机械设计作业3答案河南科技大学详细版

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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C1、C2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C1点的极限应力点应取为 A ，对应C2点的极限应力点应取为 B 。

A

B1

B

B2

C

D1

D

D2 σ3—3 同上

题，若加载规律为σm=常数，则对应C1点的极限应力点应取为 C，对应C2点的极限应力点

03—4在图中所示的极限应力图中，工作应力点为C，OC线与横坐标轴的交角θ=60，则该零件
σ所受的应力为 D 。

A

对称循环变应力

B 脉动循环变应力 C σmax、σmin 符

号（正负）相同的不对称循环变应力 mD σmax、σmin符号（正负）不同的不对称循环变应力 题3—4图
3—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、0.5，则其中最易发生失效的零件是 B 。

A 甲

B 乙

C 丙

D 丁

3—6某钢制零件材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=300MPa，若疲劳

曲线指数m=9，应力循环基
75数N0=10，当该零件工作的实际应力循环次数N=10时，则按有限寿命计算，对应于N的疲劳极

限σ-1N 为	C MPa。	C 500.4 D 430.5
A 300	B 420

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 HT200

B 35 号钢

C 40CrNi

D 45 号钢

3—8某个40Cr钢制成的零件，已知σB=750MPa，σs=550MPa，σ-1=350MPa，ψσ=0.25，零件危险截面处的最大工作应力量σ
max=185MPa，最小工作应力σmin=-75MPa，疲劳强度的综合影响系数Kσ=1.44，则当循环特性r=常数时，该零件的疲劳强度安全系数Sσa为B 。

A 2.97

B 1.74

C 1.90

D 1.45

73—9对于循环基数N0=10的金属材料,下列公式中, A 是正确的。

A σrN=C

B σN=C

C 寿命系数kN?N/N0

D 寿命系

数kN<1.0
3—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 Sσ=6.0、Sτ=18.0，则该轴的实际计算安全系数为 C 。

A 12.0

B

6.0

C 5.69

D 18.0

3—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 A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

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d1=2d2，弹性模量E1=2E2，则

σH1=8σH2

mm
3—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F，则 A 的接触应力最大。

B

C D
题3—14图
3—15在上题A图中，d

2=2d1，小圆柱的弹性模量为E1，大圆柱的弹性模量为E2，E
为一定值，大小圆柱的尺寸及外载荷F一定，则在以下四种情况中，D 的接触应力最大， A 的接触应力最小。

A

E1=E2=E/2

B E1=E、E2=E/2

C E1=E/2、E2=E

D E1=E2=E
二、填空题

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σ-N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<N0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。

3—20公式S=SσSτ
Sσ+Sτ22表示复合（双向）应力状态下疲劳或静强度的安全系数，而

S=σs

2

max+4τ2

max表示
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

大。

三、分析与思考题

3—23图示各零件均受静载荷作用，试判断零件上A点的应力是静应

+1
3—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）？

σm
3—25试说明承受循环变应力的机械零件，在什么情况下可按静强度条件计算？什么情况下可按疲劳强度条件计算？

3答：N<10时，或在疲劳极限应力图处OGC区域时，可按照静强度计算，否则，应按照疲劳

强度计算。

3—26在双向稳定变应力下工作的零件，怎样进行疲劳强度的计算？答：先按单向应力分别计算出:Sσ,Sτ
再由：Sca=
SσSτSσ+Sσ22≥[S]检验。

四、设计计算题

3—27某材料的对称循环弯曲疲劳极限应力σ-1=350Mpa，疲劳极限σS=550Mpa，强度极限
6457σB=750Mpa，循环基数N0=5×10，m=9，试求对称循环次数N分别为5×10、5×10、5×10次
时的极限应力。

3—28某零件如图所示，材料的强度极限σB，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Kσ和剪切疲劳极限的综合影响系数Kτ

40
3—29某轴只受稳定交变应力的作用，工作应力σmax=240MPa，σmin=-40MPa。材料的机械性能σ-1=450MPa，σs=800MPa，σ
0=700Mpa，轴上危险截面处的kσ=1.3，εσ=0.78，βσ=1，βq=1。

⑴绘制材料的简化极限应力图；

⑵用作图法求极限应力σr及安全系数（按r=C加载和无限寿命考虑）；

⑶取[S]=1.3，试用计算法验证作图法求S值，并校验此轴是否安全。

3—30一零件由45钢制成，材料的力学性能为：
σS=360MPa，σ-1=300MPa，ψσ=0.2。已知零件上两点的最大工作应力和最小工作应力分别为：M1点：σmax=190Mpa、σmin=110Mpa；M2点：σmax=170Mpa、σmin=30Mpa，应力变化规律为r=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。

3—31转轴的局部结构如题3-28图所示。已知轴的Ⅰ-Ⅰ截面承受的弯矩M=300N.m，扭矩T=800N.m，弯曲应力为对称循环，扭转切应力为脉动循环。轴的材料为40Cr钢调质，
σ-1=355MPa，τ-1=200MPa，ψσ=0.2，ψτ=0.1，设Kσ=2.2，Kτ=1.8，试计算考虑弯曲和扭转共同作用时的计算安全系数Sca。

3—32实心转轴的危险截面上受有载荷为：弯矩转矩为周期变化，。

轴的材料为碳钢，已知力学性能为：σs=300MPa，σ-1=170MPa，τs=180MPa，τ-1=100MPa。若截面直径d=25mm，有效应力集中系数kσ=1.79，kτ=1.47，尺寸系数εσ=0.84，ετ=0.78，表面质量系数βσ=βτ=0.9，强化系数βq=1，材料常数ψσ=0.34，ψτ=0.21。试确定安全系数S。计算时