第三章 机械零件的疲劳强度设计

1、第三章 机械零件的疲劳强度设计一、选择题31 45钢的持久疲劳极限-1270MPa,，设疲劳曲线方程的幂指数m=9，应力循环基数N0=5×106次，当实际应力循环次数N=104次时，有限寿命疲劳极限为_MPa。（1）539 （2）135 （3）175 （4）41732 有一根阶梯轴，用45钢制造，截面变化处过渡圆角的疲劳缺口系数K=1.58，表面状态系数0.28，尺寸系数0.68，则其疲劳强度综合影响系数KD=_。（1）0.35 （2）0.88 （3）1.14 （4）2.8333 形状、尺寸、结构和工作条件相同的零件，采用下列不同材料制造：a）HT200；b）35钢；c）40CrNi

2、钢。其中设计零件的疲劳缺口系数最大和最小的分别是_。（1）a）和b） （2）c）和a） （3）b）和c）（4）b）和a） （5）a）和c） （6）c）和b）34 零件的截面形状一定，如绝对尺寸（横截面尺寸）增大，疲劳强度将随之_。（1）增高 （2）不变 （3）降低35 零件的形状、尺寸、结果相同时，磨削加工的零件与精车加工相比，其疲劳强度_。（1）较高 （2）较低 （3）相同36 零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后，其疲劳强度_。（1）增高 （2）降低 （3）不变 （4）增高或降低视处理方法而定37 影响零件疲劳强度的综合影响系数KD或KD与_等因素有关。（1）零件的应力集中、加工方

3、法、过载（2）零件的应力循环特性、应力集中、加载状态 （3）零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中（4）零件的材料、热处理方法、绝对尺寸。 38 已知设计零件的疲劳缺口系数K=1.3、尺寸系数0.9、表面状态系数0.8。则疲劳强度综合影响系数KD为_。 （1）0.87 （2）0.68 （3）1.16 （4）1.8 39 已知零件的极限应力r=200MPa，许用安全系数S=2，影响零件疲劳强度的系数为K=1.2，0.83，0.90。则许用应力为r_MPa。 （1）160.6 （2）106.7 （3）62.25 （4）110.7 310 绘制设计零件的ma极限应力简图时，所必须的已知数据是_。 （1）

4、1，0，s, K （2）1，0，s, KD（3）1，s, ， K （4）1，0，, KD311 在图示设计零件的ma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45o，则该零件受的是_。（1）不变号的不对称循环变应力 （2）变号的不对称循环变应力（3）脉动循环变应力 （4）对称循环变应力312 在题311图所示零件的极限应力简图中，如工作应力点M所在的ON线与横轴之间的夹角90o时，则该零件受的是_。 题311图（1）脉动循环变应力 （2）对称循环变应力（3）变号的不对称循环变应力 （4）不变号的不对称循环变应力313 已知一零件的最大工作应力max=180MPa，最小工作应力min

5、=80MPa。则在图示的极限应力简图中，该应力点M与原点的连线OM与横轴间的夹角为_。（1）68o5744（2）21o215（3）66o215（4）74o2833题313图 题314图314 在图示零件的极限应力简图上，M为零件的工作应力点，若加载于零件的过程中保持最小应力min为常数。则该零件的极限应力点应为_。（1）M1 （2）M2 （3）M3 （4）M4315 上题若在对零件加载的过程中保持应力比r为常数。则该零件的极限应力点应为_。（1）M1 （2）M2 （3）M3 （4）M4316 314题若在对零件的加载过程中保持平均应力m常数。则该零件的极限应力点应为_。（1）M1 （2）M2（

6、3）M3 （4）M317 零件的材料为45钢，b=600MPa，s=355MPa，-1=270MPa，=0.2，零件的疲劳强度综合影响系数KD=1.4。则在图示的零件极限应力简图中角为_ 题317图（1）36o5535 （2）41o1422 （3）48o4538318 已知45钢调制后的力学性能为：b=620MPa，s=350MPa，-1=280MPa，0=450MPa。则为_。（1）1.6 （2）2.2 （3）0.24 （4）0.26319 某零件用45Mn2制造，材料的力学性能为：b=900MPa，s=750MPa，-1=410MPa，=0.25。影响零件疲劳强度的系数为：K1，0.85，

7、0.8。则该零件受脉动循环变应力作用时，其极限应力为_。（1）223 （2）328 （3）551 （4）656320 在题311图所示零件的极限应力简图中，如工作应力点M所在的ON线与横轴间的夹角50o，则该零件受的是_。（1）脉动循环变应力 （2）对称循环变应力（3）变号的不对称循环变应力 （4）不变号的不对称循环变应力321 一零件由40Cr制成，已知材料的b=980MPa，s=785MPa，-1=440MPa，=0.3。零件的最大工作应力max=240MPa，最小工作应力min=80MPa，疲劳强度综合影响系数KD=1.44。则当应力比r=常数时，该零件的疲劳强度工作安全系数S为_。（1

8、）3.27 （2）1.73 （3）1.83 （4）1.27322 一零件由20Cr制成，已知-1=350MPa，s=540MPa，=0.3，零件的最大工作应力max=185MPa，最小工作应力min=85MPa，疲劳强度综合影响系数KD=1.41。则当平均应力常数时该零件按应力幅计算的工作安全系数为_。（1）4.07 （2）2.89 （3）2.59 （4）1.76323 若材料疲劳曲线方程的幂指数m=9，则以对称循环应力1=500MPa作用于零件N1=104次以后，它所造成的疲劳损伤，相当于应力2=450MPa作用于零件_次。（1）0.39×104 （2）1.46×104

9、（3）2.58×104 （4）7.45×104324 若材料疲劳曲线方程的幂指数m=9，则以对称循环应力1=400MPa作用于零件N1=105次以所造成的疲劳损伤，相当于应力2=_MPa作用于零件N2=104次所造成的疲劳损伤。（1）517 （2）546 （3）583 （4）615325 45钢经调制后的疲劳极限-1=300MPa，应力循环基数N0=5×106次，疲劳曲线方程的幂指数m=9，若用此材料做成的试件进行试验，以对称循环应力1=450MPa作用104次，2=400MPa作用2×104次。则工作安全系数为_。（1）1.14 （2）1.25 （3）

10、1.47 （4）1.65326 45钢经调制后的疲劳极限1=300MPa，应力循环基数N0=5×106次，疲劳曲线方程的幂指数m=9，若用此材料做成的试件进行试验，以对称循环应力1=450MPa作用104次，2=400MPa作用2×104次后，再以3=350MPa作用于此试件，直到它破坏为止，试件还能承受的应力循环次数为_次。（1）6.25×105 （2）9.34×105 （3）1.09×106 （4）4.52×106二、分析与思考题327 机械零件疲劳强度的计算方法有哪两种？其计算准则各是什么？328 机械零件在变应力条件下工作发生

11、疲劳断裂而失效的过程怎样？329 在一定的应力比r下工作的金属试件，其应力循环次数与疲劳极限之间有怎样的内在联系？怎样区分试件的无限工作寿命和有限工作寿命？怎样计算在有限寿命下工作的试件的疲劳极限？330 什么是应力循环基数？一般碳钢和高硬度合金钢的循环基数是多少？331 按疲劳曲线(N)设计零件时，适用的条件是什么？当循环次数N104时，(N)曲线是否适用？为什么？在这种情况下应如何处理？332 试区分金属材料的几种应力极限：b、s、1、0和r。在零件设计中确定许用应力时，应当怎样根据具体工作情况选取这些应力极限？它们之间的关系有哪些经验公式？333 影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？提

12、高机械零件疲劳强度的措施有哪些？334 机械零件受载时在什么地方产生应力集中？应力集中与材料的强度有什么关系？335 什么是机械零件的疲劳缺口系数？有三个形状尺寸一致、工作条件也相同，分别用铸铁、低强度钢和高强度钢制造的零件，哪一个零件的疲劳缺口系数最大？哪一个最小？机械零件设计中，常见的应力集中源有哪些？如果在零件的同一截面上同时存在几个应力集中源时，其疲劳缺口系数值应当如何选取？336 疲劳强度的综合影响系数KD，KD的意义是什么？其计算公式是什么？337 怎样区分变应力是稳定的还是非稳定的？怎样进行在稳定变应力下的零件强度计算？怎样进行在规律性非稳定变应力下的零件强度计算？338 在极限

13、应力简图上，对各种加载情况（即r=常数、m常数、min常数）如何判断零件是首先产生疲劳破坏还是首先产生塑性变形破坏？若有数学式子来判断，试写出其判断条件式。339 试推导出min常数或m常数时安全系数的计算公式，并比较r常数和上述两种情况下安全系数计算公式的区别（可代入一些具体数字进行比较）。340 和的几何意义和物理意义是什么？材料的强度愈高，和的值愈大还是愈小？341 求单向应力状态下的安全系数时，在什么情况下需要验算屈服强度安全系数？为什么？怎样验算？342 怎样用图解法求单向应力状态下的安全系数？用图解法求安全系数有何优点？343 何谓疲劳损伤累积假说？线性疲劳损伤累积计算的数学表达式

14、为何？344 零件在非稳定变应力下工作的安全系数如何计算？要求写出计算步骤和计算公式并加以必要的说明。345 怎样求复合应力状态下的安全系数？346 试说明当加在零件上的外载荷一定时，突然加载（动载）引起的应力和变形至少为渐缓加载（静载）的两倍。三、设计计算题 题347图347 如图所示某旋转轴受径向载荷F=12kN作用，已知跨距L=1.6m，直径d=55mm，轴的角速度为，求中间截面上A点的应力随时间变化的表达式，并求A点的max、min、a和m。 348 一内燃机中的活塞连杆，当气缸发火时，此连杆受压应力max=150MPa，当气缸进气开始时，连杆承受拉应力min=50MPa，试求：（1）

15、该连杆的平均应力m、应力幅a和应力比r；（2）绘出连杆的应力随时间而变化的简图。349 一转动轴如图所示，轴上受有轴向力Fa=1800N，径向力Fr=5400N，支点间的距离L=320mm，轴是等截面的，直径d=45mm。试求该轴危险截面上的循环变应力的max、min、m、a和r。题349图 题350图350 某一转轴的局部结构如图所示，轴的材料为Q235普通碳钢，精车制成。若已知直径D=120mm，d=110mm，圆角半径r=5mm，材料的力学性能为：b=450MPa，s=220MPa，试求截面变化处的疲劳强度综合影响系数KD和KD。351 由脆性材料制成的受弯平板的平面尺寸如图所示，板厚3

16、0mm。A、B两处各有一个直径5mm的穿透小孔，弯矩M=20kN·m。试分别计算、两截面上的最大应力值。疲劳缺口系数查题353附图。352 一转轴的各段尺寸及其受载情况如图所示。所有圆角半径均为r=3mm。试分别计算至各截面上的最大弯曲应力的名义值和实际值。疲劳缺口系数查题353附图。题351图 题352图353 用高强度碳钢制成的构件的平面尺寸如图所示，厚8mm，受拉力F=50kN。该构件的、截面上分别有15mm的圆孔、R7.5mm的半圆缺口和R7.5mm的圆角。试分别计算这三个截面上的最大应力。 题353附图附注：这三种结构的疲劳缺口系数值可从上图曲线中查得。354 题353中如

17、载荷F在2585kN之间做周期性的变化，材料改为20CrMnTi，其力学性能为s=835MPa，-1=345MPa，0=615MPa。危险截面上的疲劳缺口系数K=1.45，尺寸系数0.75，表面状态系数0.9，按无限寿命考虑。试画出ma极限应力图，并用图解法和解析法确定安全系数S。355 用题354的条件画出mmax和min极限应力图，并用图解法和解析法确定安全系数。可参阅5。356 按题354的条件，除载荷F变为在3264kN之间作周期性变化外，其余条件不变。试画出minmax极限应力简图，并用图解法和解析法确定安全系数。可参阅5。357 一阶梯轴轴肩处的尺寸为D=60mm，d=50mm，r

18、=4mm，如材料的力学性能为：b=650MPa，s=360MPa，-1=200MPa，0=320MPa。试绘制此零件的简化极限应力线图。358 如上题中危险截面处的平均应力m=30MPa，应力幅a=45MPa，试分别按（1）r=c；（2）m=c求出该截面上的计算安全系数S。359 一转轴的危险截面上作用有周期性波动的载荷：弯矩M=100200N·m，转矩T=0100N·m。轴的材料为45钢，力学性能：s=400MPa，-1=270MPa，0=480MPa，s=216MPa，-1=156MPa，0=300MPa。若截面直径d=25mm，疲劳缺口系数K=1.78，K=1.45，

19、尺寸系数=0.9，=0.93，表面状态系数=0.91，=0.95。试确定安全系数S。计算时可按无限寿命考虑，忽略剪力的作用。360 题159中，如转矩T在0800N·m间作周期性的波动，力和的大小和方向始终不变。已知轴的材料为45钢调制，力学性能：s=360MPa，-1=300MPa，0=500MPa，s=216MPa，-1=155MPa，0=282MPa。危险截面4上的疲劳缺口系数K=1.9，K=1.40，尺寸系数=0.74，=0.84，表面状态系数=0.92，=0.95。试确定轴的安全系数S。计算时可按无限寿命考虑，忽略剪力的作用。361 一机械零件，b=650MPa，s=360

20、MPa，如果受到交变应力的作用，max=250MPa，问应力比r大于多少时开始按塑性变形计算。362 一机械零件用45钢制造，材料的b=650MPa，s=360MPa，如果受到交变应力作用，应力比r=0.5，max=240MPa问其工作应力点是处于疲劳强度区还是屈服强度区。若r=0.2，r=0.5应如何计算。363 一零件用合金钢制成，其危险截面上的最大工作应力max=250MPa，最小工作应力min=50MPa，该截面处的疲劳缺口系数K=1.32，尺寸系数=0.85，表面状态系数=0.9。该合金钢的力学性能为：b=900MPa，s=800MPa，-1=440MPa，0=720MPa。要求：（

21、1）按比例绘制零件的简化极限应力简图；（2）按r=c求与工作应力点相对应的极限应力幅a，极限平均应力m和极限应力max；（3）按r=c校核此零件危险截面上的安全系数S。364 一曲柄如图所示，受脉动循环载荷作用，在截面AA处有最大弯曲应力max=120MPa，曲柄材料为40Cr调制处理，圆角处精磨，应力循环次数N106。试用解析法和图解法校核AA截面处安全系数是否满足要求。已知S=2.5。 题364图365 一钢制零件，工作应力为：max=250MPa，min=50MPa。零件的疲劳强度综合影响系数KD=1.35，材料的力学性能为b=630MPa，s=455MPa，-1=285MPa，0=51

22、0MPa。若许用安全系数对变应力取S=1.3、对静应力取S=1.5，并按无限寿命考虑，试分别用解析法和图解法校核该零件的安全系数。 题366图366 如图所示桥式吊车卷筒轴轴颈d=85mm，D=100mm，r=4mm，所吊重物的重量W=50kN，由于自身转动而承受对称循环交变应力。已知轴用45钢调制，表面精车。如果取安全系数S=2，试校核轴nn截面处的疲劳强度。367 在题350中，若危险截面上同时作用有弯矩M=6.5×106N·mm产生的对称循环弯曲应力和由转矩T=6.5×105N·mm产生的对称循环扭转应力，试校核该截面的抗疲劳安全系数S。已知该轴的应力循环次数不低于107，S=1.5。368 齿轮减速器的输出轴受稳定载荷作用，单向运转，已知某截面上受弯矩M=2500N·m，转矩T=5000N·m，轴向力Fa=75kN，轴的材料为合金钢，-1=450MPa，-1=260MPa，0=450MPa，0=495MPa，该截面的直径d=60mm，疲劳缺口系数K=1.9，K=1.6，尺寸系数为=0.84，=0.7