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G、G所示的两点，若加载规律为r二常数。在进行安全系数校核时，对应Cx点的极限应力点应取为月，对应a点的极限应力点应取为£.ABxBB：CD：D33同上题，若加载规律为。”常数，则对应Q点的极限应力点应取为C,对应a点的极限应力点应取为DoABiBB：CDiDD23-4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。二60°,则该零件所受的应力为。°4a对称循环变应力b脉动循环变应力

2、C。皿、。行符号（正负）相同的不对称循环变应力厂D。皿、。行符号（正负）不同的不对称循环变应力题34图m3-5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。-尸300MPa,若疲劳曲线指数匹9,应力循环基数凡二10：,当该零件工作的实际应力循环次数AE”时，则按有限寿命计算，对应于N的疲劳极限o小为CMPa。A300B420C500.4D430.53-7某结构尺寸相同的零件，当采用吉材料制造时，其有效应力集中系数最大。AHT200B35号钢C4

3、0CrNiD45号钢38某个40Cr钢制成的零件，已知。s=750MPa,。k550MPa,。-尸350MPa,巾“二0.25,零件危险截面处的最大工作应力量。3二185MPa,最小工作应力。11nb75MPa,疲劳强度的综合影响系数K.=1.44,则当循环特性常数时，该零件的疲劳强度安全系数S-为A2.97B1.74C1.90D1.453-9对于循环基数用Nd的金属材料,下列公式中，月是正确的。A0r°N=CBON°二CC寿命系数=，,N/N。D寿命系数底1.03-10已知某转轴在弯-扭爱合应力状态下工作，其弯曲与扭转作用下的计算安全系数分别为S0=6.0、S,=18.0

4、,则该轴的实际计算安全系数为C°A12.0B6.0C5.69D18.03-11在载荷和几何尺寸相同的情况下，钢制零件间的接触应力上_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，两者的接触应力值月.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&二2%,弹性模量上产生，则其接触应力为月。A。H1=。由B。X1=2。由C。H1=4。胫D。H1=8。M2D3-14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,则题3-14图3-15在

5、上题A图中，出=24,小圆柱的弹性模量为£”大圆柱的弹性模量为区，£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,总的接触应力最小。AEfEfE/2BEfE、E：=E/2CEfE/2、E：=EDE；=E产E二、填空题3-16判断机械零件强度的两种方法是一最大应力法及安全系数法:其相应的强度条件式分别为及ScSJo3-17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；这种损坏的断力包括光滑区及粗糙区两部分。3-19钢制零件的。力曲线上，当疲劳极限几乎与应力循环次数外无关时，

6、称为无限寿命循环疲劳；而当N<臬时,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。ss320公式S=,",表示及合（双向）应力状态下疲劳或静强度的安全系数，而77S=/表示复合（双向）应力状态下的静强度的安全系数。小心+4以3-21零件表面的强化处理方法有化学热处理、高频表件淬火、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，并确定应静应力1=+1题323图对称循环应力1- -1非对称 循环应力-l<

7、;r<l3-24零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：Ml点相同，而M 2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。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：时，或在疲劳极限应力图处OGC区域时，可按

8、照静强度计算，否则，应按照疲劳 强度计算。3-26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：S0,S1再由：Sea=SaST5检验。71四、设计计算题327某材料的对称循环弯曲疲劳极限应力。*350Mpa,疲劳极限。s=550Mpa,强度极限oB=750Mpa,循环基数No=5X1Om=9,试求对称循环次数N分别为5X10'、5X105X10：次时的极限应力。-1N?-in、5x10解：b_lN=583.835MPa 丁 U=9bxl。 b 452.04AfP« 5xl06 tJi = 350MPaTM > q，6_处=6 = 5

9、50MPa因为：N»N。.塑性材料，已进入无限寿命区，所以取3-28某零件如图所示，材料的强度极限。产650Mpa,表面精车，不进行强化处理。试确定I -I截面处的弯曲疲劳极限的综合影响系数鼠和剪切疲劳极限的综合影响系数K.解：幻=1 +仁kT =l + (ar-l)附图 3-1= 0.82 qT = 0.84题328图Z>/J = 48/40=1.2 r/d = 3/40 = 0.075aa = 2.09-2.09-1.620.1-0.04 0.035 =1.82ka = 1.67241.66-L66-L330.1-0.44- 0.035=1.4675kT = 1.39278

10、附图3-2%=0.73,附图3-3£t=0.85附图3乂乩=4=0.84零件不强化处理儿=-1)x1 = 2.4814,1.67241明以：ka=(+00.730.84-1)x1 = 1.82889,1.39271r0.850.84329某轴只受稳定交变应力的作用，工作应力。皿=240MPa,。.三TOMPa。材料的机械性能。-k450MPa,0s=800MPa,。o=7OOMpa,轴上危险截面处的k,=L3,£。=0.78,B。=1,绘制材料的简化极限应力图；（2）用作图法求极限应力展及安全系数（按尸C加载和无限寿命考虑）；（3）取S=1.3,试用计算法验证作图法求S值，

11、并校验此轴是否安全。解:A点（0,o.i）,B点（。/2,。/2）,S点（o5.O）(2)&=(空+J-1).=1.667470,-)=(0,270)(-,-)=(350,210)6bPaPq22K。n件上两点的最大工作应力和最小工作应力分别为：M点：o=190 Mpa. oain=H0 Mpa： M.o=170Mpa.530Mpa,应力变化规律为常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数AN0,试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。解，, 2b.一/畔=5 = 500MP” 号=250品= 125 2= 150 2Ab A.19°+“° .15。190-110图解

12、：“黑”9240.62.451.877解析法:Ml： S =3002x40+0.2x15022.72170-30 =70 2M2；170130S<ri -mux360-1.8941903002x70+0.2x1001.8753-31转轴的局部结构如题3-28图所示。己知轴的【-1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40Q钢调质，O-i=355MPa,t-i=200MPa,W0.2,巾二0.1,设K0=2.2,Kt=1.8,试计算考虑弯曲和扭转共同作用时的计算安全系数Sc，。解：M:M _ 30000() = 0.1 x

13、403=46.875MPa = " crninr = -1 aa = 46.875 J = 08000000.2 x 403-i=62.5MPa = rnlax、=° = ° q = j =等=31.25MPa355k°ba +2.2 x 46.875 + 0.2 x 0=3.4424= 3.3684=2.40762001.8x31.25+0.1x31.25屈服安全系数：查书P35540Cr：。户540MPa按第三强度理论：5”，2=4.04892Vmax+4fmax3-32实心转轴的危险截面上受有载荷为：弯矩.y02V：3转矩为周期变化，T=050N.m.轴的材料为碳钢，己知力学性能为：o=3OOMPa,。-尸170MP&,rs=lS0MPa,t+100MPa0若截面直径d=25mm,有效应力集中系数k°=L79,k,=1.47,尺寸系数£。=0.84,5=0.78,表面质量系数B0=B0.9,强化系数久=1,材料常数2。=0.34,中尸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：=蓝=6519屈&=-5由=G%=。r=-l小=击=福毁&quo