機械設(shè)計題庫02-機械零件的強度VIP

機械零件的強度

一名詞解釋

(1)靜應(yīng)力：靜應(yīng)力:大小和方向不隨轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生變化或變化較緩慢的應(yīng)力，其作用下零件可能產(chǎn)生

靜斷裂或過大的塑性變形，即應(yīng)按靜強度進行計算。

(2)變應(yīng)力：大小和方向均可能隨時間轉(zhuǎn)移產(chǎn)生變化者，它可以是由變載荷引起的，也可能因靜載

荷產(chǎn)生(如電動機重量給梁帶來的彎曲應(yīng)力)變應(yīng)力作用的零件主要發(fā)生疲勞失效。

(3)工作應(yīng)力：用計算載荷按材料力學根本公式求得作用在零件剖面上的內(nèi)力:巴,，o-F,r,rT

等。

(4)計算應(yīng)力：根據(jù)零件危險斷面的復雜應(yīng)力狀態(tài)，按適當?shù)膹姸壤碚摯_定的，有相當破壞作用的

應(yīng)力。

(5)極限應(yīng)力：根據(jù)材料性質(zhì)及應(yīng)力種類用試件試驗得到的機械性能失效時應(yīng)力極限值，常分為用

光滑試件進行試驗得到的材料極限應(yīng)力及用零件試驗得到的零件的極限應(yīng)力。

(6)許用應(yīng)力：設(shè)計零件時，按相應(yīng)強度準那么、計算應(yīng)力允許到達的最大值[。]=<Tlim/[S]>a.a。

(7)計算平安系數(shù)：零件(出料)的極限應(yīng)力與計算應(yīng)力的比值*“二。./5口，以衡量平安程度。

(8)平安系數(shù)許用值：根據(jù)零件重要程度及計算方法精確度給出設(shè)計零件平安程度的許用范圍[S],

力求

二選擇題

(1)零件受對稱循環(huán)應(yīng)力時,對于塑性材料應(yīng)取C作為材料的極限。

A.材料的抗拉強度B.材料的屈服極限

C.材料的疲勞極限D(zhuǎn).屈服極限除以平安系數(shù)。

(2)零件的截面形狀一定時，當截面尺寸增大，其疲勞極限將隨之.C

A.增高B,不變C.降低

(3)在載荷幾何形狀相同的條件下，鋼制零件間的接觸應(yīng)力^鑄鐵零件間的接觸應(yīng)力。

A.小于B.等于C.大于

(4)兩零件的材料和幾何尺寸都不相同，以曲面接觸受載時，兩者的接觸應(yīng)力值.A。

A.相等B.不相等C.是否相等與材料和幾何尺寸有關(guān)

(5)在圖3-1所取某試件的,“，極限應(yīng)力簡圖中，如工作應(yīng)力點M所在的ON線與橫軸向夾

角6=45。，那么該試件受的是一C。

圖3-1

A.不變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力B.變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力

C.脈動循環(huán)變應(yīng)力D.對稱循環(huán)變應(yīng)力

(6)發(fā)動機連桿橫截面上的應(yīng)力變化規(guī)律如圖3-2所示，那么該變應(yīng)力的循環(huán)特性〃為」

A.B.-4.17C.-0.24D.

圖3-2

(7)由試驗知，有效應(yīng)力集中、絕對尺寸和外表狀態(tài)只對A有影響。

A,應(yīng)力幅B.平均應(yīng)力C,應(yīng)力幅和平均應(yīng)力

(8)某單向回轉(zhuǎn)工作的轉(zhuǎn)軸，考慮起動、停車及載荷不平穩(wěn)的影響，其危險截面處的切應(yīng)力吃的應(yīng)

力性質(zhì)，通常按以下圖3-3中的B計算。

圖3-3

(9)對于輪齒彎曲強度已滿足承載能力要求的以下傳動，常見失效形式為：潤滑良好的閉式齒輪傳

動A；蝸桿材料為鋼，蝸輪材料為6.＞秋青銅的蝸桿傳動」_。

A.疲勞點蝕B.磨粒磨損

C.膠合D.輪齒折斷

(10)在普通鍵聯(lián)接及銷軸聯(lián)接中，兩者的接觸長度均為/，鍵與輪毅鍵槽的接觸高度為k,銷軸直

徑為4,許用擠壓應(yīng)力為匕/，軸頭直徑為d,其許用傳遞轉(zhuǎn)矩［r］分別為：鍵聯(lián)接［r］=B

(N?m),銷軸聯(lián)接[T]=C(N?tn；

A.kldx10-3B.lO'L]

2LP」

c.卜孫1。句D.L附小10-3卜]

以上式子中：長度單位為〃應(yīng)力單位為MPa,轉(zhuǎn)矩單位為

(II)以下公式中A是正確的。

Ji-2。()

A.oN=CB.—Qc.N/N。D.wo=

%

(12)某零件的q=500MPa,b_|=220MPa,工作應(yīng)力5”=300MPa,=l(X)MPa,工

作點位于塑性平安區(qū)，那么該零件的平安系數(shù)為C。

A.1.78B.5.0C.1.25

(13)當轉(zhuǎn)軸所受的徑向力大小方向不變時，其許用彎曲應(yīng)力應(yīng)選.B。

A.口。]BC.瓦]D.[cr_05]

(14)對于受循環(huán)變應(yīng)力作用的零件，影響疲勞破壞的主要應(yīng)力成分是^。

A.最大應(yīng)力bmaxB,平均應(yīng)力bm

C.應(yīng)力幅b”D.最小應(yīng)力。?而

(15)一對嚙合的傳動齒輪，單向回轉(zhuǎn)，那么齒面接觸應(yīng)力按變化。

A.對稱循環(huán)B.循環(huán)特性〃=0.5

C.脈動循環(huán)D.循環(huán)特性r=-0.5

(16)塑性材料制成的零件，進行靜強度計算時，其極限應(yīng)力為A.

A.(TSB.(rBC.(T0D.er7

(17)有限壽命疲勞極限符號中，N表示壽命計算的B。

A.循環(huán)基數(shù)B.循環(huán)次數(shù)

C.壽命指數(shù)D.壽命系數(shù)

(18)繪制坐標中的簡化疲勞極限應(yīng)力線圖，繪制此圖起碼應(yīng)具備的條件是一C

A.各種循環(huán)特性值r下的實驗結(jié)果

B.某一循環(huán)特性實驗求得的疲勞極限應(yīng)力。州

C.材料的屈服極限5S,以及疲勞極限外和。

D.根據(jù)理論計算出一系列數(shù)據(jù)

(19)形狀相同、尺寸一樣、工作條件也相同的零件，用」^制造時那么有較大的應(yīng)力集中系數(shù)

A.鑄鐵B.低強度鋼C.高強度合金鋼

(20)兩軸線互相平行的圓柱體接觸，受徑向壓力，那么兩零件的接觸應(yīng)力Ao

A.相等B.不相等C.與直徑有關(guān)，直徑大的接觸應(yīng)力大

(21)代表變應(yīng)力，其腳標-1代表D

A，b(Jbm—1BO?”/O'。-1C.0"max/^,min一^^min^max一一1

(22)兩圓柱體接觸，其直徑4=2%，彈性模量巴二2區(qū)，長度4=2%，那么其接觸應(yīng)力力和力

的關(guān)系是上。

A.0=cr2B.(7[=2cr?C.CT,=4cr2D.巧=8(72

(23)四個結(jié)構(gòu)和材料完全相同的零件甲、乙、丙、丁，假設(shè)承受最大的應(yīng)力也相同，而應(yīng)力特性系

數(shù)廠分別等于+1.0、0、一0.5、-1.0,最可能先發(fā)生失效的是0。

A.甲B.乙C.丙D.T

(24)在外載荷不變的情況下，試判斷以下零件上各點應(yīng)力的變化特性(用應(yīng)力循杯特性系數(shù)

r=bmin/5nax表示)：

①轉(zhuǎn)動心軸，外徑上的彎曲應(yīng)力I?為B;

②推力球軸承滾動體上一點的接觸應(yīng)力，r為C?

A.r=+1B.r=-l

C.r=0D.0<r<+1E.-1<r<0

(25)某齒輪傳動裝置如圖3-4所示，輪1為主動輪，那么輪2的齒面接觸應(yīng)力按變化。

圖3-4

A.對稱循環(huán)R.脈動循環(huán)

C.循環(huán)特性k-0.5的循環(huán)D.循環(huán)特性r=+l的循環(huán)

(26)圖3-4所示的齒輪傳動裝置，輪1為主輪，當輪1做雙向回轉(zhuǎn)時，那么輪1的齒面接觸應(yīng)力按上

變化。

A.對稱循環(huán)B.膿動循環(huán)

C.循環(huán)特性r=-0.5的循環(huán)D.循環(huán)特性r=+l的循環(huán)

三填空題

(1)機械零件受載時，在截面形狀突變處處產(chǎn)生應(yīng)力集中,應(yīng)力集中的程度通常隨材料強度的

增加而增大。

(2)在靜強度條件下，塑性材料的極限應(yīng)力是一屈服極限人.，而脆性材料的極限應(yīng)力是抗拉強度

°

(3)運用Miner理論分析對稱循環(huán)下的不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力時，假設(shè)材料的持久疲勞極限為，計

算時所考慮的應(yīng)力幅6應(yīng)當是整個Jj乍壽命期限內(nèi)大于。I的應(yīng)力幅。

(4)某材料的對稱循環(huán)疲勞極限b-=350Ma,屈服極限.=550M&,抗拉強度

%=75()MPa,循環(huán)基數(shù)N。=5x1(?,m=9當對稱循環(huán)次數(shù)N分別為5x1(/、5x1()5、次5x](^

時，極限應(yīng)力分別為550Mpa、452Mpa、350Mpa0

(5)假設(shè)一零件的應(yīng)力循環(huán)特性r=+0.5,b.=70MP〃，那么此時，一為210M為；?！懊鬄?/p>

280M&；5nM為I40M/Z。

(6)影響機械零件疲勞強度的主要因素，除材料性能、應(yīng)力循環(huán)特性r和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N之外，主

要有應(yīng)力集中、零件尺寸和外表狀態(tài)等。

(7)在圖3?5所示某零件的許用極限應(yīng)力圖中，AES為疲勞極限曲線，M為零件的工作應(yīng)力點，

以下3種情況下的極限應(yīng)力點分別為：

1)應(yīng)力循環(huán)特性廠=常數(shù)時，點；

2)平均應(yīng)力0m二常數(shù)時，竺點：

3)最小應(yīng)力5.二常數(shù)時，M?點。

圖3-5

(8)影響零件疲勞強度的主要因素有應(yīng)力集中，絕對尺寸，材料及熱處理(列出3項)。

(9)有一零件，為=650何4,%=360加&,工作應(yīng)力(7=200用尸〃，許用應(yīng)力口]=180加尸4,

那么此零件的工作平安系數(shù)為1.8,許用平安系數(shù)為2.0,此零件是否平安？不平安，這

是因為。>[o■域1.8<2.0o

(10)如圖3-6所示，滾動軸承在內(nèi)圈轉(zhuǎn)動、外圈固定時，其外圈上一點4的應(yīng)力類型為脈動變

應(yīng)力。

圖3-6

(11)在交變應(yīng)力中，應(yīng)力循環(huán)特性系數(shù)是指bmiJbmax的比值。

(12)在靜載荷作用下的機械零件，不僅可以產(chǎn)生』L應(yīng)力，也可能產(chǎn)生變應(yīng)力。

(13)材料的許用應(yīng)力越大，說明材料的強度就越

(14)在靜強度條件下塑性材料的極限應(yīng)力是屈服極限。一而脆性材料的極限應(yīng)力是強度極限。

四是非題

(1)變應(yīng)力都是由變載荷產(chǎn)生的。(F)

(2)用40鋼(bs=335MP〃)，經(jīng)校核其扭轉(zhuǎn)剛度不夠，可改選高強度合金結(jié)構(gòu)40Cr

(<T5=MPa),以提高剛度。(F)

(3)在變應(yīng)力作用下，零件的主要失效形式將是疲勞斷裂，而在靜應(yīng)力作用下，其失效形式將是塑

性變形或斷裂。(T)

(4)火車的車輪軸只承受對稱循環(huán)彎曲變應(yīng)力。(T)

(5)鋼的強度極限越高，對應(yīng)力集中就越敏感。(T)

(6)周期不變的變應(yīng)力為穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力。(T)

(7)非穩(wěn)定變應(yīng)力是指平均應(yīng)力或應(yīng)力幅或變化周期隨時間而變化的變應(yīng)力。(T)

(8)靜載荷作用下的零件，不僅可以產(chǎn)生靜應(yīng)力，也可能產(chǎn)生變應(yīng)力。(T)

(9)增大零件過渡曲線的圓角半徑可以減小應(yīng)力集中。(T)

五分析與計算題

(1)圖3-7所示各零件均受靜載荷作用，試判斷零件上A點的應(yīng)力是靜應(yīng)力還是變應(yīng)力，并確定應(yīng)

力循環(huán)特性，?的大小或范圍。

圖3-7

解：a)圖A點為靜應(yīng)力，r=1；b)圖A點為對稱循環(huán)變應(yīng)力，r=-l；

c)圖A點為不對稱循環(huán)變應(yīng)力，“<rvl。

(2)某零件如圖3-8所示，材料的抗拉強度。=650MPa,外表精車，不進行強化處理。試確定

1-1截面處的彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)Ka和剪切疲勞極限的綜合影響系數(shù)Kr。

圖3-8

解：Ka=2.36KT=1.79O

(3)某鋼制零件材料性能為。-=270MRz5$=350b°=450MR/,受單向穩(wěn)定循環(huán)變

應(yīng)力作用，危險剖面的綜合影響系數(shù)K。=2.25。

1)假設(shè)T作應(yīng)力按=270A/R?=常數(shù)的規(guī)律變化，問該零件首先發(fā)生疲勞破壞，還是塑性變

形？

2)假設(shè)工作應(yīng)力按循環(huán)特性廠=常數(shù)的規(guī)律變化，問廠在什么范圍內(nèi)零件首先發(fā)生疲勞破壞?(圖解

法、解析法均可)

解：1)b*=]2UMHz。(T0/(2K<T)=1OOMF67,作該零件的極限應(yīng)力線圖(如答圖

Do0m=270M/%=常數(shù)時，應(yīng)力作用點在MV'線上，與極限應(yīng)力圖交于CG線上，所以該零件首先

發(fā)生塑性變形。

答圖1

2)廠=常數(shù)時，發(fā)生疲勞破冰的工作應(yīng)力點在OGA范圍內(nèi)，G點cr〃/b僧=(1一廠)(1+r)40.38,

所以，0.45時首先發(fā)生疲勞破壞。

(4)一零件由45鋼制成，材料的力學性能為：bs=360A』Pa,=300/WP^,=0.2。零

件上的最大工作應(yīng)力5”僅=200,最小工作應(yīng)力5血=100MP。,彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)

3二2。

1)當應(yīng)力變化規(guī)律為6”為常數(shù)時，分別用圖解法和計算法確定該零件的計算平安系數(shù).

2)假設(shè)應(yīng)力變化規(guī)律為r二常數(shù)，該零件會發(fā)生什么形式的破壞？

解：1)計算法：o-,?=150^fPa；atl=50MPa；Sca=--------0---------=1.43

圖解法：rtl^=(o---o-0)/cr0,得cro=500MPa；o_ie=a^/Ka=\50MPa；

2)發(fā)生塑性變形(如答圖2)

答圖2

6

(5)某材料受彎曲變應(yīng)力作用，其力學性能為：八=300M&,加=9,/V0=5X10O現(xiàn)用此

材料的試件進行試驗，以對稱循環(huán)變應(yīng)力6=5(X)MRz作用IO’次，/=4(X)MRz作用1()5次

6=250MPa作用IO,次。試確定：

1)該試件在此條件下的計算平安系數(shù)。

2)如果試件再作用。=35OMPa的應(yīng)力，還能循環(huán)多少次試件才破壞？

解：1)?！岸?275.5MP46不計)；Sea=—=1.08

vtr加

2)〃=6.628x10'。

(6)軸的局部結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。軸的I-I截面承受的彎矩M=400N-m,轉(zhuǎn)矩7=1000N?m,

彎曲應(yīng)力為時稱循環(huán)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)。軸材料為4(?鋼調(diào)質(zhì)=355MPa,r_,=200MPa,

Wo=0.2,k=0.1,Ka=2.2

=1.8,試計算考慮方矩和轉(zhuǎn)矩共同作用時的計算平安系數(shù)S’”。

圖3-9

解：。,”=0,巧,=cr〃=62.5M&,rm=Ta=0.5ro=39.06MPa

（7）某受穩(wěn)定彎曲變應(yīng)力作用的軸類零件，最大工作應(yīng)力=頓M網(wǎng),最小工作應(yīng)力

=—100MPa。材料的對稱循環(huán)疲勞極限。」=450M外,脈動循環(huán)疲勞極限々=700MPa,屈

服極限名=800MRi。

1）試繪出材料的按折線簡化的極限應(yīng)力圖；

2）在簡化極限應(yīng)力圖上標明工作應(yīng)力點M；

3）說明該零件可能的失效形式（簡單加載）。

解：1）折線4BES；見答圖3。

2）工作應(yīng)力點M；

3）M點位于疲勞平安區(qū)，可能的失效形式為疲勞破壞。

答圖3

（8）某氣缸螺栓聯(lián)接，因氣缸工作壓力在0~分間變化，使螺栓工作載荷在0~尸間變化（見圖

3-10）,試在題給的螺栓聯(lián)接力-變形圖上標出預緊力F。，剩余預緊力匕，螺栓工作載荷。?F：螺栓最

大拉力4皿，最小拉力￡向，拉力幅入；

圖3-10

解：螺栓聯(lián)接力-變形圖如答圖4所示。

答圖4

（9）指出圖3-U（a）、（b）兩中種結(jié)構(gòu)，哪個更合理?為什么？

圖3-11

解：b方案合理。

理由：

1）在b方案中齒輪上的作用力至支點距離縮短，降低彎矩。

2）軸改為錐形，與該段彎知圖更接近，盡量少的材料，可獲得較小最大應(yīng)力。

（10）：平均應(yīng)力5“=250WRz,應(yīng)力特性系數(shù)r=0.25,求出最大應(yīng)力5口”、最小應(yīng)力巴施和

應(yīng)力幅巴,，并畫出應(yīng)力隨著時間的變化曲線，說明這是什么類型的應(yīng)力？

解：由o-m=(crmax+crn.in)/2=250MPa^r=crmin/o-max=0.25

求得最大應(yīng)力amax=400MPa

最小應(yīng)力crmin=}Q0MPa

應(yīng)力幅=(bmax-bmin)/2=150MP〃

由答圖5可以看出。此應(yīng)力為一般循環(huán)變應(yīng)力。

答圖5應(yīng)力隨時間的變化曲線

(11)一旋轉(zhuǎn)軸直徑d=80〃"％受徑向力F=2kN,跨距￡=2加。/力作用在二支點中間，見

圖3-12。試計算。點的最大彎曲應(yīng)力(Tmax、最小彎曲應(yīng)力bmin、應(yīng)力幅平均應(yīng)力bm和應(yīng)力特性

系數(shù)廠，并畫出其變應(yīng)力圖。

圖3-12

解：梁中點。受到最大彎矩

M_10610

最大應(yīng)力(T---------=989

maxIV-V?0.098x803?

a

32

最小應(yīng)力0mhi=FL19.89M為

所以平均應(yīng)力bm=0

應(yīng)力幅=19.89MPa

應(yīng)力特性系數(shù)r=bmin/bmax=一】

此題的變應(yīng)力圖見答圖6。

答圖6

(12)根據(jù)參數(shù)求未知參數(shù)，并畫出應(yīng)力變化圖。

1）<rmax=400MPa,<Tmin=150MPa,求b,“，cr”和r,畫出應(yīng)力變化圖。

解”〃尸275；%=200；r=-0.375（應(yīng)力圖略）

2)5nax=500M/"%=300Mp〃，求/出，和畫出應(yīng)力變化圖。

解:5nin=T（X）；6”=200;r=-0.2（應(yīng)力圖略）

3)r=0.125,=-225〃心,求5的，5nm和巴,，圓出應(yīng)力變化圖。

解：5叱=一救；?而二一“)；%二-175(應(yīng)力圖略)

(13)某材料的對稱循環(huán)持久彎曲極限。?=mMPa,取循環(huán)基數(shù)N。=5xK)5,m=9,試求循環(huán)持

久次數(shù)N分別為7000,25000,620000次時的有限壽命彎曲疲勞極限。

5x105

解：?7000)=,08(^r)，/9=T735MPa

(14)某軸受彎曲穩(wěn)定變應(yīng)力作用：bmax