机械设计作业集第3章答案

1、第三章机械零件的强度一、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 C 点的极限应力点应取为A，对应 C 点的极限应力点应取为B。12AB1BB2CDD D2 a13 3 同上题，若加载规律为m=常数，则对应C1 点D 1B 1D2C的极限应力点应取为2C2B2C ，对应 C 点的极限应力点1应取为D 。O SA B1BB2C D1DD2题32图m3 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

2、交角=600，则该零件所受的应力为D。 aA对称循环变应力B脉动循环变应力CC max、 min 符号（正负）相同的不对称循环变应力o mD 、符号（正负）不同的不对称循环变应力题min34 图max3 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。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=107，当该零件工作的实际应力循环次数N=105 时，则按有限寿命计算，对应于N的疲劳极限 -1N 为CMPa。

3、A 300B 420C 500.4D 430.53 7 某结构尺寸相同的零件, 当采用C材料制造时 , 其有效应力集中系数最大。A HT200B 35号钢C 40CrNiD45 号钢3 8 某个 40Cr 钢制成的零件，已知=750MPa，=550MPa，=350MPa，=0.25 ，零件危Bs-1险截面处的最大工作应力量=185MPa，最小工作应力min=-75MPa，疲劳强度的综合影响系数maxK =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。A 2.97B 1.74C 1.90D 1.453 9 对于循环基数N0=107 的金属材料 , 下列公式中 ,A是

4、正确的。A r mN=CB Nm=CC寿命系数 k Nm N / N0D寿命系数 kN<1.0310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。A 12.0B6.0C 5.69D 18.03 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1

5、2，弹性模量1，则其接触应力为A。d =2dE =2EA =H2B =2H2C =4H2D =8H2H1H1H1H13 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。FFd1d1FFd2d3d2d3d1d1ABCD题 314 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。AE 1=E2=E/2BE1=E、E2=E/2CE1=E/2、E2=EDE1=E2=E二、填空题3 16判断

6、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ScaS。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0N的增加而降低的称为有限寿命疲劳。N<N 时，疲劳极限随循环次数S S表示复合（双向 ）应力状态下疲劳或静强度的安全系数，而320 公式 SS2S2Ss表示复合（双向）应力状态下的静 强度的安全系数。2 2max4 max3 21零件表面的

7、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。FrFrFrnFan非对称AAA循环应力-1<r<1题 323 图对称静应力循环应力r= +1r= -13 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）？答：考虑零件的几何形状变化、 加工

8、尺寸、加工质量及强化因素的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。在相同的应力变化规律下， 零件和材料试件的失效形式相比不一定相同，如图示： 点相同， 而点材料静强度失效， 零件是疲劳失效， 不同区域为图中阴影面积。a零件材料M 1M 2mO3 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<103 时，或在疲劳极限应力图处 OGC区域时，可按照静强度计算，否则，应按照疲劳强度计算。aG疲静mOC3 26 在双向稳定变应力下工作的零件，怎样进行疲劳强度的计算？答：先按单向应力分别计算出:S,S S S S 检验。再

9、由： ScaS2S2四、设计计算题3 27 某材料的对称循环弯曲疲劳极限应力-1 =350Mpa，疲劳极限S=550Mpa，强度极限 B=750Mpa，循环基数 N0=5×106， m=9，试求对称循环次数 N 分别为 5× 104 、5× 105、 5× 107 次时的极限应力。解：1 N 19510615410951061N 251061583.835MPa1 N1s ， 1N 1s550MPa452.04MPa1N 31350MPa因为： N3>N0， 塑性材料，已进入无限寿命区，所以取1N 313 28某零件如图所示，材料的强度极限B=65

10、0Mpa，表面精车，不进行强化处理。试确定-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 R3解： k1q (1) ， k1 q (1) 48 40附图 3-1q0.82q0.84D / d48/401.2r / d3/ 400.075题 328 图2.092.091.620.0351.82k1.67240.10.041.661.661.330.035 1.4675k1.39270.10.44附图 3-20.73 ,附图 3-30.85附图 3-40.84零件不强化处理q1所以： k(1.672411)12.48140.730.84k( 1.392711)11.82889

11、0.850.843 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。解：（ 1） A 点（ 0， -1 ）， B 点（ 0/2 ， 0/2 ）， S 点（ s.0）（ 2） k( k11)11.667A (0,1 )(0,270) B ( 0 ,0 ) (

12、350,210)qK22K工作点： a =(240+40)/2=140 m=(240-40)/2=100 M (166,248) m=166+248=414414mSrmax1.725A240Bs（3） S1kamAMB1.7188S1.3 安全M(100,140)2100.2857m0OS3 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：M 点： =190 Mpa、min=110 Mpa；M 点：1max2max=170 Mpa、min =30 Mpa，应力变化规律为r= 常数，弯曲疲劳极限

13、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：2100500 MPa02500125115022kk0M 1： m190110150190110M 2 ：1703010017030702a40ma222图解： S59 .61.892m131 .540.6AM 2S1.877D(250,125)22.45解析法：M1 M2 (100,70)M 1:S 11kM 1(150,40)am3002.72OC m2400.2150S1M2: S2s 3601.894max1903001.8752700.21003 31 转轴的局部结构如题3-28图所示。已知轴的- 截面承

14、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。解： M:bM30000046.875MPaminr1a46 .875m0Wb0.1403T:TT80000062.5 MPamaxmin0 r062.531.25MPaWT0.2403am2S13553.4424k2.246.8750.20amS12003.3684Scas s2.4076km 1.8 31.25

15、 0.1s2a31.25s2屈服安全系数：查书P35540Cr： s =540MPa按第三强度理论：Scas4.0489222max4 max3 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=050N.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：maxM1