南昌大学机械设计期末复习第三章.pdf

吴老师机械设计教学资料 6 (5) 在图 3- 1 所示某试件的 am ，极限应力简图中，如工作应力点 M 所在的 ON 线与横轴间夹角 45=，则该试件受的是 。 图 3- 1 A. 不变号的不对称循环变应力 B. 变号的不对称循环变应力 C. 脉动循环变应力 D. 对称循环变应力 (6) 发动机连杆横截面上的应力变化规律如图 3- 2 所示，则该变应力的循环特性r为 。 A. 0.24 B. - 4.17 C. - 0.24 D. 4.17 图 3- 2 (7) 由试验知，有效应力集中、绝对尺寸和表面状态只对 有影响。 A. 应力幅 B. 平均应力 C. 应力幅和平均应力 (8) 某单向回转工作的转轴，考虑起动、停车及载荷不平稳的影响，其危险截面处的切应力 T 的应力 性质，通常按下列图 3- 3 中的 计算。 KUST 吴老师机械设计教学资料 7 图 3- 3 (9) 对于轮齿弯曲强度已满足承载能力要求的下列传动，常见失效形式为：润滑良好的闭式齿轮传动 A ；蜗杆材料为钢，蜗轮材料为MPa300 B 青铜的蜗杆传动 C 。 A. 疲劳点蚀 B. 磨粒磨损 C. 胶合 D. 轮齿折断 (10) 在普通键联接及销轴联接中，两者的接触长度均为l，键与轮毂键槽的接触高度为k，销轴直径 为 1 d，许用挤压应力为 P ，轴头直径为d，其许用传递转矩 T分别为：键联接 T= B (mN )， 销轴联接 T= C (mN )。 A. p 3 10 kld B. p 3 10 2 1 kld C. p 3 1 10 4 1 ldd D. p 3 1 10 2 1 ldld 以上式子中：长度单位为mm，应力单位为MPa，转矩单位为mN 。 (11) 下列公式中 A 是正确的。 A. CN m rN = B. CN= m C. m 0N NNk= D. 0 01 2 = (12) 某零件的MPa500 S =，MPa220 1 = ，工作应力MPa300 m =，MPa a 100=，工作 点位于塑性安全区，则该零件的安全系数为 C 。 A. 1.78 B. 5. 0 C. 1. 25 D. 1.67 (13) 当转轴所受的径向力大小方向不变时，其许用弯曲应力应选 B 。 A. 0 B. 1 C. 1+ D. 5 . 0 (14) 对于受循环变应力作用的零件，影响疲劳破坏的主要应力成分是 C 。 A. 最大应力 max B. 平均应力 m C. 应力幅 a D. 最小应力 min (15) 一对啮合的传动齿轮，单向回转，则齿面接触应力按 C 变化。 A. 对称循环 B. 循环特性5 . 0=r C. 脉动循环 D. 循环特性5 . 0=r (16) 塑性材料制成的零件，进行静强度计算时，其极限应力为 A 。 A. S B. B C. 0 D. 1 KUST 吴老师机械设计教学资料 8 (17) 有限寿命疲劳极限符号 rN 中，N表示寿命计算的 B 。 A. 循环基数 B. 循环次数 C. 寿命指数 D. 寿命系数 (18) 绘制 am 坐标中的简化疲劳极限应力线图，绘制此图起码应具备的条件是 C 。 A. 各种循环特性值r下的实验结果 B. 某一循环特性实验求得的疲劳极限应力 rN C. 材料的屈服极限 S ，以及疲劳极限 0 和 1 D. 根据理论计算出一系列数据 (19) 形状相同、尺寸一样、工作条件也相同的零件，用 A 制造时则有较大的应力集中系数 k。 A. 铸铁 B. 低强度钢 C. 高强度合金钢 (20) 两轴线互相平行的圆柱体接触，受径向压力，则两零件的接触应力 A 。 A. 相等 B. 不相等 C. 与直径有关，直径大的接触应力大 (21) 1 代表变应力，其脚标 - 1代表 D 。 A. ma /= - l B. am /= - 1 C. minmax/ = - 1 D. maxmin /= - 1 (22) 两圆柱体接触，其直径 21 2dd =，弹性模量 21 2EE =，长度 21 2bb =，则其接触应力 1 和 2 的 关系是 A 。 A. 21 = B. 21 2 = C. 21 4 = D. 21 8 = (23) 四个结构和材料完全相同的零件甲、乙、丙、丁，若承受最大的应力也相同，而应力特性系数r 分别等于+1.0、0、0.5、1.0，最可能先发生失效的是 D 。 A. 甲 B. 乙 C. 丙 D. 丁 (24) 在外载荷不变的情况下，试判断下列零件上各点应力的变化特性 (用应力循环特性系数 maxmin/ =r表示)： 转动心轴，外径上的弯曲应力 r 为 B ； 推力球轴承滚动体上一点的接触应力，r 为 C 。 KUST 吴老师机械设计教学资料 9 A. r = +1 B. r = - 1 C. r = 0 D. 0 r +1 E. - 1r0 (25) 某齿轮传动装置如图3- 4所示，轮1为主动轮，则轮2的齿面接触应力按 B 变化。 图 3- 4 A. 对称循环 B. 脉动循环 C. 循环特性r = - 0.5的循环 D. 循环特性r= +1的循环 (26) 图3- 4所示的齿轮传动装置，轮1为主轮，当轮l 做双向回转时，则轮1的齿面接触应力按 B 变 化。 A. 对称循环 B. 脉动循环 C. 循环特性r = - 0.5的循环 D. 循环特性r = + 1的循环 三三 填空题填空题 (1) 机械零件受载时，在 截面形状突变处 处产生应力集中，应力集中的程度通常随材料强度的增 加而 增大 。 (2) 在静强度条件下，塑性材料的极限应力是 屈服极限 S ，而脆性材料的极限应力是 抗拉强度 B 。 (3) 运用 Miner 理论分析对称循环下的不稳定循环变应力时，若材料的持久疲劳极限为 1 ，计算时 所考虑的应力幅 i 应当是整个工作寿命期限内 大于 1 的应力幅。 (4) 某 材 料 的 对 称 循 环 疲 劳 极 限MPa350 1 = ， 屈 服 极 限MPa S 550=， 抗 拉 强 度 MPa B 750=， 循环基数9,105 6 0 =mN当对称循环次数N分别为 4 105、 5 105、 次 7 105时， 极限应力分别为MPa550、MPa452 、MPa350。 (5) 若一零件的应力循环特性 r = + 0.5, MPa a 70=， 则此时， m 为MPa210； max 为MPa280； KUST 吴老师机械设计教学资料 10 min 为MPa140。 (6) 影响机械零件疲劳强度的主要因素，除材料性能、应力循环特性 r 和应力循环次数 N 之外，主要 有 应力集中 、 零件尺寸 和 表面状态等 。 (7) 在图 3- 5 所示某零件的许用极限应力图中，SEA为疲劳极限曲线，M为零件的工作应力点，下 列 3 种情况下的极限应力点分别为： 1) 应力循环特性=r常数时， 3 M点； 2) 平均应力= m 常数时， 1 M点； 3) 最小应力= min 常数时， 2 M点。 图 3- 5 (8) 影响零件疲劳强度的主要因素有 应力集中 ， 绝对尺寸 ， 材料及热处理 (列出 3 项)。 (9) 有一零件，MPaMPa360,650 SB = ，工作应力MPa200=，许用应力 MPa180=， 则此零件的工作安全系数为 1.8 ，许用安全系数为 2.0 ，此零件是否安全? 不安全 ，这是因 为 0 . 28 . 1或。 (10) 如图 3- 6 所示，滚动轴承在内圈转动、外圈固定时，其外圈上一点A的应力类型为 脉动变应 力 。 KUST 吴老师机械设计教学资料 11 图 3- 6 （11）在交变应力中，应力循环特性系数是指 maxmin 的比值。 (12) 在静载荷作用下的机械零件，不仅可以产生 静 应力，也可能产生 变 应力。 (13) 材料的许用应力越大，表明材料的强度就越 高 。 (14)在静强度条件下塑性材料的极限应力是 屈服极限 S ，而脆性材料的极限应力是强度极限 B 。 四四 是非题是非题 (1) 变应力都是由变载荷产生的。 (F) (2) 用 40 钢（MPa S 335=） ，经校核其扭转刚度不够，可改选高强度合金结构 40Cr （MPa S =） ，以提高刚度。 (F) (3) 在变应力作用下，零件的主要失效形式将是疲劳断裂，而在静应力作用下，其失效形式将是塑性 变形或断裂。 (T) (4) 火车的车轮轴只承受对称循环弯曲变应力。 (T) (5) 钢的强度极限越高，对应力集中就越敏感。 (T) (6) 周期不变的变应力为稳定循环变应力。 (T) (7) 非稳定变应力是指平均应力或应力幅或变化周期随时间而变化的变应力。 (T) (8) 静载荷作用下的零件，不仅可以产生静应力，也可能产生变应力。 (T) (9) 增大零件过渡曲线的圆角半径可以减小应力集中。 (T) 五五 分析与计算题分析与计算题 (1) 图 3- 7 所示各零件均受静载荷作用，试判断零件上 A 点的应力是静应力还是变应力，并确定应力 循环特性r的大小或范围。 图 3- 7 解：a) 图 A 点为静应力，r = l； b) 图 A 点为对称循环变应力，r = - 1； c) 图点为不对称循环变应力，- 1 r 1。 (2) 某零件如图 3- 8 所示，材料的抗拉强度MPa B 650=，表面精车，不进行强化处理。试确定 1- 1 KUST 吴老师机械设计教学资料 12 截面处的弯曲疲劳极限的综合影响系数 K和剪切疲劳极限的综合影响系数 K。 图 3- 8 解：36. 2= K 79. 1= K。 (3) 某钢制零件材料性能为MPa270 1 = MPa S 350=，MPa450 0 =，受单向稳定循环变应力 作用，危险剖面的综合影响系数25. 2= K。 1) 若工作应力按=MPa m 270常数的规律变化，问该零件首先发生疲劳破坏，还是塑性变形？ 2) 若工作应力按循环特性=r常数的规律变化，问r在什么范围内零件首先发生疲劳破坏?(图解法、 解析法均可) 解：1) MPaK e 120/ 11 = 。MPaK100)2/( 0 = ，作该零件的极限应力线图 (如答图 1)。 =MPa270 m 常数时，应力作用点在NN线上，与极限应力图交于CG线上，所以该零件首先发生塑 性变形。 答图 1 2)=r常数时，发生疲劳破坏的工作应力点在 OGA 范围内，G 点38. 0)1)(1 (/+=rr ma ，所 以，45. 0r时首先发生疲劳破坏。 (4) 一零件由 45 钢制成，材料的力学性能为: MPa S 360=，MPa300 1 = ，2 . 0= 。已知 零件上的最大工作应力MPa200 max =，最小工作应力MPa100 min =，弯曲疲劳极限的综合影响系数 KUST 吴老师机械设计教学资料 13 2= K。 1) 当应力变化规律为 m 为常数时，分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。 2) 若应力变化规律为=r常数，该零件会发生什么形式的破坏？ 解：1) 计算法：MPa m 150=；MPa a 50=；43. 1 1 = + = ma ca K S 图解法：由 001 / )( ，得MPa500 0 =；MPaK e 150/ 11 = ； MPaK1252/ 0 = 43. 1 max max = = ca S 2) 发生塑性变形（如答图 2） 答图 2 (5) 某材料受弯曲变应力作用，其力学性能为: MPa300 1 = ，9=m， 6 0 105=N。现用此材料 的 试 件 进 行 试 验 ，以 对称 循 环 变 应力MPa500 1 =作 用 4 10次 ，MPa400 2 =作 用 5 10次 MPa250 3 =作用 6 10次。试确定: 1) 该试件在此条件下的计算安全系数。 2）如果试件再作用MPa350=的应力，还能循环多少次试件才破坏? 解：1) )(5 .275 1 3 1 0 不计MPan N m z i m iica = = ；08. 1S 1 = ca ca 2) 5 10628. 6=n。 (6) 轴的局部结构如图 3- 9 所示。 已知轴的- 截面承受的弯矩mNM= 400， 转矩mNT=1000， 弯曲应力为对称循环， 扭转切应力为脉动循环。 轴材料为 40Cr 钢调质，MPa355 1 = ，MPa200 1 = ， 2 . 0= ，1 . 0= ，2 . 2= K KUST 吴老师机械设计教学资料 14 8 . 1= K，试计算考虑弯矩和转矩共同作用时的计算安全系数 ca S。 图 3- 9 解：MPaMPa amabm 06.395 . 05 .620 0 =， ， 695. 258. 2 11 = + = + = mama K S K S 86. 1 22 = + = SS SS S a a (7) 某受稳定弯曲变应力作用的轴类零件，最大工作应力MPa400 max =，最小工作应力 MPa100 min =。已知材料的对称循环疲劳极限MPa450 1 = ，脉动循环疲劳极限MPa700 0 =， 屈服极限MPa800 S =。 1) 试绘出材料的按折线简化的极限应力图； 2) 在简化极限应力图上标明工作应力点M； 3) 说明该零件可能的失效形式(简单加载)。 解：1）折线ABES；见答图 3。 2）工作应力点M； 100 minm = a MPa150 m = MPa a 250= )250,150(M 3) M点位于疲劳安全区，可能的失效形式为疲劳破坏。 KUST 吴老师机械设计教学资料 15 答图 3 (8) 某气缸螺栓联接，因气缸工作压力在 Q F0间变化，使螺栓工作载荷在F0间变化(见图 3- 10)。 试在题给的螺栓联接力- 变形图上标出预紧力 0 F，剩余预紧力 1 F，螺栓工作载荷F0；螺栓最大拉力 max F，最小拉力 min F，拉力幅 a F； 图 3- 10 解：螺栓联接力- 变形图如答图 4 所示。 答图 4 (9) 指出图 3- 11(a)、(b)两中种结构，哪个更合理?为什么? KUST 吴老师机械设计教学资料 16 图 3- 11 解： b 方案合理。 理由： 1) 在 b 方案中齿轮上的作用力至支点距离缩短，降低弯矩。 2) 轴改为锥形，与该段弯矩图更接近，尽量少的材料，可获得较小最大应力。 (10) 已知： 平均应力MPa250 m =， 应力特性系数25. 0=r， 求出最大应力 max 、 最小应力 min 和 应力幅 a ，并画出应力随着时间的变化曲线，说明这是什么类型的应力？ 解：由 MPa2502)( minmaxm =+=和25. 0 maxmin =r 求得 最大应力 MPa400 max = 最小应力 MPa100 min = 应力幅 MPa a 1502)( minmax = 由答图 5 可以看出。此应力为一般循环变应力。 答图 5 应力随时间的变化曲线 (11) 一旋转轴直径mmd80=，受径向力kNF2=，跨距mL2=。F力作用在二支点中间，见图 3- 12。 试计算a点的最大弯曲应力 max 、 最小弯曲应力 min 、 应力幅 a 、 平均应力 m 和应力特性系数r， KUST 吴老师机械设计教学资料 17 并画出其变应力图。 图 3- 12 解：梁中点a受到最大弯矩 mmN LF M AA = 6 10 2 2000 2 2000 22 最大应力 MPa d W M 89.19 80098. 0 10 32 10 3 6 3 6 max = = 最小应力 MPa89.19 maxmin = 所以 平均应力 0 m = 应力幅 MPa a 89.19= 应力特性系数 1 maxmin =r 此题的变应力图见答图 6。 答图 6 (12) 根据已知参数求未知参数，并画出应力变化图。 1) 已知MPa400 max =，MPa150 min =，求 m , a 和r,画出应力变化图。 KUST 吴老师机械设计教学资料 18 解:275= m ；200= a ；375. 0=r (应力图略) 2) 已知MPa500 max =，MPa a 300=，求 min , m 和r,画出应力变化图。 解:100 min =；200= m ；r= - 0.2 (应力图略) 3) 已知 r= 0.125，MPa m 225=，求 max ， min 和 a ,画出应力变化图。 解:400 max =；50 min =；175= a (应力图略) (13) 某材料的对称循环持久弯曲极限MPa108 1= ，取循环基数 5 0 105=N,m=9，试求循环持久 次数N分别为7000，25 000，620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 解：MPa5 .173) 7000 105 (108 9/1 5 )7000( 1 = = MPa 7 . 150) 25000 105 (108 9/1 5 )25000( 1 = = MPa108 )620000( 1 = (14) 某轴受弯曲稳定变应力作用: MPa250 m