上海工程技术大学机械设计A复习题第三章机械零件强度
上海工程技术大学期末机械设计A
（勤奋、求是、创新、奉献）2015～2016学年第一学期考试试卷主考教师：陆宁课程代码010334学院________班级_______姓名_______学号________《机械设计》课程试卷A参考答案及评分标准一、判断题（本题共10小题，每小题1分，共10分，请用√和×表示正确与错误）1.变应力不一定只由变载荷产生。
（）2.螺纹的螺旋升角愈小，螺纹的自锁性能愈好。
（）3.平键是靠键的两侧面来传递载荷。
（）4.重要的螺栓连接不采用12mm以下直径是因为太细的螺栓不能有效定位（）5.带传动转速不能过高，否则会因离心力过大使得传动能力下降（）6.齿轮啮合的设计应使得小齿轮比大齿轮的硬度高些（）7.蜗杆传动，蜗杆头数越少，传动效率越低。
（）8.选用滑动轴承的润滑油时，转速越高，选用油的粘度越高。
（）9.深沟球轴承不能承受轴向力（）10.因为滚动摩擦系数小于滑动摩擦系数，滚动轴承比滑动轴承更适合于高转速的场合。
（）二、选择题（本题共15小题，每小题1分，共15分）请将答案填写在下表对应空格内1.影响零件疲劳强度的综合影响系数K σ与_______等因素有关。
A.零件的应力集中、加工方法、过载B.零件的应力循环特性、应力集中、加载状态C.零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中D.零件的材料、热处理方法、绝对尺寸 2.零件的计算安全系数为_______之比。
A.零件的极限应力与许用应力B.零件的极限应力与工作应力C.零件的工作应力与许用应力D.零件的工作应力与极限应力3.当两个被连接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常拆装时，往往采用_______。
A.螺栓连接?B.螺钉连接?C.双头螺柱连接?D.紧定螺钉连接 4.平键联接的可能失效形式有______。
A.疲劳点蚀B.弯曲疲劳破坏 C .胶合 D.压溃、磨损、剪切破坏等5.三角传动工作时，与带轮轮槽接触的是______。
A.带的底面B.带的顶面C.带的两侧面 6.带和齿轮组成的多级减速传动中，带传动应放在______。
机械设计作业集第3章答案解析
第三章机械零件的强度、选择题3— 1零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，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G 、C 2所示的两点，若加载规律为 r=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 A ，对应G 点的极限应力点应取为BA B i B B 2 CD D D3—3同上题，若加载规律为b nF 常数，则对应 C 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 。
A B iB E 2CD D D 23—5某四个结构及性能相同的零件甲、乙、丙、丁，若承受最大应力的值相等，而应力循环特 性r 分别为+1、-1、°、0.5，则其中最易发生失效的零件是B 。
A 甲B 乙 C限 b -1N 为____ C ____ MPaA 300B 420C 500.4D 430.5 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大。
A HT200B 35 号钢C 40CrNiD 45 号钢3—8 某个 40Cr 钢制成的零件，已知 b B =750MPa b s =550MPa b -1=350MPa ® b =0.25，零件危 险截面处的最大工作应力量bnax=185MPa 最小工作应力b nin =-75MPa,疲劳强度的综合影响系数K b =1.44，则当循环特性r=常数时，该零件的疲劳强度安全系数S b a 为_ B_。
A 2.97B 1.74C 1.90D 1.453—9对于循环基数N 0=10的金属材料，下列公式中，_A _是正确的。
A b r nNl=CB b N=C C寿命系数 k NmN/N 0 D寿命系数 k N <1.03 —10已知某转轴在弯-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 b =6.0、S =18.0，则该轴的实际计算安全系数为_CA 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。
03 机械设计作业参考答案_机械零件的强度
机械零件的强度1、 【答】影响机械零件疲劳强度的主要因素有零件几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因素。
零件设计时，可以采用如下的措施来提高机械零件的疲劳强度：1）尽可能降低零件上应力集中的影响是提高零件疲劳强度的首要措施。
应尽量减少零件结构形状和尺寸的突变或使其变化尽可能地平滑和均匀。
在不可避免地要产生较大的应力集中的结构处，可采用减荷槽来降低应力集中的作用；2）选用疲劳强度大的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺； 3）提高零件的表面质量；4）尽可能地减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。
2、 【解】由公式 mr rN NN σσ0= 得N 1 = 7000时 MPa 6.373=700010×5180==9610111mN N N σσN 2 = 25000时 MPa 3.324=2500010×5180==9620112mN N N σσN 3 = 620000时MPa 0.227=62000010×5180==9630113mN N N σσ3、 【解】由公式3-6 012=σσσψσ 得MPa 33.283=2.0+1170×2=+12=10σψσσ简化极限应力线图上各点的坐标分别为），（）；，（）；，（02607.1417.1411700C D A ''按比例绘制的简化极限应力线图如图所示。
4、 【解】1）绘制零件的简化极限应力线图零件极限应力线图上各点的坐标分别为：），（），（；），（0260),1.118,7.141(=2.17.1417.141)7.141,0(=2.11700C D A工作点M 坐标为)20,30(=),(m a σσ2）标出极限应力点S 1和S 2C r = 和C σm =时在零件的简化极限应力线图上的极限应力点S 1和S 2如图所示。
第三章 机械零件的强度
o
每点纵坐标值（应力幅值）
σS
按同一比例缩小（除以一
个大于 1 的系数 K )
A→ A D → D
A( 0 , 1 )
A( o, 1 ) D( 0 , 0 )
K
22
45° C m
D( 0 , 0 )
2 2K
根据A、D 两点的坐标：
A( o, 1 ) D( 0 , 0 )
a
max
max
min
t min
min max a
r=－1 （对称）
3.2.2 材料疲劳的类别 ★依作用在零件上的变应力循环次数的不同，零件材料的疲劳 分为两种。
低周疲劳（应变疲劳） 循环次数低于103次 或104次 ； 高周疲劳 循环次数高于 104次 。
R N 1 F N0
t
或
R
(t)dt
e 0
★浴盆曲线 —描述机械产品典型的失效率λ（t）与时间 t 的关系的曲线。
dN
(t )
(t) dt
N
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
第Ⅰ阶段：早期失效阶段；
第Ⅱ阶段：正常使用阶段；
第Ⅲ阶段：损坏阶段。
0
t
图1.1 失效率曲线
3.2 机械零件的强度计算
静载荷 不随时间变化或变化缓慢的载荷 变载荷 随时间变化的载荷
名义载荷—根据额定功率用力学公式计算出的
按照计算要求分
载荷。
计算载荷—考虑各种因素综合影响计算的载荷。
2．应力分类
静应力— 不随时间变化或变化缓慢的应力称为静应力；
变应力—随时间变化的应力称为变应力。
Ⅰ
F
机械设计复习题答案
K (σ + σ )ca第三章机械零件的疲劳强度设计3－39 试推导出 σmin ＝常数或 σm ＝常数时安全系数的计算公式，并比较 r ＝常数和上述两种情况下安全系数计算公式的区别（可代入一些具体数字进行比较）3－65 一钢制零件，工作应力为：σmax =250MP a ，σmin =－50MP a 。
零件的疲劳强度综合 影 响 系 数 K σ=1.35 ， 材 料 的 力 学 性 能 为 σb =630MP a ， σs =455MP a ， σ-1=285MP a ， σ0=510MP a 。
若 许 用 安 全 系 数 对 变 应 力 取 [S σ]=1.3、对静应力取[S σ]＇=1.5，并按无限寿命 考虑，试分别用解析法和图解法校核该零件的安全系数。
（σa =150MP a ，σm =100MP a ，ψσ=0.1176） 第一种情况：r=CS =caσ-1K σ + ϕ σσ a σm= 1.33 >[S σ]安全第二种情况：σm =CS = σ -1 + ( K σ - ϕσ )σm = 1.21 <[S ]σ σam不安全第三种情况：σmin =CS = ca 2σ + ( K - ϕ )σ-1 σ σ min ( K + ϕ )(2σ + σ σ σ a min)= 1.39安全第四章摩擦、磨损及润滑概述二、分析与思考题1 按照摩擦机理分，磨损有哪几种基本类型？它们各有什么主要特点？2 机械零件的磨损过程分为哪三个阶段？在设计使用时，在设计或使用机器时如何要 求以延长零件的寿命？3 获得流体动力润滑的必要条件是什么？4 润滑剂的作用是什么？常用润滑剂有哪几种？l 2第五章 螺纹联接和螺旋传动三、计算题1、 如图示高压容器螺纹联接 的 a ）、b ）、c ）三种方案，问哪 种比较合理？并说明其它方案为什么不合理。
解答：图（b ）比较合理。
图(a)螺纹联接布置太少，两螺纹间矩太大，对于高压熔器很难保证密封性要求；图(c)螺纹联接太多，两螺纹间矩太小，不够扳手的活动空间，没法拧紧和放松。
机械设计习题
第三章 机械零件的强度一、 名词解释1、循环特性r 、对称循环、脉动循环2、静强度、疲劳强度、高周疲劳、低周疲劳、N -σ曲线、等寿命曲线（极限应力线图）3、寿命系数K N 、循环基数、单向稳定变应力、单向不稳定变应力、双向稳定变应力、设计安全系数、计算安全系数二、选择题1、若传动轴作正、反向转动，则轴上某点的扭转应力（剪应力）可按 处理。
A 、脉动循环B 、对称循环C 、静止不变D 、以上都不是2、以下四种叙述中， 是正确的。
A 、变应力只能由变载荷产生B 、静载荷不能产生变应力C 、变应力是由静载荷产生的D 、变应力由变载荷产生，也可能由静载荷产生3、变应力特性可用max σ、min σ、a σ、m σ、r 中五个参数的任意 个来描述。
A 、一个B 、两个C 、三个D 、四个4、零件的截面形状一定，如绝对尺寸(横截面尺寸)增大，疲劳强度将随之_____。
A 、 增高B 、 不变C 、 降低D 、不确定5、零件的材料、形状，尺寸，结构相同时，磨削加工的零件与精车加工相比，其疲劳强度______。
A 、 较高B 、 较低C 、 相同6、零件的表面经淬火，渗氮，喷丸，滚子碾压等处理后，其疲劳强度_______。
A 、 增高B 、 降低C 、 不变D 、 增高或降低视处理方法而定三、问答题1、在N -σ曲线上指出静强度、低周疲劳和高周疲劳区及有限寿命疲劳阶段和无限寿命疲劳阶段。
2、弯曲疲劳极限的综合影响系数K σ的含义是什么?它与哪些因素有关?它对零件的疲劳强度和静强度各有何影响?四、计算题1、一零件用合金钢制造，已知材料的弯曲疲劳极限的综合影响系数K σ=1.6，MPa MPa MPa MPa O S B 746,485,800,10001====-σσσσ，试绘制该零件的简化极限应力限图。
若测得零件的工作应力MPa MPa 50,350min max ==σσ，当（1）r=C,(2)C m =σ时, 分别用计算法和图解法求该零件的计算安全系数S ca 。
机械设计第三章机械零件的强度教案
第三章机械零件的强度课堂类别：理论教学目标：掌握常用的强度理论，并能正确运用；正确选用强度计算中的极限应力；熟练掌握极限应力线图的绘制与分析；熟练掌握稳定变应力时的疲劳强度计算及等效转化概念；了解单向不稳定变应力的疲劳强度计算。
教学重难点：重点：常用强度理论的正确运用及强度计算中极限应力的正确选定；极限应力线图的意义、绘制；稳定变应力时的疲劳强度计算。
难点：无。
教学方法与手段：1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发2.教学手段：课件演示、视频课件主要教学内容及过程第三章机械零件的强度1.强度问题：静应力强度：通常认为在机械零件整个工作寿命期间应力变化次数小于103的通用零件，均按静应力强度进行设计。
（材料力学范畴）变应力强度：在变应力作用下，零件产生疲劳破坏。
2.疲劳破坏定义：金属材料试件在交变应力作用下，经过长时间的试验而发生的破坏。
3.疲劳破坏的原因：材料内部的缺陷、加工过程中的刀痕或零件局部的应力集中等导致产生了微观裂纹，称为裂纹源，在交变应力作用下，随着循环次数的增加，裂纹不断扩展，直至零件发生突然断裂。
4.疲劳破坏的特征：1）零件的最大应力在远小于静应力的强度极限时，就可能发生破坏；2）即使是塑性材料，在没有明显的塑性变形下就可能发生突然的脆性断裂。
3) 疲劳破坏是一个损伤累积的过程，有发展的过程，需要时间。
4) 疲劳断口分为两个区：疲劳区和脆性断裂区。
§3-1 材料的疲劳特性一、应力的分类1、静应力:大小和方向均不随时间改变,或者变化缓慢。
2、变应力:大小或方向随时间而变化。
1）稳定循环变应力: 以下各参数不随时间变化的变应力。
m ─平均应力；a ─应力幅值 max ─最大应力； min ─最小应力r ─应力比（循环特性）描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。
2）非稳定循环变应力: 参数随时间变化的变应力。
（1）规律性非稳定变应力:参数按一定规律周期性变化的称为。
第三章 机械零件的强度
σ max − σ min
2
平均应力： σ m =
σ max + σ min
2
Well begun is half done. 好的开始等于成功的一半。
机械设计
Design of Machinery
强度计算
静应力强度 变应力强度
2、静应力时的机械零件的强度 σ lim σ ≤ [σ ] = S
—— AG 的方程 ′ ′ 2. CG方程：
' ' σ ae + σ me = σ s
σ +σ =σs
' a ' m
—— CG′的方程
Well begun is half done. 好的开始等于成功的一半。
机械设计
Design of Machinery
1. 单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算 机械零件应力的变化规律： ①变应力的循环特性不变 ②变应力的平均应力不变 ③变应力的最小应力不变
′ ′ AG 的方程：
' ' σ−1 =σa +ϕσσm
其中：
ϕσ =
2 −1 −σ0 σ
σ0
CG′ 的方程：
材料的极限应力线图
' ' σa +σm =σs
Well begun is half done. 好的开始等于成功的一半。
机械设计
Design of Machinery
§3-2 机械零件的疲劳强度计算
机械设计
Design of Machinery
第三章 机械零件的强度
1.载荷和应力的分类 静载荷、变载荷 静应力、变应力
静载荷：大小和方向不随时间变化或变化缓慢的载荷。 变载荷：随时间周期性变化或非周期性变化的载荷。 静应力：不随时间变化或变化缓慢的应力。 （只在静载荷作用下产生） 变应力：随时间变化的应力。 （可由变载荷产生，也可由静载荷产生） σ
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θ O
σm m
σm
17
等寿命疲劳曲线
a
A´ D´
0 /2
-1
A´—对称疲劳极限点 D´ —脉动循环疲劳极限点 F —强度极限点 C—屈服极限点
F
O
45° 0 /2
S B
C
m
18
材料的极限应力线图
a
σ-1 σ0/2 A´
折线以内为疲劳和塑性安全区； 折线以外为疲劳和塑性失效区； 工作应力点离折线越远，安全程度愈高。
第三章 机械零件的强度
§3-1 材料的疲劳强度 §3-2 机械零件的疲劳强度 §3-3 机械零件的抗断裂强度 §3-4 机械零件的接触强度 §3-5 机械零件可靠性设计简介
1
§3-1 材料的疲劳强度
静应力：不随时间变化或变化缓慢
变应力：随时间变化
t
t
t
稳定循环变应力
2
2
随机变应力 非稳定循环变应力
D
σr
N0 K N r N
σrN
O
103
104
N
N0
N
12
已知45钢的疲劳极限 -1=270MPa，疲劳曲线方程的幂指 数 m=9，应力循环基数 N0=5×106次。求当应力循环次数 N=104次时，其相应的有限寿命疲劳极限为 MPa。
13
已知45钢的疲劳极限 -1=270MPa，疲劳曲线方程的幂指 数 m=9，应力循环基数 N0=5×106次。求当应力循环次数 N=104次时，其相应的有限寿命疲劳极限为 MPa。
t
6
4、静应力（r=1）
Fa
a
Fa
7
例1. 已知：max=200 MPa，r =－0.5，求：min、
a、 m 。
例 2. 已知： a= 80 MPa ， m=40 MPa 。求：
max、min、r。
8
例1 已知：max=200 MPa，r =－0.5，求：min、a、m。
材料的疲劳寿命N：材料疲劳失效前所经历的应力循环 次数。 在疲劳强度计算中，材料的极限应力σlim= σr。
变应力下零件的的强度准则为σca ≤ σr。
11
材料的σ-N疲劳曲线 σ A
有限寿命区 低周疲劳 高周疲劳 无限寿命区
m rN N rm N0 C
B
C
m rN N C
rN r m
4
1、非对称循环变应力（-1<r<1）
a m
o
n
F
min
max
t
FaaΒιβλιοθήκη Fa2、对称循环变应力（r=-1）
a= max
o
n a
t
a max min
F
min
m 0
5
3、脉动循环（r=0）
a
m
o
F
max
t
n
m a
max
2
a
min 0
N 0<r<1 45°
m S a
C σS σm
22
O
m
σ0/2
σa σ-1 σ0/2 A´
a 1 a /m m min r a 1 a /m max m
γ
M´ D´ G´ N´
45° O σ0/2
20
σa σ-1 σ0/2 A´ γ
1 0 / 2 2 1 0 tan 0 / 2 0
D´ G´
45° O σ0/2
C
σS σm
21
σa σ-1 A ´ a σ0/2
m 1 a
γ M´ D´ G
´
M -1<r<0
3
σ max—最大应力
σ min —最小应力 σ m —平均应力 σa —应力幅 r —应力比（循环特性）
m max min
2
t
a
max min
2
max m a
min m a
min r max
稳定循环变应力的参数有5个，其中只有 2 个参数是独立的。
m a M ´ max
θ
16
等寿命疲劳曲线
σa
a
M´ M
σa
a m min r a max m /m 1 a 1 - tan /m 1 tan 1 a
tan a a m m
解：
min r max 0.5 200MPa 100MPa
a max min
2 200 （ - - 100） MPa 150 MPa 2
m
max min
2
200 (100 ) MPa 50 MPa 2
9
例2 已知：a= 80 MPa，m=40 MPa。求：max、min、 r。
解：
max m a 40 MPa 80 MPa 120MPa
min m a 40 MPa- 80 MPa -40 MPa
r
min - 40 1 max 120 3
10
材料的疲劳极限σrN：在应力比为r的循环变应力作用下，
应循环N次后，材料不发生疲劳破坏所能承受的最大应 力σmax。
D´G´
45° O
45°
C
0 /2
S B
F
m
19
材料的极限应力线图 已知：σ-1 ， σ0，σs （循环次数N=N0） 作图如下： 1）标出A ＇(0，σ-1) ，D ＇( σ0/2, σ0/2 )，C (σs, 0)三点；
2）连接A＇D＇并延长；
3）过C作与横轴成135°的直线与A ＇ D ＇连线或其 延长线交于G ＇点。
-1N -1 m
N0 9 5 106 270 MPa 539 MPa 4 N 10
14
σmax
不同应力比r下的σ-N疲劳曲线 r=-1，σr=σ-1
σ0.4N σ0N σ0.4 σ-1N σ0 σ-1
C
r=0， σr=σ0
r=0.4
r=0
D r=-1
O
104
N
N0
N
15
等寿命疲劳曲线
C σS σm
23
σa σ-1 A ´ a σ0/2 σa
a m lim max Sca max m a
γ M´ D´ G´
M
45° O σm
m
C σS σm
24
σ0/2
σa σ-1 σ0/2 A´
a max m S Sca max m a m a