机械设计作业3答案.pdf

第三章第三章机械零件的强度机械零件的强度 一 选择题一 选择题 3 1 零件的截面形状一定 当截面尺寸增大时 其疲劳极限值将随之C A增加B不变C降低D规律不定 3 2 在图中所示的极限应力图中 工作应力有 C1 C2所示的两点 若加载规律为 r 常数 在进 行安全系数校核时 对应 C1点的极限应力点应取为A 对应 C2点的极限应力点应取为B AB1BB2CD1DD2 3 3 同上题 若加载规律为 m 常数 则对应 C1点 的极限应力点应取为C 对应 C2点的极限应力点 应取为D AB1BB2CD1DD2题 3 2 图 3 4 在图中所示的极限应力图中 工作应力点为 C OC 线与横坐标轴的交角 60 0 则该零件 所受的应力为D A对称循环变应力B脉动循环变应力 C max min符号 正负 相同的不对称循环变应力 D max min符号 正负 不同的不对称循环变应力题 3 4 图 3 5 某四个结构及性能相同的零件甲 乙 丙 丁 若承受最大应力的值相等 而应力循环特 性 r 分别为 1 1 0 0 5 则其中最易发生失效的零件是B B A甲B乙C丙D丁 3 6 某钢制零件材料的对称循环弯曲疲劳极限 1 300MPa 若疲劳曲线指数 m 9 应力循环基 数 N0 10 7 当该零件工作的实际应力循环次数 N 10 5时 则按有限寿命计算 对应于 N的疲劳极 限 1N为C CMPa A300B420C500 4D430 5 3 7 某结构尺寸相同的零件 当采用C C材料制造时 其有效应力集中系数最大 AHT200B35 号钢C40CrNiD45 号钢 3 8 某个 40Cr 钢制成的零件 已知 B 750MPa s 550MPa 1 350MPa 0 25 零件危 险截面处的最大工作应力量 max 185MPa 最小工作应力 min 75MPa 疲劳强度的综合影响系数 K 1 44 则当循环特性 r 常数时 该零件的疲劳强度安全系数 S a为B B A2 97B1 74C1 90D1 45 3 9 对于循环基数N0 10 7的金属材料 下列公式中 A是正确的 A r mN C B N m C C 寿命系数 m N NNk 0 D 寿命系数 kN 1 0 3 10 已知某转轴在弯 扭复合应力状态下工作 其弯曲与扭转作用下的计算安全系数分别为 S 6 0 S 18 0 则该轴的实际计算安全系数为C A12 0B6 0C5 69D18 0 3 11 在载荷和几何尺寸相同的情况下 钢制零件间的接触应力A铸铁零件间的接触应力 A 大于B 等于C 小于D 小于等于 3 12 两零件的材料和几何尺寸都不相同 以曲面接触受载时 两者的接触应力值A A 相等B 不相等 C 是否相等与材料和几何尺寸有关 D 材料软的接触应力值大 3 13 两等宽的圆柱体接触 其直径d1 2d2 弹性模量E1 2E2 则其接触应力为A A H1 H2B H1 2 H2C H1 4 H2D H1 8 H2 D1 D2 S m a B1 B2 C1 C2 O a m C o 3 14 在图中示出圆柱形表面接触的情况下 各零件间的材料 宽度均相同 受力均为正压力F 则A的接触应力最大 ABCD 题 3 14 图 3 15 在上题 A 图中 d2 2d1 小圆柱的弹性模量为E1 大圆柱的弹性模量为E2 E为一定值 大小圆柱的尺寸及外载荷 F 一定 则在以下四种情况中 D的接触应力最大 A的接触 应力最小 AE1 E2 E 2BE1 E E2 E 2CE1 E 2 E2 EDE1 E2 E 二 填空题二 填空题 3 16 判断机械零件强度的两种方法是最大应力法及安全系数法 其相应的强度 条件式分别为 及Sca S 3 17 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 3 18 在变应力工况下 机械零件的强度失效是 疲劳失效 这种损坏的断面包括 光滑区 及粗糙区两部分 3 19 钢制零件的 N曲线上 当疲劳极限几乎与应力循环次数N无关时 称为无限寿命循 环疲劳 而当 N N0时 疲劳极限随循环次数 N 的增加而降低的称为有限寿命疲劳 3 20 公式 22 SS SS S 表示复合 双向 应力状态下疲劳或静强度的安全系数 而 2 max 2 max 4 s S表示复合 双向 应力状态下的静 强度的安全系数 3 21 零件表面的强化处理方法有化学热处理 高频表面淬火 表面硬化加工等 3 22 机械零件受载荷时 在截面形状突变处产生应力集中 应力集中的程度通常随材料 强度的增大而增大 三 分析与思考题三 分析与思考题 3 23 图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 力比 r 的大小或范围 题 3 23 图 静应力 r 1 F F d1 d2 d3 d1 d1 d1 d3 d2 F F AAA FrFrFr n nFa 对称 循环应力 r 1 非对称 循环应力 1 r 1 3 24 零件的等寿命疲劳曲线与材料试件的等寿命疲劳曲线有何区别 在相同的应力变化规律 下 零件和材料试件的失效形式是否总是相同的 为什么 用疲劳极限应力图说明 3 25 试说明承受循环变应力的机械零件 在什么情况下可按静强度条件计算 什么情况下可 按疲劳强度条件计算 答 N 1 1 MPaMPaMPaMPa s s s sN N N N 550550550550 1 1 1 1 1 1 1 1 MPaMPaMPaMPa N N N N 04040404 452452452452 101010105 5 5 5 101010105 5 5 5 1 1 1 1 9 9 9 9 6 6 6 6 6 6 6 6 1 1 1 1 2 2 2 2 MPaMPaMPaMPa N N N N 350350350350 1 1 1 11 1 1 1 3 3 3 3 因为 N3 N0 塑性材料 已进入无限寿命区 所以取 1 1 1 11 1 1 1 3 3 3 3 N N N N 解 1 1 1 1 1 1 1 1 q q q qk k k k 1 1 1 1 1 1 1 1 q q q qk k k k 附图 3 182828282 0 0 0 0 q q q q84848484 0 0 0 0 q q q q 2 2 2 2 1 1 1 140404040 48484848 d d d dD D D D075 0 40 3 dr 82828282 1 1 1 1035035035035 0 0 0 0 04040404 0 0 0 01 1 1 1 0 0 0 0 62626262 1 1 1 109090909 2 2 2 2 09090909 2 2 2 2 6724672467246724 1 1 1 1 k k k k 4675467546754675 1 1 1 1035035035035 0 0 0 0 44444444 0 0 0 01 1 1 1 0 0 0 0 33333333 1 1 1 166666666 1 1 1 1 66666666 1 1 1 1 3927392739273927 1 1 1 1 k k k k 附图 3 273737373 0 0 0 0 附图 3 385858585 0 0 0 0 附图 3 484848484 0 0 0 0 零件不强化处理1 1 1 1 q q q q 所以 4814481448144814 2 2 2 21 1 1 1 1 1 1 1 84848484 0 0 0 0 1 1 1 1 73737373 0 0 0 0 6724672467246724 1 1 1 1 k k k k 82889828898288982889 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 84848484 0 0 0 0 1 1 1 1 85858585 0 0 0 0 3927392739273927 1 1 1 1 k k k k 3 29 某轴只受稳定交变应力的作用 工作应力 max 240MPa min 40MPa 材料的机械性能 1 450MPa s 800MPa 0 700Mpa 轴上危险截面处的 k 1 3 0 78 1 q 1 绘制材料的简化极限应力图 用作图法求极限应力 r及安全系数 按 r C 加载和无限寿命考虑 取 S 1 3 试用计算法验证作图法求S值 并校验此轴是否安全 s 3 30 一零件由 45 钢制成 材料的力学性能为 S 360MPa 1 300MPa 0 2 已知零件 上两点的最大工作应力和最小工作应力分别为 M1点 max 190 Mpa min 110 Mpa M2点 max 170 Mpa min 30 Mpa 应力变化规律为 r 常数 弯曲疲劳极限的综合影响系数K 2 0 试 分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数 解 1 A 点 0 1 B 点 0 2 0 2 S 点 s 0 2 667667667667 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 q q q q k k k k k k k k 270270270270 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 K K K K A A A A 210210210210 350350350350 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 00 0 0 0 K K K K B B B B 工作点 a 240 40 2 140 m 240 40 2 100M 166 248 m 166 248 414 解 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 2 2 2 2 MPaMPaMPaMPa500500500500 0 0 0 0 250250250250 2 2 2 2 0 0 0 0 125125125125 2 2 2 2 0 0 0 0 k k k k 150150150150 1 1 1 1 k k k k M1 150150150150 2 2 2 2 110110110110190190190190 m m m m 40404040 2 2 2 2 110110110110190190190190 a a a a M2 100100100100 2 2 2 2 30303030170170170170 m m m m 70 707070 2 2 2 2 30303030170170170170 a a a a 图解 892892892892 1 1 1 1 5 5 5 5 31313131 6 6 6 6 59595959 1 1 1 1 S S S S 877877877877 1 1 1 1 45454545 2 2 2 2 6 6 6 6 40404040 2 2 2 2 S S S S 解析法 M1 m m m ma a a a k k k k S S S S 1 1 1 1 1 1 1 1 72727272 2 2 2 2 1501501501502 2 2 2 0 0 0 0404040402 2 2 2 300300300300 894894894894 1 1 1 1 190190190190 360360360360 maxmaxmaxmax 1 1 1 1 s s s s S S S S M2 875875875875 1 1 1 1 1001001001002 2 2 2 0 0 0 0707070702 2 2 2 300300300300 2 2 2 2 S S S S 725 1 240 414 max r S 3 m m m ma a a a k k k k S S S S 1 1 1 1 3 3 3 3 1 1 1 1 7188718871887188 1 1 1 1 S S S S 安全 2857285728572857 0 0 0 0 2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 O S B B A A M M 1 0 0 1 4 0 m m m m C A O M2 1 0 0 7 0 M1 1 5 0 4 0 M1 M2 D 2 5 0 1 2 5 3 31 转轴的局部结构如题 3 28 图所示 已知轴的 截面承受的弯矩 M 300N m 扭矩 T 800N m 弯曲应力为对称循环 扭转切应力为脉动循环 轴的材料为40Cr钢调质 1 355MPa 1 200MPa 0 2 0 1 设 K 2 2 K 1 8 试计算考虑弯曲和扭转共 同作用时的计算安全系数 Sca 3 32 实心转轴的危险截面上受有载荷为 弯矩M 100N m 转矩为周期变化 T 0 50N m 轴 的材料为碳钢 已知力学性能为 s 300MPa 1 170MPa s 180MPa 1 100MPa 若截面 直径 d 25mm 有效应力集中系数 k 1 79 k 1 47 尺寸系数 0 84 0 78 表面质量 系数 0 9 强化系数 q 1 材料常数 0 34 0 21 试确定安全系数 S 计算时 可按无限寿命考虑 忽略横向剪应力的作用 解 M minminminmin3 3 3 3 875875875875 46464646 404040401 1 1 1 0 0 0 0 300000300000300000300000 MPaMPaMPaMPa WWWW MMMM b b b b b b b b 1 1 1 1 r r r r875875875875 46464646 a a a a 0 0 0 0 m m m m T maxmaxmaxmax3 3 3 3 5 5 5 5 62626262 404040402 2 2 2 0 0 0 0 800000800000800000800000 MPaMPaMPaMPa WWWW T T T T T T T T T T T T 0 0 0 0 minminminmin 0 0 0 0 r r r r MPaMPaMPaMPa m m m ma a a a 25252525 31313131 2 2 2 2 5 5 5 5 62626262 4424442444244424 3 3 3 3 0 0 0 02 2 2 2 0 0 0 0875875875875 464646462 2 2 2 2 2 2 2 355355355355 1 1 1 1 m m m ma a a a k k k k S S S S 3684 3 25 311 025 318 1 200 1 ma k S 4076407640764076 2 2 2 2 2 2 2 22 2 2 2 s s s ss s s s s s s ss s s s S S S Sca cacaca 屈服安全系数 查书 P35540Cr s 540MPa 按第三强度理论 04892048920489204892 4 4 4 4 4 4 4 4 2 2 2 2 maxmaxmaxmax 2 2 2 2 maxmaxmaxmax s s s s cacacaca S S S S 屈服安全系数 查P355碳钢 s 355MPa 第三强度理论 87878787 4 4 4 4 4 4 4 4 2 2 2 2 maxmaxmaxmax 2 2 2 2 maxmaxmaxmax s s s s cacacaca S S S S 解 M a a a a b b b b MPaMPaMPaMPa WWWW MMMM