第三章機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)

第三章機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)1一、多項(xiàng)選擇題3－145鋼的持久疲勞極限σ-1＝270mpa,，設(shè)疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，應(yīng)力循環(huán)基數(shù)n0=5×106次，當(dāng)實(shí)際應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n=104次時(shí)，有限壽命疲勞極限為_(kāi)___________mpa。（1）539（2）135（3）175（4）4173－2有一根階梯軸，用45鋼制造，截面變化處過(guò)渡圓角的疲勞缺口系數(shù)kσ=1.58，表面狀態(tài)系數(shù)β＝0.28，尺寸系數(shù)εσ＝0.68，則其疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)kσd=____________。（1）0.35（2）0.88（3）1.14（4）2.833－3形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)和工作條件相同的零件，采用下列不同材料制造：a）ht200；b）35鋼；c）40crni鋼。其中設(shè)計(jì)零件的疲勞缺口系數(shù)最大和最小的分別是____________。（1）A）和b）（2）C）和A）（3）b）和C）（4）b）和A）（5）A）和C）（6）C）和b）3－4零件的截面形狀一定，如絕對(duì)尺寸（橫截面尺寸）增大，疲勞強(qiáng)度將隨之____________。（1）增加（2）不變（3）減少3－5零件的形狀、尺寸、結(jié)果相同時(shí)，磨削加工的零件與精車(chē)加工相比，其疲勞強(qiáng)度____________。（1）較高的（2）與較低的（3）相同3－6零件表面經(jīng)淬火、滲氮、噴丸、滾子碾壓等處理后，其疲勞強(qiáng)度____________。（1）增高（2）降低（3）不變（4）增高或降低視處理方法而定3－7影響零件疲勞強(qiáng)度的綜合影響系數(shù)kσd或kτd與____________等因素有關(guān)。（1）零件的應(yīng)力集中、加工方法、過(guò)載（2）零件的應(yīng)力循環(huán)特性、應(yīng)力集中和載荷狀態(tài)（3）表面狀態(tài)、零件的絕對(duì)尺寸和應(yīng)力集中（4）材料、熱處理方法和零件的絕對(duì)尺寸。3－8已知設(shè)計(jì)零件的疲勞缺口系數(shù)kσ=1.3、尺寸系數(shù)εσ＝0.9、表面狀態(tài)系數(shù)βσ＝0.8。則疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)kσd為_(kāi)___________。（1）0.87（2）0.68（3）1.16（4）1.83－9已知零件的極限應(yīng)力σr=200mpa，許用安全系數(shù)[s]=2，影響零件疲勞強(qiáng)度的系數(shù)為kσ=1.2，εσ＝0.83，βσ＝0.90。則許用應(yīng)力為[σr]___________mpa。（1）160.6（2）106.7（3）62.25（4）110.73-10圖紙?jiān)O(shè)計(jì)零件σm－σA極限應(yīng)力圖所需的已知數(shù)據(jù)為。（1）σ-1，σ0σs，kσ（2）σ-1，σ0σs，kσd（3）σ－1，σs,ψσ，kσ（4）σ－1，σ0，ψσ,kσd3-11圖中的設(shè)計(jì)零件σm－極限應(yīng)力圖中的σA，例如，工作應(yīng)力點(diǎn)m所在的在線與橫軸θ＝45o之間的夾角，該零件受。2（1）等號(hào)非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力（2）等號(hào)非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力（3）脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力（4）對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力圖3-11所示零件極限應(yīng)力圖中的3-12，例如工作應(yīng)力點(diǎn)m所在的線上與水平軸的總和間的夾角θ＝90o時(shí)，則該零件受的是___________。題3－11圖（1）波動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力（2）對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力（3）變號(hào)的不對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力（4）不變號(hào)的不對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力3-13已知零件的最大工作應(yīng)力σMax=180MPa，最小工作應(yīng)力σmin=-80mpa。然后，在圖中所示的極限應(yīng)力圖中，應(yīng)力點(diǎn)m和原點(diǎn)之間的連接線om與橫向軸θ之間的夾角為。（1）68o57＇44＇＇（2）21o2＇15＇＇（3）66o2＇15＇＇（4）74o28＇33＇＇圖3-13圖3-143－14在圖示零件的極限應(yīng)力簡(jiǎn)圖上，m為零件的工作應(yīng)力點(diǎn)，若加載于零件的過(guò)程中保持最小應(yīng)力σmin為常數(shù)。則該零件的極限應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)為_(kāi)_________。（1）m1（2）m2（3）m3（4）m43－15上題若在對(duì)零件加載的過(guò)程中保持應(yīng)力比r為常數(shù)。則該零件的極限應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)為_(kāi)_________。（1）m1（2）m2（3）m3（4）m43－163－14題若在對(duì)零件的加載過(guò)程中保持平均應(yīng)力σm＝常數(shù)。則該零件的極限應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)為_(kāi)_________。（1）m1（2）m2（3）m3（4）m3－17零件的材料為45鋼，σb=600mpa，σs=355mpa，σ-1=270mpa，ψσ=0.2，零件的疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)kσd=1.4。則在圖示的零件極限應(yīng)在力圖中，θ角為_(kāi)_________題3－17圖（1）36o55'35'（2）41o14'22'（3）48o45'38'3－18已知45鋼調(diào)制后的力學(xué)性能為：σb=620mpa，σs=350mpa，σ-1=280mpa，σ0=450mpa。則ψσ為_(kāi)_________。（1）1.6（2）2.2（3）0.24（4）0.2633-19零件由45Mn2制成，材料的力學(xué)性能為：σb=900mpa，σs=750mpa，σ-1=410mpa，ψσ=0.25。影響零件疲勞強(qiáng)度的系數(shù)為：Kσ＝1，εσ＝0.85，βσ＝0.8。那么零件在脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力作用下的極限應(yīng)力為。（1）223（2）328（3）551（4）6563-20在圖3-11所示零件的極限應(yīng)力圖中，如工作應(yīng)力點(diǎn)m所在的在線與橫軸θ＝50O之間的夾角，該零件受____;影響。（1）脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力（2）對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力（3）變號(hào)非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力（4）常號(hào)非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力3－21一零件由40cr制成，已知材料的σb=980mpa，σs=785mpa，σ-1=440mpa，ψσ=0.3。零件的最大工作應(yīng)力σmax=240mpa，最小工作應(yīng)力σmin=－80mpa，疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)kσd=1.44。則當(dāng)應(yīng)力比r=常數(shù)時(shí)，該零件的疲勞強(qiáng)度工作安全系數(shù)s為_(kāi)_________。（1）3.27（2）1.73（3）1.83（4）1.273－22一零件由20cr制成，已知σ-1=350mpa，σs=540mpa，ψσ=0.3，零件的最大工作應(yīng)力σmax=185mpa，最小工作應(yīng)力σmin=－85mpa，疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)kσd=1.41。則當(dāng)平均應(yīng)力常數(shù)時(shí)該零件按應(yīng)力幅計(jì)算的工作安全系數(shù)為_(kāi)_________。（1）4.07（2）2.89（3）2.59（4）1.763－23若材料疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，則以對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力σ1=500mpa作用于零件n1=104次以后，它所造成的疲勞損傷，相當(dāng)于應(yīng)力σ2=450mpa作用于零件__________次。（1）0.39×104（2）1.46×104（3）2.58×104（4）7.45×一百零四3－24若材料疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，則以對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力σ1=400mpa作用于零件n1=105次以所造成的疲勞損傷，相當(dāng)于應(yīng)力σ2=__________mpa作用于零件n2=104次所造成的疲勞損傷。（1）517（2）546（3）583（4）6153－2545鋼經(jīng)調(diào)制后的疲勞極限σ-1=300mpa，應(yīng)力循環(huán)基數(shù)n0=5×106次，疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，若用此材料做成的試件進(jìn)行試驗(yàn)，以對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力σ1=450mpa作用104次，σ2=400mpa作用2×104次。則工作安全系數(shù)為_(kāi)_________。（1）1.14（2）1.25（3）1.47（4）1.653－2645鋼經(jīng)調(diào)制后的疲勞極限σ1=300mpa，應(yīng)力循環(huán)基數(shù)n0=5×106次，疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，若用此材料做成的試件進(jìn)行試驗(yàn)，以對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力σ1=450mpa作用104次，σ2=400mpa作用2×104次后，再以σ3=350mpa作用于此試件，直到它破壞為止，試件還能承受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為_(kāi)_________次。（1）6.25×105（2）9.34×105（3）1.09×106（4）4.52×106Ⅱ。分析與思考3－27機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的計(jì)算方法有哪兩種？其計(jì)算準(zhǔn)則各是什么？3－28機(jī)械零件在變應(yīng)力條件下工作發(fā)生疲勞斷裂而失效的過(guò)程怎樣？3-29在一定應(yīng)力比R下工作的金屬試樣的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)與疲勞極限之間的內(nèi)在關(guān)系是什么？如何區(qū)分試樣的無(wú)限工作壽命和有限工作壽命？如何計(jì)算有限壽命下試件的疲勞極限？43-30壓力循環(huán)的基礎(chǔ)是什么？一般碳鋼和高硬度合金鋼的循環(huán)基數(shù)是多少？3-31根據(jù)疲勞曲線（σ-n），設(shè)計(jì)零件時(shí)的適用條件是什么？當(dāng)循環(huán)次數(shù)n<104（σ-n）時(shí)，曲線是否適用？為什么？在這種情況下應(yīng)該怎么做？3－32試區(qū)分金屬材料的幾種應(yīng)力極限：σb、σs、σ－1、σ0和σr。在零件設(shè)計(jì)中確定許用應(yīng)力時(shí)，應(yīng)當(dāng)怎樣根據(jù)具體工作情況選取這些應(yīng)力極限？它們之間的關(guān)系有哪些經(jīng)驗(yàn)公式？3-33影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的主要因素是什么？提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施有哪些？3－34機(jī)械零件受載時(shí)在什么地方產(chǎn)生應(yīng)力集中？應(yīng)力集中與材料的強(qiáng)度有什么關(guān)系？3-35機(jī)械零件的疲勞缺口系數(shù)是多少？有三個(gè)零件具有相同的形狀、尺寸和工作條件。它們分別由鑄鐵、低強(qiáng)度鋼和高強(qiáng)度鋼制成。哪個(gè)零件的疲勞缺口系數(shù)最大？哪個(gè)最小？機(jī)械零件設(shè)計(jì)中應(yīng)力集中的常見(jiàn)來(lái)源是什么？如果零件的同一截面上同時(shí)存在多個(gè)應(yīng)力集中源，應(yīng)如何選擇疲勞缺口系數(shù)的值？3－36疲勞強(qiáng)度的綜合影響系數(shù)kσd，kτd的意義是什么？其計(jì)算公式是什么？3－37怎樣區(qū)分變應(yīng)力是穩(wěn)定的還是非穩(wěn)定的？怎樣進(jìn)行在穩(wěn)定變應(yīng)力下的零件強(qiáng)度計(jì)算？怎樣進(jìn)行在規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力下的零件強(qiáng)度計(jì)算？3-38在極限應(yīng)力圖上，對(duì)于各種載荷條件（即r=常數(shù)σM=常數(shù)σMin=常數(shù)），如何判斷零件是否首先產(chǎn)生疲勞失效或塑性變形失效？如果有一個(gè)數(shù)學(xué)公式可以判斷，試著寫(xiě)出條件公式。3－39試推導(dǎo)出σmin＝常數(shù)或σm＝常數(shù)時(shí)安全系數(shù)的計(jì)算公式，并比較r＝常數(shù)和上述兩種情況下安全系數(shù)計(jì)算公式的區(qū)別（可代入一些具體數(shù)字進(jìn)行比較）。3-40ψσ和ψτ的幾何和物理意義是什么？材料的強(qiáng)度越高，ψσ和ψτ的值越大或越??？3－41求單向應(yīng)力狀態(tài)下的安全系數(shù)時(shí)，在什么情況下需要驗(yàn)算屈服強(qiáng)度安全系數(shù)？為什么？怎樣驗(yàn)算？3-42如何用圖解法計(jì)算單向應(yīng)力下的安全系數(shù)？使用圖解法計(jì)算安全系數(shù)的優(yōu)點(diǎn)是什么？3－43何謂疲勞損傷累積假說(shuō)？線性疲勞損傷累積計(jì)算的數(shù)學(xué)表達(dá)式為何？3－44零件在非穩(wěn)定變應(yīng)力下工作的安全系數(shù)如何計(jì)算？要求寫(xiě)出計(jì)算步驟和計(jì)算公式并加以必要的說(shuō)明。3-45如何計(jì)算復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的安全系數(shù)？3－46試說(shuō)明當(dāng)加在零件上的外載荷一定時(shí)，突然加載（動(dòng)載）引起的應(yīng)力和變形至少為漸緩加載（靜載）的兩倍。三、圖3-47設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果3－47如圖所示某旋轉(zhuǎn)軸受徑向載荷f=12kn作用，已知跨距l(xiāng)=1.6m，直徑五d=55mm，軸的角速度為ω，求中間截面上a點(diǎn)的應(yīng)力隨時(shí)間變化的表達(dá)式，并求a點(diǎn)的σmax、σmin、σa和σm。內(nèi)燃機(jī)中的3-48活塞連桿。氣缸點(diǎn)火時(shí)，連桿承受的壓力應(yīng)力σMax=-150MPa，氣缸進(jìn)氣開(kāi)始時(shí)，連桿承受的拉伸應(yīng)力σMin=50MPa，試求：（1）連桿的平均應(yīng)力σm.應(yīng)力幅值σA和應(yīng)力比R；（2）畫(huà)一張連桿應(yīng)力隨時(shí)間變化的圖表。3－49一轉(zhuǎn)動(dòng)軸如圖所示，軸上受有軸向力fa=1800n，徑向力fr=5400n，支點(diǎn)間的距離l=320mm，軸是等截面的，直徑d=45mm。試求該軸危險(xiǎn)截面上的循環(huán)變應(yīng)力的σmax、σmin、σm、σa和r。圖3-49圖3-503－50某一轉(zhuǎn)軸的局部結(jié)構(gòu)如圖所示，軸的材料為q235普通碳鋼，精車(chē)制成。若已知直徑d=120mm，d=110mm，圓角半徑r=5mm