第三章機械零件的疲勞強度設計.

1、11第三章機械零件的疲勞強度設計一、選擇題3 1 45鋼的持久疲勞極限di = 270MPa,設疲勞曲線方程的幕指數(shù) m=9 ,應力循環(huán)基數(shù)No=5 X 106次，當實際應力循環(huán)次數(shù)N=10(1)增高(2)不變(3)降低35零件的形狀、尺寸、結果相同時，磨削加工的零件與精車加工相比，其疲勞強 度。(1)較高(2)較低(3)相同3 6零件表面經淬火、滲氮、噴丸、滾子碾壓等處理后，其疲勞強度 。(1)增高(2)降低 (3)不變(4)增高或降低視處理方法而定3 7影響零件疲勞強度的綜合影響系數(shù)K q或K幻與等因素有關。 零件的應力集中、加工方法、過載 零件的應力循環(huán)特性、應力集中、加載狀態(tài) 零件的表

2、面狀態(tài)、絕對尺寸、應力集中 零件的材料、熱處理方法、絕對尺寸。3 8已知設計零件的疲勞缺口系數(shù)K =1.3、尺寸系數(shù)= 0.9、表面狀態(tài)系數(shù) 3= 0.8。則疲勞強度綜合影響系數(shù)K oD為。(1) 0.87(2) 0.68(3) 1.16(4) 1.83 9已知零件的極限應力or=200MPa ,許用安全系數(shù)S=2，影響零件疲勞強度的系數(shù)為K產1.2 ,切=0.83, 3= 0.90。則許用應力為orMPa。(1) 160.6(2) 106.7(3) 62.25(4) 110.73 10繪制設計零件的o o極限應力簡圖時，所必須的已知數(shù)據(jù)是 。(1)CT1,o0,os,K o( 2)o-1,o

3、,o,K oD(3)1,o,嘰，K o(4)o1,o,嘰，K |XA腎.q0電6匸題3 17圖(3) 4845 38 / e=620MPa , e=350MPa , e =280MPa ,(4) 0.26程中保持最小應力島為常數(shù)。則該零件的極限應力點應為 (1) M1(2) M2(3) M3(4)M43 15上題若在對零件加載的過程中保持應力比r為常數(shù)。則該零件的極限應力點應為。(1) M1(2) M2(3) M3(4)M43 16 3 14題若在對零件的加載過程中保持平均應力om=常數(shù)。則該零件的極限應力點應為。(1) M1(2)M2(3) M3(4)M3 17 零件的材料為 45鋼，e=6

4、00MPa , e=355MPa, (j1 =270MPa, 2產0.2，零件的疲勞強 度綜合影響系數(shù) K od=1.4。則在圖示的零件極限應 力簡圖中 0角為(1) 36055 35 / ( 2) 4114 22 3 18已知45鋼調制后的力學性能為： e=450MPa。貝V A為。(1) 1.6(2) 2.2(3) 0.243 19 某零件用 45Mn2 制造，材料的力學性能為：e=900MPa , os=750MPa ,=410MPa , 4*0=0.25。影響零件疲勞強度的系數(shù)為：K尸1 , 尸0.85, B尸0.8。則該零件受脈動循環(huán)變應力作用時，其極限應力為 。(1)223( 2)

5、328( 3)551(4)6563 20在題3 11圖所示零件的極限應力簡圖中，如工作應力點 M所在的ON線與橫軸間的夾角0= 50,則該零件受的是 。(1)脈動循環(huán)變應力(2 )對稱循環(huán)變應力(3)變號的不對稱循環(huán)變應力(4)不變號的不對稱循環(huán)變應力3 21 一零件由 40Cr 制成，已知材料的 o=980MPa, o=785MPa, 0 =440MPa , 4=0.3。零件的最大工作應力oma)=240MPa，最小工作應力omin= 80MPa，疲勞強度綜合影響系數(shù)K dD=1.44。則當應力比r=常數(shù)時，該零件的疲勞強度工作安全系數(shù)S為。(1) 3.27( 2) 1.73( 3) 1.8

6、3(4) 1.273 22 一零件由20Cr制成，已知 d=350MPa , d=540MPa , 4產0.3，零件的最大工作應力dmax=185MPa，最小工作應力dmin= 85MPa，疲勞強度綜合影響系數(shù)K 0=1.41。則當平均應力常數(shù)時該零件按應力幅計算的工作安全系數(shù)為 。(1) 4.07( 2) 2.89( 3) 2.59(4) 1.763 23若材料疲勞曲線方程的幕指數(shù)m=9，則以對稱循環(huán)應力d=500MPa作用于零件N1=104次以后，它所造成的疲勞損傷，相當于應力o=450MPa作用于零件 次。(1) 0.39X 104(2) 1.46X 104(3) 2.58X 104(4

7、) 7.45X 1043 24 若材料疲勞曲線方程的幕指數(shù) m=9，則以對稱循環(huán)應力 d=400MPa作用于零 件N1=105次以所造成的疲勞損傷，相當于應力02=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 25 45鋼經調制后的疲勞極限 o-1=300MPa，應力循環(huán)基數(shù) N=5 X 106次，疲勞曲 線方程的幕指數(shù) m=9，若用此材料做成的試件進行試驗，以對稱循環(huán)應力o=450MPa作用104次，o=400MPa作用2X 104次。則工作安全系數(shù)為 。(1) 1.14(2) 1.25( 3) 1.47(4) 1.653 26

8、 45鋼經調制后的疲勞極限(d=300MPa，應力循環(huán)基數(shù) N=5 X 106次，疲勞曲線方程的幕指數(shù) m=9，若用此材料做成的試件進行試驗，以對稱循環(huán)應力o=450MPa作用104次，o=400MPa作用2X 104次后，再以o=350MPa作用于此試件，直到它破壞為止，試 件還能承受的應力循環(huán)次數(shù)為 次。(1) 6.25X 105(2) 9.34X 105( 3) 1.09X 106(4) 4.52 X 106二、分析與思考題 3 27機械零件疲勞強度的計算方法有哪兩種？其計算準則各是什么？3 28機械零件在變應力條件下工作發(fā)生疲勞斷裂而失效的過程怎樣？3 29在一定的應力比r下工作的金屬

9、試件，其應力循環(huán)次數(shù)與疲勞極限之間有怎樣的內在聯(lián)系？怎樣區(qū)分試件的無限工作壽命和有限工作壽命？怎樣計算在有限壽命下工作的試件的疲勞極限？3-30什么是應力循環(huán)基數(shù)？ 一般碳鋼和高硬度合金鋼的循環(huán)基數(shù)是多少？3-31按疲勞曲線（b- N）設計零件時，適用的條件是什么？當循環(huán)次數(shù)N v 104時,（-N）曲線是否適用？為什么？在這種情況下應如何處理？3 32試區(qū)分金屬材料的幾種應力極限：b、c-1、b和b。在零件設計中確定許用應力時，應當怎樣根據(jù)具體工作情況選取這些應力極限？它們之間的關系有哪些經驗公 式？3 33影響機械零件疲勞強度的主要因素有哪些？提高機械零件疲勞強度的措施有 哪些？3 34機

10、械零件受載時在什么地方產生應力集中？應力集中與材料的強度有什么關 系？3 35什么是機械零件的疲勞缺口系數(shù)？有三個形狀尺寸一致、工作條件也相同， 分別用鑄鐵、低強度鋼和高強度鋼制造的零件，哪一個零件的疲勞缺口系數(shù)最大？哪一個最小？機械零件設計中，常見的應力集中源有哪些？如果在零件的同一截面上同時存在幾個應 力集中源時，其疲勞缺口系數(shù)值應當如何選??？3 36疲勞強度的綜合影響系數(shù) K oD, K t的意義是什么？其計算公式是什么？3 37怎樣區(qū)分變應力是穩(wěn)定的還是非穩(wěn)定的？怎樣進行在穩(wěn)定變應力下的零件強 度計算？怎樣進行在規(guī)律性非穩(wěn)定變應力下的零件強度計算？3 38在極限應力簡圖上，對各種加載情

11、況（即 r=常數(shù)、 嚀常數(shù)、omin =常數(shù)）如 何判斷零件是首先產生疲勞破壞還是首先產生塑性變形破壞？若有數(shù)學式子來判斷，試寫出其判斷條件式。3 39 試推導出onin =常數(shù)或 0=常數(shù)時安全系數(shù)的計算公式，并比較r =常數(shù)和上述兩種情況下安全系數(shù)計算公式的區(qū)別（可代入一些具體數(shù)字進行比較）。3 40 嘰和 嘰的幾何意義和物理意義是什么？材料的強度愈高，嘰和 嘰的值愈大還是愈小？3 41求單向應力狀態(tài)下的安全系數(shù)時，在什么情況下需要驗算屈服強度安全系 數(shù)？為什么？怎樣驗算？3 42怎樣用圖解法求單向應力狀態(tài)下的安全系數(shù)？用圖解法求安全系數(shù)有何優(yōu)點？3 43何謂疲勞損傷累積假說？線性疲勞損傷

12、累積計算的數(shù)學表達式為何？3 44零件在非穩(wěn)定變應力下工作的安全系數(shù)如何計算？要求寫出計算步驟和計算.Lh .1Lil豈1 -C - -1隔2題3 47圖公式并加以必要的說明。3 45怎樣求復合應力狀態(tài)下的安全 系數(shù)？3 46 試說明當加在零件上的外載荷 一定時，突然加載（動載）引起的應力和變形 至少為漸緩加載（靜載）的兩倍。三、設計計算題3 47如圖所示某旋轉軸受徑向載荷F=12kN 作用，已知跨距L=1.6m，直徑d=55mm，軸的角速度為 3,求中間截面上 A點的應力隨時間變化的表達式， 并求A點的 眄、 0m 嘰 0 和 (T。3-48 一內燃機中的活塞連桿， 當氣缸發(fā)火時，此連桿受壓

13、應力 0max=- 150MPa，當 氣缸進氣開始時，連桿承受拉應力6in=50MPa，試求：(1)該連桿的平均應力 冊應力幅0和應力比r; (2)繪出連桿的應力隨時間而變化的簡圖。3-49 一轉動軸如圖所示，軸上受有軸向力Fa=1800N，徑向力 Fr=5400N，支點間的距離L=320mm ,軸是等截面的，直徑d=45mm。試求該軸危險截面上的循環(huán)變應力的max、0min、0、0 和。題3 -49圖題3- 50圖3-50某一轉軸的局部結構如圖所示，軸的材料為Q235普通碳鋼，精車制成。若已知直徑 D=120mm , d=110mm，圓角半徑 r=5mm，材料的力學性能為：0=45OMPa

14、,0=22OMPa，試求截面變化處的疲勞強度綜合影響系數(shù)K q和K o。3-51由脆性材料制成的受彎平板的平面尺寸如圖所示，板厚30mm。A、B兩處各有一個直徑5mm的穿透小孔，彎矩 M=20kN m。試分別計算I、n兩截面上的最大應力 值。疲勞缺口系數(shù)查題 3-53附圖。3-52 一轉軸的各段尺寸及其受載情況如圖所示。所有圓角半徑均為r=3mm。試分別計算I I至W W各截面上的最大彎曲應力的名義值和實際值。疲勞缺口系數(shù)查題 3-53附圖。題3-51圖題3 52圖3- 53用高強度碳鋼制成的構件 的平面尺寸如圖所示，厚8mm，受拉力F=50kN。該構件的I、 H、川截面上分別 有0 15mm

15、的圓孔、R7.5mm的半圓缺口 和R7.5mm的圓角。試分別計算這三個截 面上的最大應力。題3 53附圖 附注：這三種結構的疲勞缺口系數(shù)值可從上圖曲線中查得。3 54 題3 53中如載荷F在2585kN之間做周期性的變化，材料改為20CrMnTi , 其力學性能為 os=835MPa, c-1 =345MPa , e=615MPa。危險截面上的疲勞缺口系數(shù)K =1.45 ,尺寸系數(shù)0.75,表面狀態(tài)系數(shù)3r= 0.9,按無限壽命考慮。試畫出c 極限應力圖，并用圖解法和解析法確定安全系數(shù)S3 55用題3 54的條件畫出 omax和in極限應力圖，并用圖解法和解析法確 定安全系數(shù)?？蓞㈤?。3 5

16、6按題3 54的條件，除載荷F變?yōu)樵?264kN之間作周期性變化外， 其余 條件不變。試畫出in omax極限應力簡圖，并用圖解法和解析法確定安全系數(shù)。可參閱。3 57 一階梯軸軸肩處的尺寸為D=60mm , d=50mm , r=4mm，如材料的力學性能為：=650MPa, =360MPa , =200MPa, =320MPa。試繪制此零件的簡化極限應力線圖。3 58 如上題中危險截面處的平均應力昨30MPa，應力幅=45MPa,試分別按(1)r=c; (2) =c求出該截面上的計算安全系數(shù)S。3 59 一轉軸的危險截面上作用有周期性波動的載荷：彎矩M=100200N m,轉矩 T=0100

17、N m。軸的材料為 45 鋼，力學性能： =400MPa , =270MPa, =480MPa, T=216MPa, T1=156MPa , T=300MPa。若截面直徑 d=25mm，疲勞缺 口系數(shù) K 尸1.78 , K =1.45 , 尺寸系數(shù) 歹0.9, =0.93，表面狀態(tài)系數(shù) BR.91 ,時0.95。試確定安全系數(shù) S。計算時可 按無限壽命考慮，忽略剪力的作用。3 60 題1 59中，如轉矩T在0800N m間作周期性的波動，力和的大小和方 向始終不變。已知軸的材料為 45鋼調制，力學性能：cs=360MPa, =300MPa , =250MPa，問應力比r大于多少時開始按塑性變

18、形計算。3 62 一機械零件用45鋼制造，材料的 O=650MPa, o=360MPa，如果受到交變應 力作用，應力比r=0.5 , oma)=240MPa問其工作應力點是處于疲勞強度區(qū)還是屈服強度區(qū)。若r=0.2 , r= 0.5應如何計算。3 63 一零件用合金鋼制成，其危險截面上的最大工作應力oma)=250MPa,最小工作應力omin= 50MPa，該截面處的疲勞缺口系數(shù)K =1.32，尺寸系數(shù)=0.85，表面狀態(tài)系數(shù)3-0.9。該合金鋼的力學性能為：=900MPa, os=800MPa, =440MPa , =720MPa。要求:(1)按比例繪制零件的簡化極限應力簡圖；(2)按r=c

19、求與工作應力點相對應的極限應力幅 /,極限平均應力 貳和極 限應力ama/ ;(3)按r=c校核此零件危險截面上的安全系數(shù) So。3 64 一曲柄如圖所示，受脈動循環(huán)載荷作用，在截 面 AA處有最大彎曲應力amax=120MPa，曲柄材料為 40Cr調制處理，圓角處精磨，應力循環(huán)次數(shù)N = 106。試用解析法和圖解法校核A A截面處安全系數(shù)是否滿足要求。已知S 0=2.5。題3 64圖3 65 一鋼制零件，工作應力為:omax=250MPa , omin= 50MPa。零件的疲勞強度綜合影響系數(shù)K q=1.35 ,材料的力學性能為ab=630MPa ,os=455MPa ,=285MPa ,a

20、)=510MPa。若許用安全系數(shù)對變應力取S =1.3、對靜應力取S / =1.5，并按無限壽命 考慮，試分別用解析法和圖解法校核該零件的安全系數(shù)。題3 66圖3 66 如圖所示橋式吊車卷筒軸軸頸 d=85mm , D=100mm , r=4mm，所吊重物的重 量W=50kN，由于自身轉動而承受對稱循環(huán)交變應力。已知軸用45鋼調制，表面精車。如果取安全系數(shù)S=2，試校核軸nn截面處的疲勞強度。3 67 在題3 50中，若危險截面上同時作用有彎矩M=6.5 X 106N mm產生的對稱循環(huán)彎曲應力和由轉矩T=6.5 X 105n mm產生的對稱循環(huán)扭轉應力，試校核該截面的抗疲勞安全系數(shù)S。已知該軸的應力循環(huán)次數(shù)不低于107, S=1.5。3 68齒輪減速器的輸出軸受穩(wěn)定載荷作用，單向運轉，已知某截面上受彎矩M=2500N m,轉矩 T=5000N m，軸向力 Fa=75kN，軸的材料為合金鋼， =450MPa ,T=260MPa , =450MPa , p=495MPa，該截面的直徑 d=60mm，疲勞缺 口系數(shù) K N,即按無限壽命計算。3 69有一軸工作時頻繁的正反轉，用45鋼制造，調制處理，其對稱循