第三章 機械零件的疲勞強度設(shè)計

1、第三章 機械零件的疲勞強度設(shè)計一、選擇題31 45鋼的持久疲勞極限-1270MPa,，設(shè)疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，應(yīng)力循環(huán)基數(shù)N0=5×106次，當(dāng)實際應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=104次時，有限壽命疲勞極限為_MPa。（1）539 （2）135 （3）175 （4）41732 有一根階梯軸，用45鋼制造，截面變化處過渡圓角的疲勞缺口系數(shù)K=1.58，表面狀態(tài)系數(shù)0.28，尺寸系數(shù)0.68，則其疲勞強度綜合影響系數(shù)KD=_。（1）0.35 （2）0.88 （3）1.14 （4）2.8333 形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)和工作條件相同的零件，采用下列不同材料制造：a）HT200；b）35鋼；c）40CrNi

2、鋼。其中設(shè)計零件的疲勞缺口系數(shù)最大和最小的分別是_。（1）a）和b） （2）c）和a） （3）b）和c）（4）b）和a） （5）a）和c） （6）c）和b）34 零件的截面形狀一定，如絕對尺寸（橫截面尺寸）增大，疲勞強度將隨之_。（1）增高 （2）不變 （3）降低35 零件的形狀、尺寸、結(jié)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36 零件表面經(jīng)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37 影響零件疲勞強度的綜合影響系數(shù)KD或KD與_等因素有關(guān)。（1）零件的應(yīng)力集中、加工方

3、法、過載（2）零件的應(yīng)力循環(huán)特性、應(yīng)力集中、加載狀態(tài) （3）零件的表面狀態(tài)、絕對尺寸、應(yīng)力集中（4）零件的材料、熱處理方法、絕對尺寸。 38 已知設(shè)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)0.8。則疲勞強度綜合影響系數(shù)KD為_。 （1）0.87 （2）0.68 （3）1.16 （4）1.8 39 已知零件的極限應(yīng)力r=200MPa，許用安全系數(shù)S=2，影響零件疲勞強度的系數(shù)為K=1.2，0.83，0.90。則許用應(yīng)力為r_MPa。 （1）160.6 （2）106.7 （3）62.25 （4）110.7 310 繪制設(shè)計零件的ma極限應(yīng)力簡圖時，所必須的已知數(shù)據(jù)是_。 （1）

4、1，0，s, K （2）1，0，s, KD（3）1，s, ， K （4）1，0，, KD311 在圖示設(shè)計零件的ma極限應(yīng)力簡圖中，如工作應(yīng)力點M所在的ON線與橫軸間夾角45o，則該零件受的是_。（1）不變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力 （2）變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力（3）脈動循環(huán)變應(yīng)力 （4）對稱循環(huán)變應(yīng)力312 在題311圖所示零件的極限應(yīng)力簡圖中，如工作應(yīng)力點M所在的ON線與橫軸之間的夾角90o時，則該零件受的是_。 題311圖（1）脈動循環(huán)變應(yīng)力 （2）對稱循環(huán)變應(yīng)力（3）變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力 （4）不變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力313 已知一零件的最大工作應(yīng)力max=180MPa，最小工作應(yīng)力min

5、=80MPa。則在圖示的極限應(yīng)力簡圖中，該應(yīng)力點M與原點的連線OM與橫軸間的夾角為_。（1）68o5744（2）21o215（3）66o215（4）74o2833題313圖 題314圖314 在圖示零件的極限應(yīng)力簡圖上，M為零件的工作應(yīng)力點，若加載于零件的過程中保持最小應(yīng)力min為常數(shù)。則該零件的極限應(yīng)力點應(yīng)為_。（1）M1 （2）M2 （3）M3 （4）M4315 上題若在對零件加載的過程中保持應(yīng)力比r為常數(shù)。則該零件的極限應(yīng)力點應(yīng)為_。（1）M1 （2）M2 （3）M3 （4）M4316 314題若在對零件的加載過程中保持平均應(yīng)力m常數(shù)。則該零件的極限應(yīng)力點應(yīng)為_。（1）M1 （2）M2（

6、3）M3 （4）M317 零件的材料為45鋼，b=600MPa，s=355MPa，-1=270MPa，=0.2，零件的疲勞強度綜合影響系數(shù)KD=1.4。則在圖示的零件極限應(yīng)力簡圖中角為_ 題317圖（1）36o5535 （2）41o1422 （3）48o4538318 已知45鋼調(diào)制后的力學(xué)性能為：b=620MPa，s=350MPa，-1=280MPa，0=450MPa。則為_。（1）1.6 （2）2.2 （3）0.24 （4）0.26319 某零件用45Mn2制造，材料的力學(xué)性能為：b=900MPa，s=750MPa，-1=410MPa，=0.25。影響零件疲勞強度的系數(shù)為：K1，0.85，

7、0.8。則該零件受脈動循環(huán)變應(yīng)力作用時，其極限應(yīng)力為_。（1）223 （2）328 （3）551 （4）656320 在題311圖所示零件的極限應(yīng)力簡圖中，如工作應(yīng)力點M所在的ON線與橫軸間的夾角50o，則該零件受的是_。（1）脈動循環(huán)變應(yīng)力 （2）對稱循環(huán)變應(yīng)力（3）變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力 （4）不變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力321 一零件由40Cr制成，已知材料的b=980MPa，s=785MPa，-1=440MPa，=0.3。零件的最大工作應(yīng)力max=240MPa，最小工作應(yīng)力min=80MPa，疲勞強度綜合影響系數(shù)KD=1.44。則當(dāng)應(yīng)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

8、）3.27 （2）1.73 （3）1.83 （4）1.27322 一零件由20Cr制成，已知-1=350MPa，s=540MPa，=0.3，零件的最大工作應(yīng)力max=185MPa，最小工作應(yīng)力min=85MPa，疲勞強度綜合影響系數(shù)KD=1.41。則當(dāng)平均應(yīng)力常數(shù)時該零件按應(yīng)力幅計算的工作安全系數(shù)為_。（1）4.07 （2）2.89 （3）2.59 （4）1.76323 若材料疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，則以對稱循環(huán)應(yīng)力1=500MPa作用于零件N1=104次以后，它所造成的疲勞損傷，相當(dāng)于應(yīng)力2=450MPa作用于零件_次。（1）0.39×104 （2）1.46×104

9、（3）2.58×104 （4）7.45×104324 若材料疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，則以對稱循環(huán)應(yīng)力1=400MPa作用于零件N1=105次以所造成的疲勞損傷，相當(dāng)于應(yīng)力2=_MPa作用于零件N2=104次所造成的疲勞損傷。（1）517 （2）546 （3）583 （4）615325 45鋼經(jīng)調(diào)制后的疲勞極限-1=300MPa，應(yīng)力循環(huán)基數(shù)N0=5×106次，疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，若用此材料做成的試件進(jìn)行試驗，以對稱循環(huán)應(yīng)力1=450MPa作用104次，2=400MPa作用2×104次。則工作安全系數(shù)為_。（1）1.14 （2）1.25 （3）

10、1.47 （4）1.65326 45鋼經(jīng)調(diào)制后的疲勞極限1=300MPa，應(yīng)力循環(huán)基數(shù)N0=5×106次，疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，若用此材料做成的試件進(jìn)行試驗，以對稱循環(huán)應(yīng)力1=450MPa作用104次，2=400MPa作用2×104次后，再以3=350MPa作用于此試件，直到它破壞為止，試件還能承受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為_次。（1）6.25×105 （2）9.34×105 （3）1.09×106 （4）4.52×106二、分析與思考題327 機械零件疲勞強度的計算方法有哪兩種？其計算準(zhǔn)則各是什么？328 機械零件在變應(yīng)力條件下工作發(fā)生

11、疲勞斷裂而失效的過程怎樣？329 在一定的應(yīng)力比r下工作的金屬試件，其應(yīng)力循環(huán)次數(shù)與疲勞極限之間有怎樣的內(nèi)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？330 什么是應(yīng)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？331 按疲勞曲線(N)設(shè)計零件時，適用的條件是什么？當(dāng)循環(huán)次數(shù)N104時，(N)曲線是否適用？為什么？在這種情況下應(yīng)如何處理？332 試區(qū)分金屬材料的幾種應(yīng)力極限：b、s、1、0和r。在零件設(shè)計中確定許用應(yīng)力時，應(yīng)當(dāng)怎樣根據(jù)具體工作情況選取這些應(yīng)力極限？它們之間的關(guān)系有哪些經(jīng)驗公式？333 影響機械零件疲勞強度的主要因素有哪些？提

12、高機械零件疲勞強度的措施有哪些？334 機械零件受載時在什么地方產(chǎn)生應(yīng)力集中？應(yīng)力集中與材料的強度有什么關(guān)系？335 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??？機械零件設(shè)計中，常見的應(yīng)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(yīng)力集中源時，其疲勞缺口系數(shù)值應(yīng)當(dāng)如何選??？336 疲勞強度的綜合影響系數(shù)KD，KD的意義是什么？其計算公式是什么？337 怎樣區(qū)分變應(yīng)力是穩(wěn)定的還是非穩(wěn)定的？怎樣進(jìn)行在穩(wěn)定變應(yīng)力下的零件強度計算？怎樣進(jìn)行在規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力下的零件強度計算？338 在極限

13、應(yīng)力簡圖上，對各種加載情況（即r=常數(shù)、m常數(shù)、min常數(shù)）如何判斷零件是首先產(chǎn)生疲勞破壞還是首先產(chǎn)生塑性變形破壞？若有數(shù)學(xué)式子來判斷，試寫出其判斷條件式。339 試推導(dǎo)出min常數(shù)或m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(jìn)行比較）。340 和的幾何意義和物理意義是什么？材料的強度愈高，和的值愈大還是愈??？341 求單向應(yīng)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？342 怎樣用圖解法求單向應(yīng)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？343 何謂疲勞損傷累積假說？線性疲勞損傷累積計算的數(shù)學(xué)表達(dá)式

14、為何？344 零件在非穩(wěn)定變應(yīng)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公式并加以必要的說明。345 怎樣求復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的安全系數(shù)？346 試說明當(dāng)加在零件上的外載荷一定時，突然加載（動載）引起的應(yīng)力和變形至少為漸緩加載（靜載）的兩倍。三、設(shè)計計算題 題347圖347 如圖所示某旋轉(zhuǎn)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，求中間截面上A點的應(yīng)力隨時間變化的表達(dá)式，并求A點的max、min、a和m。 348 一內(nèi)燃機中的活塞連桿，當(dāng)氣缸發(fā)火時，此連桿受壓應(yīng)力max=150MPa，當(dāng)氣缸進(jìn)氣開始時，連桿承受拉應(yīng)力min=50MPa，試求：（1）

15、該連桿的平均應(yīng)力m、應(yīng)力幅a和應(yīng)力比r；（2）繪出連桿的應(yīng)力隨時間而變化的簡圖。349 一轉(zhuǎn)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(yīng)力的max、min、m、a和r。題349圖 題350圖350 某一轉(zhuǎn)軸的局部結(jié)構(gòu)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(xué)性能為：b=450MPa，s=220MPa，試求截面變化處的疲勞強度綜合影響系數(shù)KD和KD。351 由脆性材料制成的受彎平板的平面尺寸如圖所示，板厚3

16、0mm。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、兩截面上的最大應(yīng)力值。疲勞缺口系數(shù)查題353附圖。352 一轉(zhuǎn)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。試分別計算至各截面上的最大彎曲應(yīng)力的名義值和實際值。疲勞缺口系數(shù)查題353附圖。題351圖 題352圖353 用高強度碳鋼制成的構(gòu)件的平面尺寸如圖所示，厚8mm，受拉力F=50kN。該構(gòu)件的、截面上分別有15mm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(yīng)力。 題353附圖附注：這三種結(jié)構(gòu)的疲勞缺口系數(shù)值可從上圖曲線中查得。354 題353中如

17、載荷F在2585kN之間做周期性的變化，材料改為20CrMnTi，其力學(xué)性能為s=835MPa，-1=345MPa，0=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)0.9，按無限壽命考慮。試畫出ma極限應(yīng)力圖，并用圖解法和解析法確定安全系數(shù)S。355 用題354的條件畫出mmax和min極限應(yīng)力圖，并用圖解法和解析法確定安全系數(shù)。可參閱5。356 按題354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minmax極限應(yīng)力簡圖，并用圖解法和解析法確定安全系數(shù)。可參閱5。357 一階梯軸軸肩處的尺寸為D=60mm，d=50mm，r

18、=4mm，如材料的力學(xué)性能為：b=650MPa，s=360MPa，-1=200MPa，0=320MPa。試?yán)L制此零件的簡化極限應(yīng)力線圖。358 如上題中危險截面處的平均應(yīng)力m=30MPa，應(yīng)力幅a=45MPa，試分別按（1）r=c；（2）m=c求出該截面上的計算安全系數(shù)S。359 一轉(zhuǎn)軸的危險截面上作用有周期性波動的載荷：彎矩M=100200N·m，轉(zhuǎn)矩T=0100N·m。軸的材料為45鋼，力學(xué)性能：s=400MPa，-1=270MPa，0=480MPa，s=216MPa，-1=156MPa，0=300MPa。若截面直徑d=25mm，疲勞缺口系數(shù)K=1.78，K=1.45，

19、尺寸系數(shù)=0.9，=0.93，表面狀態(tài)系數(shù)=0.91，=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。360 題159中，如轉(zhuǎn)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(diào)制，力學(xué)性能：s=360MPa，-1=300MPa，0=500MPa，s=216MPa，-1=155MPa，0=282MPa。危險截面4上的疲勞缺口系數(shù)K=1.9，K=1.40，尺寸系數(shù)=0.74，=0.84，表面狀態(tài)系數(shù)=0.92，=0.95。試確定軸的安全系數(shù)S。計算時可按無限壽命考慮，忽略剪力的作用。361 一機械零件，b=650MPa，s=360

20、MPa，如果受到交變應(yīng)力的作用，max=250MPa，問應(yīng)力比r大于多少時開始按塑性變形計算。362 一機械零件用45鋼制造，材料的b=650MPa，s=360MPa，如果受到交變應(yīng)力作用，應(yīng)力比r=0.5，max=240MPa問其工作應(yīng)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(yīng)如何計算。363 一零件用合金鋼制成，其危險截面上的最大工作應(yīng)力max=250MPa，最小工作應(yīng)力min=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)=0.9。該合金鋼的力學(xué)性能為：b=900MPa，s=800MPa，-1=440MPa，0=720MPa。要求：（

21、1）按比例繪制零件的簡化極限應(yīng)力簡圖；（2）按r=c求與工作應(yīng)力點相對應(yīng)的極限應(yīng)力幅a，極限平均應(yīng)力m和極限應(yīng)力max；（3）按r=c校核此零件危險截面上的安全系數(shù)S。364 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(yīng)力max=120MPa，曲柄材料為40Cr調(diào)制處理，圓角處精磨，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N106。試用解析法和圖解法校核AA截面處安全系數(shù)是否滿足要求。已知S=2.5。 題364圖365 一鋼制零件，工作應(yīng)力為：max=250MPa，min=50MPa。零件的疲勞強度綜合影響系數(shù)KD=1.35，材料的力學(xué)性能為b=630MPa，s=455MPa，-1=285MPa，0=51

22、0MPa。若許用安全系數(shù)對變應(yīng)力取S=1.3、對靜應(yīng)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366圖366 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(zhuǎn)動而承受對稱循環(huán)交變應(yīng)力。已知軸用45鋼調(diào)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。367 在題350中，若危險截面上同時作用有彎矩M=6.5×106N·mm產(chǎn)生的對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力和由轉(zhuǎn)矩T=6.5×105N·mm產(chǎn)生的對稱循環(huán)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，試校核該截面的抗疲勞安全系數(shù)S。已知該軸的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)不低于107，S=1.5。368 齒輪減速器的輸出軸受穩(wěn)定載荷作用，單向運轉(zhuǎn)，已知某截面上受彎矩M=2500N·m，轉(zhuǎn)矩T=5000N·m，軸向力Fa=75kN，軸的材料為合金鋼，-1=450MPa，-1=260MPa，0=450MPa，0=495MPa，該截面的直徑d=60mm，疲勞缺口系數(shù)K=1.9，K=1.6，尺寸系數(shù)為=0.84，=0.7