机械设计考研练习题-机械零件的强度

1) 当应力变化规律为?m为常数时，分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。 2) 若应力变化规律为r?常数，该零件会发生什么形式的破坏？ 解：1) 计算法：?m?150MPa；?a?50MPa；Sca???1?1.43

K??a????m图解法：由??＝(?－1－?0)/?0，得?0?500MPa；??1e???1/K??150MPa；

?0/2K??125MPa Sca?2) 发生塑性变形（如答图2）

??max?1.43 ?max

答图2

(5) 某材料受弯曲变应力作用，其力学性能为:

??1?300MPa，m?9，N0?5?106。现用此材料

45MPa作用10次的试件进行试验，以对称循环变应力?1?500MPa作用10次，?2?400?3?250MPa作用106次。试确定:

1) 该试件在此条件下的计算安全系数。

2）如果试件再作用??350MPa的应力，还能循环多少次试件才破坏? 解：1) ?ca?m1N05?ni?ii?1zm?275.5MPa(?3不计)；Sca???1?1.08 ?ca2) n?6.628?10。

(6) 轴的局部结构如图3-9所示。已知轴的Ⅰ-Ⅰ截面承受的弯矩M?400N?m，转矩T?1000N?m，

??1?200MPa，弯曲应力为对称循环，扭转切应力为脉动循环。轴材料为40Cr钢调质，??1?355MPa，???0.2，???0.1，K??2.2

K??1.8，试计算考虑弯矩和转矩共同作用时的计算安全系数Sca。

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图3-9

解：?m?0，　?b??a?62.5MPa，　?m??a?0.5?0?39.06MPa S????1?－1?2.58　S?＝?2.695

K??a????mK??a????mSaS?Sa?S?22 S??1.86

(7) 某受稳定弯曲变应力作用的轴类零件，最大工作应力?max?400MPa，最小工作应力

?min??100MPa。已知材料的对称循环疲劳极限??1?450MPa，脉动循环疲劳极限?0?700MPa，

屈服极限?S?800MPa。

1) 试绘出材料的按折线简化的极限应力图； 2) 在简化极限应力图上标明工作应力点M； 3) 说明该零件可能的失效形式(简单加载)。 解：1）折线ABES；见答图3。 2）工作应力点M；

?m??a??min??100 ?m?150MPa?a?250MPa M(150,250)

3) M点位于疲劳安全区，可能的失效形式为疲劳破坏。

答图3

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(8) 某气缸螺栓联接，因气缸工作压力在0~FQ间变化，使螺栓工作载荷在0~F间变化(见图3-10)。试在题给的螺栓联接力-变形图上标出预紧力F0，剩余预紧力F1，螺栓工作载荷0~F；螺栓最大拉力

Fmax，最小拉力Fmin，拉力幅Fa；

图3-10

解：螺栓联接力-变形图如答图4所示。

答图4

(9) 指出图3-11(a)、(b)两中种结构，哪个更合理?为什么?

图3-11

解： b方案合理。 理由：

1) 在b方案中齿轮上的作用力至支点距离缩短，降低弯矩。

2) 轴改为锥形，与该段弯矩图更接近，尽量少的材料，可获得较小最大应力。

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(10) 已知：平均应力?m?250MPa，应力特性系数r?0.25，求出最大应力?max、最小应力?min和应力幅?a，并画出应力随着时间的变化曲线，说明这是什么类型的应力？

解：由

和r??min?max?0.25 ?m?(?max??mi)0Pan2?25M ?max?400MPa ?min?100MPa求得 最大应力

最小应力

应力幅

?a?(?max??min)2?150MPa

由答图5可以看出。此应力为一般循环变应力。

答图5 应力随时间的变化曲线

(11) 一旋转轴直径d?80mm，受径向力F?2kN，跨距L?2m。F力作用在二支点中间，见图3-12。试计算a点的最大弯曲应力?max、最小弯曲应力?min、应力幅?a、平均应力?m和应力特性系数r，并画出其变应力图。

图3-12

解：梁中点a受到最大弯矩

MA?A?FL20002000????106N?mm 2222 12