第三章機械零件的疲勞強度設計1一、多項選擇題3－145鋼的持久疲勞極限σ-1＝270mpa,，設疲勞曲線方程的冪指數m=9，應力循環基數n0=5×106次，當實際應力循環次數n=104次時，有限壽命疲勞極限為____________mpa。（1）539（2）135（3）175（4）4173－2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kσ=1.58，表面狀態系數β＝0.28，尺寸系數εσ＝0.68，則其疲勞強度綜合影響系數kσd=____________。（1）0.35（2）0.88（3）1.14（4）2.833－3形狀、尺寸、結構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鋼。其中設計零件的疲勞缺口系數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）3－4零件的截面形狀一定，如絕對尺寸（橫截面尺寸）增大，疲勞強度將隨之____________。（1）增加（2）不變（3）減少3－5零件的形狀、尺寸、結果相同時，磨削加工的零件與精車加工相比，其疲勞強度____________。（1）較高的（2）與較低的（3）相同3－6零件表面經淬火、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3－7影響零件疲勞強度的綜合影響系數kσd或kτd與____________等因素有關。（1）零件的應力集中、加工方法、過載（2）零件的應力循環特性、應力集中和載荷狀態（3）表面狀態、零件的絕對尺寸和應力集中（4）材料、熱處理方法和零件的絕對尺寸。3－8已知設計零件的疲勞缺口系數kσ=1.3、尺寸系數εσ＝0.9、表面狀態系數βσ＝0.8。則疲勞強度綜合影響系數kσd為____________。（1）0.87（2）0.68（3）1.16（4）1.83－9已知零件的極限應力σr=200mpa，許用安全系數[s]=2，影響零件疲勞強度的系數為kσ=1.2，εσ＝0.83，βσ＝0.90。則許用應力為[σr]___________mpa。（1）160.6（2）106.7（3）62.25（4）110.73-10圖紙設計零件σm－σA極限應力圖所需的已知數據為。（1）σ-1，σ0σs，kσ（2）σ-1，σ0σs，kσd（3）σ－1，σs,ψσ，kσ（4）σ－1，σ0，ψσ,kσd3-11圖中的設計零件σm－極限應力圖中的σA，例如，工作應力點m所在的在線與橫軸θ＝45o之間的夾角，該零件受。2（1）等號非對稱循環變應力（2）等號非對稱循環變應力（3）脈動循環變應力（4）對稱循環變應力圖3-11所示零件極限應力圖中的3-12，例如工作應力點m所在的線上與水平軸的總和間的夾角θ＝90o時，則該零件受的是___________。題3－11圖（1）波動循環變應力（2）對稱循環變應力（3）變號的不對稱循環變應力（4）不變號的不對稱循環變應力3-13已知零件的最大工作應力σMax=180MPa，最小工作應力σmin=-80mpa。然后，在圖中所示的極限應力圖中，應力點m和原點之間的連接線om與橫向軸θ之間的夾角為。（1）68o57＇44＇＇（2）21o2＇15＇＇（3）66o2＇15＇＇（4）74o28＇33＇＇圖3-13圖3-143－14在圖示零件的極限應力簡圖上，m為零件的工作應力點，若加載于零件的過程中保持最小應力σmin為常數。則該零件的極限應力點應為__________。（1）m1（2）m2（3）m3（4）m43－15上題若在對零件加載的過程中保持應力比r為常數。則該零件的極限應力點應為__________。（1）m1（2）m2（3）m3（4）m43－163－14題若在對零件的加載過程中保持平均應力σm＝常數。則該零件的極限應力點應為__________。（1）m1（2）m2（3）m3（4）m3－17零件的材料為45鋼，σb=600mpa，σs=355mpa，σ-1=270mpa，ψσ=0.2，零件的疲勞強度綜合影響系數kσd=1.4。則在圖示的零件極限應在力圖中，θ角為__________題3－17圖（1）36o55'35'（2）41o14'22'（3）48o45'38'3－18已知45鋼調制后的力學性能為：σb=620mpa，σs=350mpa，σ-1=280mpa，σ0=450mpa。則ψσ為__________。（1）1.6（2）2.2（3）0.24（4）0.2633-19零件由45Mn2制成，材料的力學性能為：σb=900mpa，σs=750mpa，σ-1=410mpa，ψσ=0.25。影響零件疲勞強度的系數為：Kσ＝1，εσ＝0.85，βσ＝0.8。那么零件在脈動循環變應力作用下的極限應力為。（1）223（2）328（3）551（4）6563-20在圖3-11所示零件的極限應力圖中，如工作應力點m所在的在線與橫軸θ＝50O之間的夾角，該零件受____;影響。（1）脈動循環變應力（2）對稱循環變應力（3）變號非對稱循環變應力（4）常號非對稱循環變應力3－21一零件由40cr制成，已知材料的σb=980mpa，σs=785mpa，σ-1=440mpa，ψσ=0.3。零件的最大工作應力σmax=240mpa，最小工作應力σmin=－80mpa，疲勞強度綜合影響系數kσd=1.44。則當應力比r=常數時，該零件的疲勞強度工作安全系數s為__________。（1）3.27（2）1.73（3）1.83（4）1.273－22一零件由20cr制成，已知σ-1=350mpa，σs=540mpa，ψσ=0.3，零件的最大工作應力σmax=185mpa，最小工作應力σmin=－85mpa，疲勞強度綜合影響系數kσd=1.41。則當平均應力常數時該零件按應力幅計算的工作安全系數為__________。（1）4.07（2）2.89（3）2.59（4）1.763－23若材料疲勞曲線方程的冪指數m=9，則以對稱循環應力σ1=500mpa作用于零件n1=104次以后，它所造成的疲勞損傷，相當于應力σ2=450mpa作用于零件__________次。（1）0.39×104（2）1.46×104（3）2.58×104（4）7.45×一百零四3－24若材料疲勞曲線方程的冪指數m=9，則以對稱循環應力σ1=400mpa作用于零件n1=105次以所造成的疲勞損傷，相當于應力σ2=__________mpa作用于零件n2=104次所造成的疲勞損傷。（1）517（2）546（3）583（4）6153－2545鋼經調制后的疲勞極限σ-1=300mpa，應力循環基數n0=5×106次，疲勞曲線方程的冪指數m=9，若用此材料做成的試件進行試驗，以對稱循環應力σ1=450mpa作用104次，σ2=400mpa作用2×104次。則工作安全系數為__________。（1）1.14（2）1.25（3）1.47（4）1.653－2645鋼經調制后的疲勞極限σ1=300mpa，應力循環基數n0=5×106次，疲勞曲線方程的冪指數m=9，若用此材料做成的試件進行試驗，以對稱循環應力σ1=450mpa作用104次，σ2=400mpa作用2×104次后，再以σ3=350mpa作用于此試件，直到它破壞為止，試件還能承受的應力循環次數為__________次。（1）6.25×105（2）9.34×105（3）1.09×106（4）4.52×106Ⅱ。分析與思考3－27機械零件疲勞強度的計算方法有哪兩種？其計算準則各是什么？3－28機械零件在變應力條件下工作發生疲勞斷裂而失效的過程怎樣？3-29在一定應力比R下工作的金屬試樣的應力循環次數與疲勞極限之間的內在關系是什么？如何區分試樣的無限工作壽命和有限工作壽命？如何計算有限壽命下試件的疲勞極限？43-30壓力循環的基礎是什么？一般碳鋼和高硬度合金鋼的循環基數是多少？3-31根據疲勞曲線（σ-n），設計零件時的適用條件是什么？當循環次數n<104（σ-n）時，曲線是否適用？為什么？在這種情況下應該怎么做？3－32試區分金屬材料的幾種應力極限：σb、σs、σ－1、σ0和σr。在零件設計中確定許用應力時，應當怎樣根據具體工作情況選取這些應力極限？它們之間的關系有哪些經驗公式？3-33影響機械零件疲勞強度的主要因素是什么？提高機械零件疲勞強度的措施有哪些？3－34機械零件受載時在什么地方產生應力集中？應力集中與材料的強度有什么關系？3-35機械零件的疲勞缺口系數是多少？有三個零件具有相同的形狀、尺寸和工作條件。它們分別由鑄鐵、低強度鋼和高強度鋼制成。哪個零件的疲勞缺口系數最大？哪個最小？機械零件設計中應力集中的常見來源是什么？如果零件的同一截面上同時存在多個應力集中源，應如何選擇疲勞缺口系數的值？3－36疲勞強度的綜合影響系數kσd，kτd的意義是什么？其計算公式是什么？3－37怎樣區分變應力是穩定的還是非穩定的？怎樣進行在穩定變應力下的零件強度計算？怎樣進行在規律性非穩定變應力下的零件強度計算？3-38在極限應力圖上，對于各種載荷條件（即r=常數σM=常數σMin=常數），如何判斷零件是否首先產生疲勞失效或塑性變形失效？如果有一個數學公式可以判斷，試著寫出條件公式。3－39試推導出σmin＝常數或σm＝常數時安全系數的計算公式，并比較r＝常數和上述兩種情況下安全系數計算公式的區別（可代入一些具體數字進行比較）。3-40ψσ和ψτ的幾何和物理意義是什么？材料的強度越高，ψσ和ψτ的值越大或越小？3－41求單向應力狀態下的安全系數時，在什么情況下需要驗算屈服強度安全系數？為什么？怎樣驗算？3-42如何用圖解法計算單向應力下的安全系數？使用圖解法計算安全系數的優點是什么？3－43何謂疲勞損傷累積假說？線性疲勞損傷累積計算的數學表達式為何？3－44零件在非穩定變應力下工作的安全系數如何計算？要求寫出計算步驟和計算公式并加以必要的說明。3-45如何計算復合應力狀態下的安全系數？3－46試說明當加在零件上的外載荷一定時，突然加載（動載）引起的應力和變形至少為漸緩加載（靜載）的兩倍。三、圖3-47設計計算結果3－47如圖所示某旋轉軸受徑向載荷f=12kn作用，已知跨距l=1.6m，直徑五d=55mm，軸的角速度為ω，求中間截面上a點的應力隨時間變化的表達式，并求a點的σmax、σmin、σa和σm。內燃機中的3-48活塞連桿。氣缸點火時，連桿承受的壓力應力σMax=-150MPa，氣缸進氣開始時，連桿承受的拉伸應力σMin=50MPa，試求：（1）連桿的平均應力σm.應力幅值σA和應力比R；（2）畫一張連桿應力隨時間變化的圖表。3－49一轉動軸如圖所示，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變應力的σmax、σmin、σm、σa和r。圖3-49圖3-503－50某一轉軸的局部結構如圖所示，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