机械设计作业集第3章答案.pdf

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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，当截面尺寸增人时，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 C、C,所示的两点，若加载规律为详常数。在进 行安全系数校核时，对应 G 点的极限应力点应取为 月，对应 C：点的极限应力点应取为B。A BxB B：C D：D3-3 同上题，若加载规律为CF常数，则对应 G 点 的极限应力点应取为C,对应 G 点的极限应力点 应取为D oABiBB：CDiDD：标轴的交角 0 二 60,则该零件所受的应力为 Q。AD对称循环变应力B脉动循环变应力C。如、c*符号（正负）相同的不对

2、称循环变应力。品符号（正负）不同的不对称循环变应力3-5 某四个结构及性能相同的零件甲、乙、丙、丁，若承受最人应力的值相等，而应力循坏特 性 r 分别为+1、-1、0、0.5,则其中最易发生失效的零件是二A 甲：3-4 在图中所示的极限应力图中,工作应力点为 C,0C 线与横坐B 乙C 丙D T3-6 某钢制零件材料的对称循环弯曲疲劳极限 er 二 300MPa,若疲劳曲线指数 m二 9,应力循环基 数No=lO,当该零件工作的实际应力循环次数N=l（f时，则按有限寿命计算，对应于”的疲劳极 限 o沁为 C叽B 420C 500.4C 40CrNiD 430.5D 45 号钢A 300A HT

3、200 B 35 号钢3-7 某结构尺寸相同的零件，当采用C材料制造时其有效应力集中系数最人。38 某个 40Cr 钢制成的零件，己知 OB=750MPE Os=550MPa.0-i=350MPa,巾“二 025,零件危 险截面处的最大工作应力量 0185MPa,最小工作应力二-75MPa,疲劳强度的综合影响系数 K&1.44,则当循环特性 r 二常数时，该零件的疲劳强度安全系数 Sg 为二A 2.97B 1.74C 1.90D 1.45 3-9 对于循环基数No=lO的金属材料,下列公式中，月 是正确的。AB oN=CC 寿命系数kN=N/NQ D 寿命系数 kxl.03-10 已知某转轴在

4、弯-扭复合应力状态下工作，其弯曲与扭转作用下的计算安全系数分别为 S&6.0、S&18.0,则该轴的实际计算安全系数为C。A 12.0B 6.0C 5.69D 18.03-11 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d 产2d：,弹性模量E 产2E：,则其接触应力为 月。A。HI=B。xi=2。血C。HI=4 OR：D。HI=8。M23-

5、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，受力均为正压力斤 则丄的接触应力最大。3-15 在上题 A 图中，22几小圆柱的弹性模量为人圆柱的弹性模量为耳，为一定值,大小圆柱的尺寸及外载荷 F定，则在以下四种情况中，D的接触应力最大,力的接触 应力最小。DEELEAE 尹EpE/2BE 产E、E：=E/2C Ei=E/2 E：=E二、填空题3-16 判断机械零件强度的两种方法是一最人应力法 及 安全系数法:其相应的强度 条件式分别为cWg 及_。3-17 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

6、是 疲劳失效；这种损坏的断面包括 光滑区 及粗糙区两部分。3-19 钢制零件的”-艸曲线上，当疲劳极限几乎与应力循环次数 N 无关时，称为 无限寿命 循 环疲劳；而当 N。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。s s320 公式 S=-表示 复合（双向）应力状态下 疲劳或静 强度的安全系数，而S=/6表示 复合（双向）应力状态下的 静强度的安全系数。3-21 零件表面的强化处理方法有化学热处理、高频表面淬火、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 强度的增大而增人。三、分析与思考题3-23 图示各零件均受静载

7、荷作用，试判断零件上 A 点的应力是静应力还是变应力，并确定应非对称循坏应力静应力1=+1题 323 图对称循坏应力1-1-lrl3-24 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卞，零件和材料试件的失效形式相比不一定相同，如图示：Mi 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。O O3-25 试说明承受循坏变应力的

8、机械零件，在什么情况卞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：N 丁,:=tr=tr5 5=550MPa=550MPa=452.04MP=452.04MP。=b.i=350MPa350MPa因为:NQN。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o3=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臨和剪切疲劳极限的综合影响系数K.I R3解：心=1+=1+%(乙一1 1)，k kr r=l+(a=l+(ar r-l)-l)附图 3J q qa a=0.82=0.82q qT T=0.84=0.84一(

9、IMOIZ/J=48/40=1.2Z/J=48/40=1.2a aa a=2.09-=2.09-=3/40=0.0752.09-1.622.09-1.620.1-0.040.1-0.04 0.035=1.82 0.035=1.82题 328 图k ka a=1.6724=1.6724L66-L33L66-L331.66-1.66-0.035=1.46750.035=1.46750.1-0.440.1-0.44附图 32%=0%=073,73,附图 34附图 33 t t=0.85=0.85k kT T=1.3927=1.3927角=禹=0 08484零件不强化处理优=1.67241.67241

10、 1 所以：心:=(=(-+-1 1)x1=2.4814)x1=2.48140.730.730.840.841 12 21 39271 3927=(=(+1)x1=1.828891)x1=1.828890.850.850.840.84300300329 某轴只受稳定交变应力的作用，工作应力 o _=240MPa,。品二-40、。材料的机械性能0-!=450MPa,0s=800MPa,oo=7OOMpa,轴上危险截面处的 k.,=l.3,。二 0 78,(1)绘制材料的简化极限应力图；(2)用作图法求极限应力 6 及安全系数(按 I二 C 加载和无限寿命考虑)；(3)取S=1.3,试用计算法验证

11、作图法求 S 值，并校验此轴是否安全。解:(1)A 点(0,o-i),B 点(00/2,o0/2),S 点(GS.O)(2)&=+-一1)-1)-=1.667=1.667川空)=(0,270)(0,270)歹(玉,-)=(350,210)(350,210)心2 2 2K2Ka a=Bfl。6 Pa6 Pa A A件上两点的最人工作应力和最小工作应力分别为：M 点：o=190 Mpa.oain=H0 Mpa：点:o=170Mpa.oSia=30 Mpa，应力变化规律为 r 二常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数K=2.0,试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。解:MlMl：a a,190+

12、110190+110,15(,15()w w 2 2a a(,=500MP,=500MP号=250250190-110190-110 加=150=150M2M2：a a.170+30.wo.170+30.wo巴也=70=70-40 40tffr2 240.640.6解析法:Ml：S S=也3+灯几3003002x40+0.2x1502x40+0.2x150max2.722.722x70+0.2x1002x70+0.2x1001-8731-8733-31 转轴的局部结构如题 3-28 图所示。已知轴的【-1 截面承受的弯矩 M=300N.m,扭矩 T 二 800N.m,弯曲应力为对称循环，扭转切

13、应力为脉动循环。轴的材料为0G钢调质，O-i=355MPa,J=200MPm 叭二 02,201,设 K=22,Kr=1.8,试计算考虑弯曲和扭转共 同作用时的计算安全系数MM 30000()30000()盘寸46.875M/V46.875M/V%a aa a=46.875=46.875(T Tw w=0=0=T=Tmm.v vT T 800000 800000 j-=j-=62.5 MPa62.5 MPa3 3WWT T 0.2 x 40 0.2 x 40355355_ _=3.4424=3.442446.875+0.2x046.875+0.2x0S=_S=_ zl zl_ _=_=_ f

14、f k ka aa aa a+y+ya ayym m 2.2 x 2.2 x2001.8x31.25+0.1x31.25=3.3684屈服安全系数：查书 P355 40Cr：os=540MPa按第三强度理论：s“=s“=6 62 2=4.04892=4.04892v max+niax3-32 实心转轴的危险截面上受有载荷为：弯矩M=100N.m：转矩为周期变化，T=050N.m.轴 的材料为碳钢，已知力学性能为：o=3OOMPa,o.2=170MPa,rs=lS0MPa,TylOOMPa。若截面 直径 d 二 25mm,有效应力集中系数 k.,=l.79,4 二 1.47,尺寸系数。二 0.8

15、4,20.78,表面质量 系数 B=Bc0.9,强化系数BE，材料常数 20.34,20.21。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。T T 50000 50000让解：M：n n100000100000=65.19 MPa=65.19 MPa=cr crnilnniln”25/”25/3232市7Tr7Tr297297咖祐=0 r=0=0 r=0r rltlltl=T=Tlmxlmx/2=8.148MPa/2=8.148MPa=(仪+1)1)=2.242 K,=2.242 K,=S Pt Pq+-1)-1)=1.996=1.996b Pa PqV V 一 f 一 _L LLTLT170170一 1 1631 163 2.242x6549+0 2.242x6549+0*100-1S.=_ izz _=5.563kzTa+y/rrin 1.996 x&l48+0.21 x&148C C S“S“=1.1383=1.1383屈服安全系数：查厲 55 碳钢：o:=355MPa7第三强度理论：s=ca _300300=4.87=4.87