qǐng)分析該齒輪傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度是否滿足要求，并說明理由。2.某振動(dòng)篩設(shè)備中，振動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)如下：振動(dòng)頻率為20Hz，振幅為5mm，系統(tǒng)質(zhì)量為500kg，系統(tǒng)剛度為8000N/m，阻尼比為0.15。請(qǐng)分析該振動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并提出改進(jìn)措施。3.某高溫設(shè)備中，軸承座與機(jī)架之間的連接采用螺栓連接，螺栓材料為35CrMo，調(diào)質(zhì)處理，螺栓直徑為16mm，螺距為2mm，預(yù)緊力為8000N。假設(shè)軸承座承受的軸向載荷為10000N，請(qǐng)分析該螺栓連接的強(qiáng)度是否滿足要求，并說明理由。五、論述題（每題11分，共22分）1.試論述機(jī)械設(shè)計(jì)中疲勞強(qiáng)度計(jì)算的重要性，并說明影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的主要因素。2.試論述機(jī)械振動(dòng)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的影響，并提出幾種常見的減振措施及其原理。---標(biāo)準(zhǔn)答案及解析一、判斷題1.×靜載荷作用下的零件通常比動(dòng)載荷作用下的零件更難發(fā)生疲勞破壞，因?yàn)殪o載荷下零件主要承受靜應(yīng)力，而動(dòng)載荷下零件承受循環(huán)應(yīng)力，更容易發(fā)生疲勞破壞。2.√滾動(dòng)軸承的極限轉(zhuǎn)速主要取決于潤(rùn)滑條件、軸承類型和載荷大小。良好的潤(rùn)滑條件、合適的軸承類型和較小的載荷可以提高滾動(dòng)軸承的極限轉(zhuǎn)速。3.√機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算中，安全系數(shù)的選擇應(yīng)綜合考慮材料性能、載荷特性、制造工藝等因素，以確保零件在實(shí)際工作條件下的安全性。4.×靈敏度較高的機(jī)械系統(tǒng)通常具有較大的阻尼比，因?yàn)檩^大的阻尼比可以有效地抑制系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)。5.√齒輪傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度計(jì)算中，接觸應(yīng)力與齒面曲率半徑成反比，即齒面曲率半徑越小，接觸應(yīng)力越大。6.√螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算中，螺紋的許用應(yīng)力通常小于材料的名義強(qiáng)度，以考慮螺紋的應(yīng)力集中、制造工藝等因素的影響。7.×機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)中，共振現(xiàn)象通常發(fā)生在阻尼比等于1時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)振幅會(huì)急劇增大。8.√斷裂力學(xué)中，應(yīng)力強(qiáng)度因子K?是判斷材料是否會(huì)發(fā)生脆性斷裂的關(guān)鍵參數(shù)，K?超過材料的斷裂韌性K?c時(shí)，材料會(huì)發(fā)生脆性斷裂。9.√機(jī)械設(shè)計(jì)中，熱應(yīng)力主要是由溫度變化引起的材料變形受限而產(chǎn)生的應(yīng)力，例如熱脹冷縮受阻時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。10.√液體動(dòng)壓潤(rùn)滑中，油膜厚度與軸承的載荷、轉(zhuǎn)速和潤(rùn)滑油的粘度有關(guān)，這些因素會(huì)影響油膜的承載能力和潤(rùn)滑效果。二、單選題1.C在機(jī)械設(shè)計(jì)中，靜強(qiáng)度計(jì)算的主要內(nèi)容包括應(yīng)力分析和變形計(jì)算，而動(dòng)態(tài)特性分析屬于動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算的內(nèi)容。2.A對(duì)于滾動(dòng)軸承的選型，高軸向載荷應(yīng)優(yōu)先選用角接觸球軸承，因?yàn)榻墙佑|球軸承具有較好的軸向承載能力。3.B在機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)中，阻尼的主要作用是減小系統(tǒng)振幅，阻尼可以消耗系統(tǒng)的振動(dòng)能量，從而降低振幅。4.C齒輪傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度計(jì)算中，齒面曲率半徑是影響接觸應(yīng)力的主要因素，齒面曲率半徑越小，接觸應(yīng)力越大。5.B螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算中，緊固螺栓連接通常具有最高的強(qiáng)度，因?yàn)榫o固螺栓連接可以提供較大的預(yù)緊力，從而提高連接強(qiáng)度。6.E在機(jī)械設(shè)計(jì)中，采用隔振措施可以有效地減小機(jī)械振動(dòng)，隔振措施可以通過隔離振動(dòng)源或減少振動(dòng)傳遞來降低振動(dòng)影響。7.A斷裂力學(xué)中，應(yīng)力強(qiáng)度因子K?是描述裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的參數(shù)，K?可以用來判斷裂紋是否會(huì)發(fā)生擴(kuò)展。8.A機(jī)械設(shè)計(jì)中，熱應(yīng)力主要是由材料變形受限引起的應(yīng)力，當(dāng)材料受熱或冷卻時(shí)，如果變形受限，就會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。9.C液體動(dòng)壓潤(rùn)滑中，潤(rùn)滑油粘度是影響油膜厚度的關(guān)鍵因素，粘度越高，油膜厚度越大。10.C在機(jī)械設(shè)計(jì)中，提高零件制造精度可以提高機(jī)械系統(tǒng)的可靠性，因?yàn)橹圃炀仍礁?，零件的性能越穩(wěn)定，系統(tǒng)的可靠性越高。三、多選題1.A,B,D機(jī)械設(shè)計(jì)中，靜強(qiáng)度計(jì)算的主要內(nèi)容包括應(yīng)力分析、變形計(jì)算和安全系數(shù)確定，而動(dòng)態(tài)特性分析和疲勞壽命計(jì)算屬于動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算的內(nèi)容。2.A,B,C,D,E滾動(dòng)軸承的選型時(shí)，需要考慮載荷大小和方向、轉(zhuǎn)速要求、安裝空間、經(jīng)濟(jì)性和工作溫度等因素，以確保軸承的性能和可靠性。3.A,B,D,E機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)中，固有頻率、阻尼比、系統(tǒng)剛度和振動(dòng)源特性都會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這些因素決定了系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)特性。4.A,B,C,D,E齒輪傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度計(jì)算中，齒輪材料、齒面硬度、齒面粗糙度、齒面曲率半徑和齒輪模數(shù)都是重要的影響因素，這些因素會(huì)影響齒輪的接觸應(yīng)力和承載能力。5.A,B,C,D,E螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算中，材料強(qiáng)度、載荷類型、螺紋直徑、連接方式和安全系數(shù)都會(huì)影響螺紋的許用應(yīng)力，這些因素決定了螺紋連接的強(qiáng)度和可靠性。6.A,E在機(jī)械設(shè)計(jì)中，增加系統(tǒng)固有頻率和采用隔振措施可以有效地減小機(jī)械振動(dòng)，這些方法可以降低系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)。7.A,B,C,D,E斷裂力學(xué)中，應(yīng)力強(qiáng)度因子K?、裂紋擴(kuò)展速率、斷裂韌性、裂紋長(zhǎng)度和材料塑性都與裂紋的擴(kuò)展有關(guān)，這些因素決定了裂紋的擴(kuò)展行為。8.A,B,E機(jī)械設(shè)計(jì)中，熱應(yīng)力主要是由材料變形受限、溫度變化和熱膨脹系數(shù)引起的應(yīng)力，這些因素會(huì)影響材料的變形和應(yīng)力分布。9.A,C,D,E液體動(dòng)壓潤(rùn)滑中，軸承間隙、潤(rùn)滑油粘度、軸承轉(zhuǎn)速和軸承載荷都會(huì)影響油膜厚度，這些因素決定了油膜的承載能力和潤(rùn)滑效果。10.C,D,E在機(jī)械設(shè)計(jì)中，提高零件制造精度、減小系統(tǒng)復(fù)雜性和采用冗余設(shè)計(jì)可以提高機(jī)械系統(tǒng)的可靠性，這些方法可以降低系統(tǒng)的故障率和提高系統(tǒng)的可靠性。四、案例分析1.接觸強(qiáng)度分析：-齒輪材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為250HBW，屬于中硬齒面。-齒輪模數(shù)為3，齒數(shù)為100，齒輪直徑為300mm。-輸入功率為10kW，轉(zhuǎn)速為1500rpm，齒輪傳動(dòng)的扭矩為：\[T=9550\times\frac{P}{n}=9550\times\frac{10}{1500}=63.67\text{Nm}\]-齒輪傳動(dòng)的接觸應(yīng)力計(jì)算公式為：\[\sigma_H=\sqrt{\frac{F_t}{b\cdotd}\cdot\frac{2T}{d_m}}=\sqrt{\frac{2T}{b\cdotd_m^2}}\cdot\frac{1}{\cos\beta}\]其中，\(F_t\)為圓周力，\(b\)為齒寬，\(d_m\)為節(jié)圓直徑，\(\beta\)為螺旋角。假設(shè)齒寬為100mm，螺旋角為0°，則：\[\sigma_H=\sqrt{\frac{2\times63.67}{100\times300^2}}\approx0.016\text{MPa}\]-40Cr調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為250HBW，許用接觸應(yīng)力為600MPa。-由于計(jì)算得到的接觸應(yīng)力遠(yuǎn)小于許用接觸應(yīng)力，因此該齒輪傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度滿足要求。2.振動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析：-振動(dòng)頻率為20Hz，振幅為5mm，系統(tǒng)質(zhì)量為500kg，系統(tǒng)剛度為8000N/m，阻尼比為0.15。-系統(tǒng)的固有頻率計(jì)算公式為：\[f_n=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{k}{m}}=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{8000}{500}}\approx2.55\text{Hz}\]-阻尼比計(jì)算公式為：\[\zeta=\frac{c}{2\sqrt{k\cdotm}}=0.15\]-由于振動(dòng)頻率（20Hz）遠(yuǎn)大于系統(tǒng)的固有頻率（2.55Hz），且阻尼比較小（0.15），因此系統(tǒng)容易發(fā)生共振，穩(wěn)定性較差。-改進(jìn)措施：-增加系統(tǒng)剛度，提高固有頻率，使固有頻率接近振動(dòng)頻率。-增加系統(tǒng)阻尼，提高阻尼比，以減小共振振幅。-改變振動(dòng)源特性，降低振動(dòng)頻率。3.螺栓連接強(qiáng)度分析：-螺栓材料為35CrMo，調(diào)質(zhì)處理，螺栓直徑為16mm，螺距為2mm，預(yù)緊力為8000N。-軸承座承受的軸向載荷為10000N。-螺栓的許用應(yīng)力計(jì)算公式為：\[\sigma_a=\frac{F_a}{A}+\frac{F_t}{A}\leq[\sigma]\]其中，\(F_a\)為軸向載荷，\(A\)為螺栓截面積，\(F_t\)為預(yù)緊力，\([\sigma]\)為許用應(yīng)力。螺栓截面積為：\[A=\frac{\pid^2}{4}=\frac{\pi\times16^2}{4}\approx201\text{mm}^2\]-螺栓的許用應(yīng)力為：\[[\sigma]=\frac{\sigma_s}{n}=\frac{800}{3}\approx266.67\text{MPa}\]-計(jì)算得到的螺栓應(yīng)力為：\[\sigma_a=\frac{10000}{201}+\frac{8000}{201}\approx79.6\text{MPa}\]-由于計(jì)算得到的螺栓應(yīng)力遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力，因此該螺栓連接的強(qiáng)度滿足要求