机械设计作业集答案解析

第三章机械零件的强度、选择题3—1零件的截面外形肯定，当截面尺寸增大时，其疲乏极限值将随之 _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G点的极限应力点应取为B2G点的极限应力点应取为B2ABiBB2CDDD3—3bnF常数，则对应C点的极限应力点应取为_C，对应G点的极限应力点应取为_D。

G、C所示的两点，假设加载规律为 r=常数。在进2A，对应3—4在图中所示的极限应力图中，工作应力点为

C,0C线与横坐标轴的交角=60，则该零件所受的应力为D所受的应力为D。ACD对称循环变应力B脉动循环变应力bmax bmin、符号〔正负〕一样的不对称循环变应力bmax bmin、付号〔正负〕不同的不对称循环变应力BAB B E CDDDi 2 23—5某四个构造及性能一样的零件甲、乙、丙、丁，假设承受最大应力的值相等，而应力循环特性r分别为+1、-1、°、0.5，则其中最易发生失效的零件是 B。A甲 B 乙C3—6某钢制零件材料的对称循环弯曲疲乏极限

=3°°MPa假设疲乏曲线指数n=9应力循环基b-1b数N=1°7，当该零件工作的实际应力循环次数°

N的疲乏极限b-1N为 A300

MPaB420 C500.4

D430.53—7某构造尺寸一样的零件，当承受_C_材料制造时，其有效应力集中系数最大。AHT200B35号钢

C40CrNi

D45号钢b b b 3—8某个40Cr钢制成的零件， =750MPa =550MPa =350MPa®=0.25，零件危b b b B s -1b的最大工作应力气b

nax

最小工作应力

=-75MPa,疲乏强度的综合影响系数bninbKb=1.44，则当循环特性r=常数时，该零件的疲乏强度安全系数A2.97B1.74C1.90D1.45Kb

S为_B_。bab3—9对于循环基数N=10的金属材料，以下公式中，_A_是正确的。0A Nl=Cbrn

BN=CC 寿命系数kbNb

mN/N0

寿命系数k<1.0N3—10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bS=6.0、S=18.0，则该轴的实际计算安全系数为 _CA12.0B6.0C5.69D18.0b3—11在载荷和几何尺寸一样的状况下，钢制零件间的接触应力

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一样，以曲面接触受载时，两者的接触应力值A相等 B 不相等C是否相等与材料和几何尺寸有关

—A_D材料软的接触应力值大b3—13两等宽的圆柱体接触，其直径 di=2c,弹性模量E=2E，则其接触应力为 A 。bFd2Fd3idiABFd2Fd3idiAB

F,3—14图3—15在上题A图中，d=2d，小圆柱的弹性模量为E,大圆柱的弹性模量为2 i

E,E为肯定值，s大小圆柱的尺寸及外载荷 F—定，则在以下四种状况中，应力最小。

的接触应力最大，_亠的接触AE=EFE/2 B

=E/2 C

=E D

=E>=EI s s i二、填空题3—16推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 [d] 及 Sea》[S] 。3—17在静载荷作用下的机械零件，不仅可以产生3—18在变应力工况下，机械零件的强度失效是及_粗糙区_两局部。

_静—应力，也可能产生_变_应力。疲乏失效；这种损坏的断面包括_光滑区3—19钢制零件的d-N曲线上，当疲乏极限几乎与应力循环次数 N无关时，称为—无限寿命—循环疲乏；而当N<N时，疲乏极限随循环次数N的增加而降低的称为—有限寿命—疲乏。SS3—20公式S------------表示复合〔双向〕应力状态下―疲乏或静强度的安全系数，而TS^V2max2max2max2max3—21零件外表的强化处理方法有_化学热处理、高频外表淬火、外表硬化加工—等。3—22机械零件受载荷时，在_截面外形突变处_产生应力集中，应力集中的程度通常随材料强度的增大而一增大_。三、分析与思考题3—23图示各零件均受静载荷作用，试推断零件上

A点的应力是静应力还是变应力，并确定应力比r力比r的大小或范围。FrFrFrFa非对称A-1<r<1静应力r=+13—23图对称循环应力r=答：考虑零件的几何外形变化、加工尺寸、加工质量及强化因素的影响，使得零件的疲乏极限要小于材料试件的疲乏极限。在一样的应力变化规律下，零件和材料试件的失效形式相比不肯定一样，如图示：M答：考虑零件的几何外形变化、加工尺寸、加工质量及强化因素的影响，使得零件的疲乏极限要小于材料试件的疲乏极限。在一样的应力变化规律下，零件和材料试件的失效形式相比不肯定一样，如图示：Mi点一样，而M2点材料静强度失效，零件是疲乏失效，不同区域为图中阴影面积。(m3—25试说明承受循环变应力的机械零件，在什么状况下可按静强度条件计算？什么状况下可按疲乏强度条件计算？f答：N<ic时，或在疲乏极限应力图处OGC区域时，可依据静强度计算，否则，应依据疲乏强f度计算。他 43—26在双向稳定变应力下工作的零件，怎样进展疲乏强度的计算?答：先按单向应力分别计算出：S„STSSS再由：Sea’[S]检验。VS2S2四、设计计算题b 3—27某材料的对称循环弯曲疲乏极限应力 =350Mpa疲乏极限=550Mpab -i s6 4 5 7b X X X =750Mpa循环基数N)=510,m=9试求对称循环次数N510、510、510b X X X B95 106解: 1N 1.51041

1 583.835MPa 1N1

s,二1N1

s550MPa1N 1

452.04MPa3—281材料的强度极限

b =650Mpa 外表精车，不进展强化处理。试确定IBII截面处的弯曲疲乏极限的综合影响系数 心和剪切疲乏极限的综合影响系数 &I由于：N>M

塑性材料，已进入无限寿命区，所以取

1N3 1 R3解：k解：k1q(1),k1q(1)3-1q0.82q0.84ID/d48/401.2r/d3/400.075

—图3 282.092.091.622.090.0351.82k1.67240.10.041.661.660.11.330.44----0.0351.4675k1.39273-20.73附图3-30.8553-40.84零件不强化处理q1167241所以：k1)12.4814(0.73 0.841.3927 1k(0.850.841)11.828893—29某轴只受稳定交变应力的作用，工作应力

=240MPa =-40MPa。材料的机械性能bbma minbbb-1

=450MPa =800MPa =700Mpa轴上危急截面处的k=1.3，&=0.78, =1=1。⑴绘制材料的bs b0 ff ff 3b ,3q简化极限应力图；⑵用作图法求极限应力d及安全系数〔按r=C加载和无限寿命考虑〕⑶取[S]=1.3，试用计算r法验证作图法求S值，并校验此轴是否安全。3—3045钢制成，材料的力学性能为:件

d=360MPaTs

=300MPa2-1

=0.2。零上两点的最大工作应力和最小工作应力分别为：

M点：CT

(ymax

=190Mp3

maxCTmin

=190MpaT

=TminTTmax

=170MpaT

min

=30Mpa,应力变化规律为

110MpQM 点：r=K=2.0,解: 500MPa二250 0 125 1 1502 2k kMi：

190110

190 110150

M2: 17030 2

17030702图解：31.540.631.540.62.451.877解析法:M1：3002.72cm

59.6

1.892240 0.2150360——1.894190maxM2： 1.875270 0.2100试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。I 3—31转轴的局部构造如题 3-28图所示。轴的-I 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

M=300N.m扭矩40Cr钢调质，T-1=355MPaT-1=200MPa2T=0.2,2<=0.1，设K

=2.2,KTTT

=1.8，试计算考虑弯曲和扭转共同作用时的计算安全系数 S。ca解：M:T:

300000W040Wb800000

46.875MPa62.5MPa

rmin0

46.875

62.5WT 0.2

403

355

max min3.4424

31.25MPam2.246.875 0.20ca200ca

3.3684 S

2.40761.831.25屈服安全系数：查书 P355

0.131.2540Cr：cs=540MPa

s2 s2

Sca

s2 42

4.048923—32实心转轴的危急截面上受有载ma为：ax M=100N.m转矩为周期变化， T=0—50N.m>轴

(T=300MPa(T=170MPaT=180MPaT =100MPas -1 s -1直径d=25mm有效应力集中系数kT=1.79,k=1.47，尺寸系数&。=0.84T

T=0.78，外表质量BqB系数=3 =0.9，强化系数=1，材料常数®=0.34,®BqBT T T TMWbMWb100000325/32T5000025/16解：M: