機(jī)械設(shè)計(jì)考研練習(xí)題-機(jī)械零件的強(qiáng)度

機(jī)械零件的強(qiáng)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(qiáng)度進(jìn)行計(jì)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(jī)重量給梁帶來的駕曲應(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(jì)算載荷按材料力學(xué)根本公式求得作用在零件剖面上的內(nèi)力:bp,cre,crF,r,rT

等。

(4)計(jì)算應(yīng)力：根據(jù)零件危險(xiǎn)斷面的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，按適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度理論確定的，有相當(dāng)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(yàn)得到的機(jī)械性能失效時應(yīng)力極限值，常分為用光

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

(6)許用應(yīng)力：設(shè)計(jì)零件時，按相應(yīng)強(qiáng)度準(zhǔn)那么、計(jì)算應(yīng)力允許到達(dá)的最大值=

(7)計(jì)算平安系數(shù)：零件(材料)的極限應(yīng)力與計(jì)算應(yīng)力的比值S,a=0im/5z，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(jì)算方法精確度給出設(shè)計(jì)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(qiáng)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(dāng)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.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所小某試件的?〃-<T〃，極限應(yīng)力簡圖中，如工作應(yīng)力點(diǎn)M所在的ON線與橫軸向夾

角，二45。，那么該試件受的是一C。

圖3/

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(jī)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)特性廣為C。

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

圖3-2

(7)由試驗(yàn)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(xiǎn)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(jì)算。

圖3-3

(9)對于輪齒彎曲強(qiáng)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OB>300M而青銅的蝸桿傳動

A.疲勞點(diǎn)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/，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度為3銷軸直

徑為4,許用擠壓應(yīng)力為[o>],軸頭直徑為d,其許用傳遞轉(zhuǎn)矩卜]分別為：鍵聯(lián)接[川=B

銷軸聯(lián)接[7]=C

A.攵/dxlO[bp]B.-kldx\0-3\(y]

2iP」

3

C.-t/,/JxlO[crnD.-J./J/xlO'Ho-'

41LP21LP」

以上式子中：長度單位為〃〃〃，應(yīng)力單位為MPm轉(zhuǎn)矩單位為N?〃人

(II)以下公式中A是正確的。

A.bN=CB.oNm=CC..=NN/N。D.——

%

(12)某零件的(TS=500MPa,o-_,=220MPa,工作應(yīng)力5”=300MPa,b”=100MP。，工

作點(diǎn)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.1.25D.1.67

(13)當(dāng)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0】氏上』C.卜』D.[<7,05]

(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B.平均應(yīng)力Gn

C.應(yīng)力幅b”D.最小應(yīng)力bmin

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

A.對稱循環(huán)B.循環(huán)特性廠=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(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算時，其極限應(yīng)力為A。

A.(7SB.aBC.<70D.b_[

(17)有限壽命疲勞極限符號中，N表示壽命計(jì)算的Bo

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C％坐標(biāo)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

B.某一循環(huán)特性實(shí)驗(yàn)求得的疲勞極限應(yīng)力0rN

C.材料的屈服極限,以及疲勞極限/和

D.根據(jù)理論計(jì)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，用一^制造時那么有較大的應(yīng)力集中系數(shù)

%。

A.鑄鐵B.低強(qiáng)度鋼C.高強(qiáng)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)b_]代表變應(yīng)力，其腳標(biāo)-1代表D。

時所考慮的應(yīng)力幅cr/M當(dāng)是整個」一作壽命期限內(nèi)大于。,的應(yīng)力幅。

(4)某材料的對稱循環(huán)疲勞極限＜T_,=350MPa，屈服極限.=550MPa,抗拉強(qiáng)度

q=75()M4,循環(huán)基數(shù)N0=5xl()6,加=9當(dāng)對稱循環(huán)次數(shù)N分別為5xl()4、5x10$、次5xl(f

時，極限應(yīng)力分別為550M7%、452MPa、350Mp服

(5)假設(shè)一零件的應(yīng)力循環(huán)特性尸+0.5,(ya=lOMPa,那么此時，為210MPa；o^x為

280Mp4：5nin為140用

(6)影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)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，A'ES為疲勞極限曲線，M為零件的工作應(yīng)力點(diǎn)，

以下3種情況下的極限應(yīng)力點(diǎn)分別為：

1)應(yīng)力循環(huán)特性廠=常數(shù)時，八八點(diǎn)；

2]平均應(yīng)力0m二常數(shù)時，點(diǎn)；

3〕最小應(yīng)力0mm=常數(shù)時，M2點(diǎn)。

圖3-5

(8)影響零件疲勞強(qiáng)度的主要因素有且速±,絕對尺寸，材料及熱處理(列出3項(xiàng))。

(9)有一零件，(TB=650MPa,crs=360MPa,工作應(yīng)力b=200MPa,許用應(yīng)力[cr]=180MPa,

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?yàn)椤＃綶o■械1.8＜2.0。

(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(diǎn)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Omi"。.'的比值。

(12)在靜載荷作用下的機(jī)械零件，不僅可以產(chǎn)生靜應(yīng)力,也可能產(chǎn)生」應(yīng)力。

(13)材料的許用應(yīng)力越大，說明材料的強(qiáng)度就越

(14)在靜強(qiáng)度條件下塑性材料的極限應(yīng)力是趴噩跟而脆性材料的極限應(yīng)力是強(qiáng)度栩限。

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(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)40Cr

(bs=M網(wǎng)),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(qiáng)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(jì)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(diǎn)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(diǎn)為靜應(yīng)力，r=l；b)圖A點(diǎn)為對稱循環(huán)變應(yīng)力，r=-l；

c)圖A點(diǎn)為不對稱循環(huán)變應(yīng)力，

(2)某零件如圖3-8所示，材料的抗拉強(qiáng)度=650/37%,外表精車，不進(jìn)行強(qiáng)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)K”和剪切疲勞極限的綜合影響系數(shù)。

圖3-8

解：Ka=2.36KT=1.79O

(3)某鋼制零件材料性能為*=270%=350MPa,々=450M外,受單向穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)

力作用，危險(xiǎn)剖面的綜合影響系數(shù)=2.25。

1)假設(shè)工作應(yīng)力按C”=270Ma=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)特性廠二常數(shù)的規(guī)律變化，問，?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：I)bo/(2Kb)=l(X)M&,作該零件的極限應(yīng)力線圖(如答圖

l）o0m=270MP〃=常數(shù)時，應(yīng)力作用點(diǎn)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"=常數(shù)時，發(fā)生疲勞破壞的工作應(yīng)力點(diǎn)在0GA范圍內(nèi)，G點(diǎn)b“/cr“r=（1一r）（1+一）右（）.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(xué)性能為：u、=360MPa,cr_,=300MPa,甲。=0.2v零件

上的最大工作應(yīng)力bmax=200MPQ,最小工作應(yīng)力彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)

七二2。

1）當(dāng)應(yīng)力變化規(guī)律為為常數(shù)時，分別用圖解法和計(jì)算法確定該零件的計(jì)算平安系數(shù)。

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

解：1）計(jì)算法：o-?,=\50MPa；S=50MPa；Sca=-----*-----=1.43

圖解法：由〃”=（bT—得b0=500MP。；a_k=cr_,/=150MPf/；

2）發(fā)生塑性變形（如答圖2）

答圖2

（5）某材料受彎曲變應(yīng)力作用，其力學(xué)性能為：＜7T=300M&,m=9,N0=5x1。、現(xiàn)用此材

料的試件進(jìn)行試驗(yàn)，以對稱循環(huán)變應(yīng)力0=500Ma作用104次，a2=小R/W川作用10’次

6=250MP〃作用1。6次。試確定：

1）該試件在此條件下的計(jì)算平安系數(shù)。

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

解：1）=275.5MP&6不計(jì)）；S,，=-=1.08

2）n=6.628x10\

⑹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〃，轉(zhuǎn)矩T=1000N-〃7,

彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)。軸材料為40Cr鋼調(diào)質(zhì)，%=355Ma,r_]=200MPa，

甲°=0.2,中，=0.1,Ka=2.2

Kr=1.8,試計(jì)算考慮彎矩和轉(zhuǎn)矩共同作用時的計(jì)算平安系數(shù)集”。

圖3-9

解：cr“，=0,<7〃=b〃=62.5/WVz,rm=ra=O.5ro=39.06MPf/

（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?的二領(lǐng)加尸〃，最小工作應(yīng)力

0mM=—100/W/Z。材料的對稱循環(huán)疲勞極限er-=450M外,脈動循環(huán)疲勞極限5）=700MPa,屈

服極限q=800MPa。

I）試?yán)L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(biāo)明工作應(yīng)力點(diǎn)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(diǎn)A/；

3）M點(diǎn)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(biāo)出預(yù)緊力生，剩余預(yù)緊力死，螺栓工作載荷0~F；螺栓最

大拉力Fz，最小拉力尸.，拉力幅居:

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-ll（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(diǎn)距離縮短，降低彎矩。

2）軸改為錐形，與該段彎矩圖更接近，盡最少的材料，可獲得較小最大應(yīng)力。

（10）：平均應(yīng)力bm=250“P”，應(yīng)力特性系數(shù)尸=0.25,求出最大應(yīng)力Umax、最小應(yīng)力bmin和

應(yīng)力幅并畫出應(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bm=Gmax+5血樣=想用心和

求得最大應(yīng)力crmax=4(X)MP^

最小應(yīng)力crmin=\OOMPa

應(yīng)力幅(5?axFmin)/2=150Mp4

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)i旋轉(zhuǎn)軸直徑4=80〃〃%,受徑向力尸=2AN,跨距L=2m。/力作用在二支點(diǎn)中間，見

圖3-12。試計(jì)算。點(diǎn)的最大彎曲應(yīng)力(Tmax、最小彎曲應(yīng)力5曲、應(yīng)力幅平均應(yīng)力和應(yīng)力特性

系數(shù)，并畫出其變應(yīng)力圖。

圖3-12

解：梁中點(diǎn)4受到最大彎矩

M106106…c”

最大應(yīng)力(T—=-----=-----------=19.89M&

inaxW0.098x803

32

最小應(yīng)力amin=-amax=-19.89MPa

所以平均應(yīng)力二°

應(yīng)力幅=19.89MPa

應(yīng)力特性系數(shù)r=<rnnn/o-max=-1

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)crinax=400M&,<Tmii=150MPa,求?！液蛂,而出應(yīng)力變化圖。

解:=275；aa=200；r=-0.375(應(yīng)力圖略)

2)(Tmax=500MPa,b“=300MRz，求名而，，”和「，畫出應(yīng)力變化圖。

解：bmin=-L；cr,M=2CO；r=-0.2(應(yīng)力圖略)

3)r=0.125,b,“=一225MPa,求5nax，/in和外，畫出應(yīng)力變化圖。

解:5皿=一然）；bmin=7°;4=-175（應(yīng)力圖略）

（13）某材料的對稱循環(huán)持久彎曲極限b_1=108MRz,取循環(huán)基數(shù)No=5x105,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。

解：4（7000）=1（足（嘿唯1735MPa

/vAAJ

（14）某軸受彎曲穩(wěn)定變應(yīng)力作用：crnlax-250MPa,名面=-5（）”外,材料的機(jī)械性能

為:=450MPa,=700MA?,cr5=80）MPa,危險(xiǎn)載面的Ka=1.4,￡a=0.78,0。=0.78。

試求：

1）繪制材料的簡化極限應(yīng)力圖，在圖中標(biāo)出工作應(yīng)力點(diǎn)，并判別其可能破壞的形式；

2）試按S=1.5校核此軸的無限壽命疲勞強(qiáng)度；

3）假設(shè)疲勞強(qiáng)度不夠，應(yīng)采取什么措施予以提高；

4）假設(shè)軸的轉(zhuǎn)速為〃=20〃min,工作時間。=1000,,試按有限壽命校核其疲勞強(qiáng)度。

解：I）繪材料簡化應(yīng)力圖，由題給b-、。。、bs。按比例作簡化極限應(yīng)力圖如答圖7所示。