《机械设计》期末复习题解读

例1已知：max=200N/mm2，r=－0.5，求：min、a、m。解：1002005.0maxminr5021002002minmaxm15021002002minmaxaa0tmaxmmin20050-100例2已知：a=80N/mm2，m=－40N/mm2求：max、min、r、绘图。解：120)80(40maxam40)80(40minam3112040maxminra0tmaxmmin40-40-120例3已知：A截面产生max=－400N/mm2，min=100N/mm2求：a、m，r。FaFaFraAFrMb弯曲应力25025021004002minmaxa15021004002minmaxm25.041400100maxminra0tm100-150-4000ta0tm＋=稳定循环变应力R=－1对称循环R=＋1静应力解：例4如图示旋转轴，求截面A上max、min、a、m及r。Pr=6000APx=3000Nd=50150l=300b弯曲应力23336504.030060003222mmNdlPWMrb222528.15041300041mmNdPxc解：PrA：对称循环变应力PxA：静压力528.37maxcbcb472.34mincbcb36ba528.1cm919.0r＋=0tbPr（对称循环）0tcPx（静应力）a0tm34.472-3636-1.528-37.528合成后（稳定循环变应力）第二章机械零件的疲劳强度计算（习题）一、选择题1、机械设计课程研究的内容只限于。（1）专用零件和部件；（2）在高速、高压、环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件；（3）在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件；（4）标准化的零件和部件。2、下列四种叙述中是正确的。（1）变应力只能由变载荷产生；（2）静载荷不能产生变应力；（3）变应力是由静载荷产生；（4）变应力是由变载荷产生，也可能由静载荷产生。343、发动机连杆横截面上的应力变化规律如图所示，则该变应力的应力比r为。（1）0.24；（2）-0.24；（3）-4.17；（4）4.17。4、发动机连杆横截面上的应力变化规律如题3图所示，则其应力幅a和平均应力m分别为。（1）a=－80.6Mpa，m=49.4Mpa；（2）a=80.6Mpa，m=-49.4Mpa；（3）a=49.4Mpa，m=－80.6Mpa；（4）a=－49.4Mpa，m=－80.6Mpa。5、变应力特性max、min、m、a及r等五个参数中的任意来描述。（1）一个；（2）两个；（3）三个；（4）四个。t31.2N/mm2-130N/mm202226、机械零件的强度条件可以写成。（1），或，（2），或，（3），或，（4），或，7、一直径d=18mm的等截面直杆，杆长为800mm，受静拉力F=36kN，杆材料的屈服点s=270Mpa，取许用安全系数[S]=1.8，则该杆的强度。（1）不足；（2）刚好满足要求；（3）足够。8、在进行疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的。（1）屈服点；（2）疲劳极限；（3）强度极限：（4）弹性极限。二、分析与思考题1、什么是变应力的应力比r？静应力、脉动循环变应力和对称循环变应力的r值各是多少？SSSSSSSSSSSSSSSSmaxminr332静应力r静=＋1；脉动循环r脉=0；对称循环变应力r=-1。解：2、图示各应力随时间变化的图形分别表示什么类型的应力？它们的应力比分别是多少？0tmax0tmaxmminaa)b)0tmaxmmin=0a0tmaxam=0c)d)解：a）静应力r=1；b）非对称（或稳定）循环变应力0r+1；c）脉动循环r=0；d）对称循环r=－1。例题2-1：某零件采用塑性材料，－1=268N/mm2（N0=107，m=9），当工作应力max=240（或300）N/mm2，r=－1，试按下述条件求材料的疲劳极限应力，并在—N曲线上定性标出极限应力点和工作应力点，Sca。（1）N=N0（2）N=106解：1011NmNkNN2967max621max0/346101026810/268mmNNmmNNN12.124026824011aNcaS44.1240346caSN0=107N=106-1=268300346N240300max15.1300346106caSN89.03002680caSNN当时：将会失效。例2-2:一铬镍合金钢，-1=460N/mm2，s=920N/mm2。试绘制此材料试件的简化的m—a极限应力图。解：按合金钢，=0.2～0.3，取=0.2，由式（2—9a）得：0012210/7662.01460212mmNm0/2=383s=920045135aADGC图2-10一铬镍合金钢的m—a极限应力图0/2=383-1如图2-10所示，取D点坐标为(0/2=383,0/2=383)，A点坐标为(0,-1=460)。过C点(s=920,0)与横坐标成135作直线，与AD的延长线相交于G，则直线化的极限应力图为ADG。例2-3：在图2-10的极限应力图中，求r=-0.4时的a和m值。33.24.014.0111''rrtgma'04066'''33.2mmatg''1ma''1'2.0460mma2'2'/182,/424mmNmmNmam0/2=383s=920045135aADGCM(182,424)6640图2-10一铬镍合金钢的m—a极限应力图0/2=383-1从而得又由式（3-9a）：得联立以上两式解得：即图上M点。解：由式（2-8）得：例题：45号钢经过调质后的性能为：-1=307Mpa，m=9，N0=5×106。现以此材料作试件进行试验，以对称循环变应力1=500Mpa作用104次，2=400Mpa作用105次，试计算该试件在此条件下的安全系数计算值。若以后再以3=350Mpa作用于试件，还能再循环多少次才会使试件破坏？解：根据式（2-46）：0min111,NSkKKSeseca54.050040010500500101051199594610mmiisnNk14.150054.030711scakS根据式（2-47），试件的安全系数计算值为：又根据式（2-19）：6961101100625.0500307105mNN69621021047.0400307105mNN69631031055.1350307105mNN若要使试件破坏，则由式（2-42）得：11055.11047.010100625.010636564n66564631097.01047.010100625.01011055.1n即该试件在3=350Mpa的对称循环变应力的作用下，估计尚可再承受0.97×106次应力循环。总结1、在解决变应力下零件的强度问题叫疲劳强度。零件里通常作用的都是变应力，所以其应用更为广泛。2、疲劳强度和哪些因素有关=f（N，r，K，材料，形式）疲劳强度比静强度复杂得多。3．三大理论一假说：疲劳曲线——解决对称循环变应力的强度计算问题；极限应力图——对称非对称的关系；复合极限应力图——复合和简单应力的关系；Miner法则——稳定和非稳定应力的关系；例题：一零件采用塑性材料-1=275Mpa（N0=106，m=9），K=11）当作用一工作应力1，n1=4×103（N1=8×103）后，又作用一工作应力2=275Mpa，试求其工作寿命n2=?2）当作用1=410Mpa，n1=4×103后，若使n2=106，则工作应力2=?3）若工作应力1=410Mpa，n1=4×103，2=275Mpa，n2=5×105求：S（安全系数）。解：1）这属于不稳定变应力下的强度计算问题，应用疲劳损伤累积假说的数学表达式。1iiNn12211NnNn110108104,623302nNN52105n2）1iiNn1,101NnNnmimiimiimi1102751010275104410696926939MPa2.270205.1410639.0127511skKS639.01054102751041011959362110miimisnNk3）第二章机械零件的疲劳强度设计（习题续）一、选择题2-1．45钢的持久疲劳极限-1=270Mpa，设疲劳曲线方程的幂指数m=9，应力循环基数N0=5×106次，当实际应力循环次数N=104次时，有限寿命疲劳极限为Mpa。（1）539；（2）135；（3）175；（4）417；2-2．零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后，其疲劳强度。（1）增高（2）降低（3）不变（4）增高或降低视处理方法而定2-3．影响零件疲劳强度的综合影响系数K与等因素有关。（1）零件的应力集中、加工方法、过载；（2）零件的应力循环特性、应力集中、加载状态；（3）零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中；（4）零件的材料、热处理方法、绝对尺寸。1132-4．绘制设计零件的m—a极限应力简图时，所必须的已知数据是。（1）-1，0，s，k；（2）-1，0，s，K;（3）-1，s，，K;（4）-1，0，，K;2-5．在图示设计零件的m—a极限应力简图中，如工作应力点M所在的0N线与横轴间夹角=45，则该零件受的是。（1）不变号的不对称循环变应力；（2）变号的不对称循环变应力；（3）脉动循环变应力；（4）对称循环变应力；045135amANGCM232-6．在题2-5图所示零件的极限应力简图中，如工作应力点M所在的0N线与横轴之间的夹角=90时，则该零件受的是。（1）脉动循环变应力；（2）对称循环变应力；（3）变号的不对称循环变应力；（4）不变号的不对称循环变应力；2-7．已知一零件的最大工作应力max=180Mpa，最小工作应力min=-80Mpa。则在图示的极限应力简图中，该应力点M与原点的连线0M与横轴间的夹角为。（1）685744；（2）21215；（3）66215；（4）742833；0135amANGCM(m,a)212-8．在图示零件的极限应力简图上，M为零件的工作应力点，若加载于零件的过程中保持最小应力min为常数。则该零件的极限应力点应为。（1）M1；（2）M2；（3）M3（4）M4；2-9．在上题中