贵州大学机械设计课程教案 第3章疲劳强度

1 第三章

机械零件的疲劳强度设计

一、选择题

3－

1、45钢的持久疲劳极限σ-1＝270MPa,，设疲劳曲线方程的幂指数m=9，应力循环基数N0=5×106次，当实际应力循环次数N=104次时，有限寿命疲劳极限为____________MPa。

（1）539

（2）135

（3）175

（4）417 3－

2、零件的形状、尺寸、结果相同时，磨削加工的零件与精车加工相比，其疲劳强度____________。

（1）较高

（2）较低

（3）相同

3－

3、零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后，其疲劳强度____________。

（1）增高

（2）降低

（3）不变

（4）增高或降低视处理方法而定 3－

4、影响零件疲劳强度的综合影响系数KσD或KτD与____________等因素有关。

（1）零件的应力集中、加工方法、过载

（2）零件的应力循环特性、应力集中、加载状态

（3）零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中 （4）零件的材料、热处理方法、绝对尺寸。

3－

5、已知零件的极限应力σr=200MPa，许用安全系数[S]=2，影响零件疲劳强度的系数为Kσ=1.2，εσ＝0.83，βσ＝0.90。则许用应力为[σr]___________MPa。

（1）160.6

（2）106.7

（3）62.25

（4）110.7 3－

6、绘制设计零件的σm－σa极限应力简图时，所必须的已知数据是___________。

（1）σ－1，σ0，σs,

Kσ

（2）σ－1，σ0，σs, KσD （3）σ－1，σs, ψσ， Kσ

（4）σ－1，σ0，ψσ, KσD 3－7已知45钢调制后的力学性能为：σb=620MPa，σs=350MPa，σ-1=280MPa，σ0=450MPa。则ψσ为__________。

（1）1.6

（2）2.2

（3）0.24

（4）0.26 3－

8、若材料疲劳曲线方程的幂指数m=9，则以对称循环应力σ1=500MPa作用于零件N1=104次以后，它所造成的疲劳损伤，相当于应力σ2=450MPa作用于零件__________次。

（1）0.39×104

（2）1.46×104

（3）2.58×104

（4）7.45×104 3－

9、45钢经调制后的疲劳极限σ-1=300MPa，应力循环基数N0=5×106次，疲劳曲线方程的幂指数m=9，若用此材料做成的试件进行试验，以对称循环应力σ1=450MPa作用104次，σ2=400MPa作用2×104次。则工作安全系数为__________。

（1）1.14

（2）1.25

（3）1.47

（4）1.65

二、分析与思考题

3－

1、机械零件疲劳强度的计算方法有哪两种？其计算准则各是什么？ 3－

2、机械零件在变应力条件下工作发生疲劳断裂而失效的过程怎样？

3－

3、在一定的应力比r下工作的金属试件，其应力循环次数与疲劳极限之间有怎样的内在联系？怎样区分试件的无限工作寿命和有限工作寿命？怎样计算在有限寿命下工作的试件的疲劳极限？ 2

3－

4、什么是应力循环基数？一般碳钢和高硬度合金钢的循环基数是多少？

3－

5、按疲劳曲线(σ－N)设计零件时，适用的条件是什么？当循环次数N＜104时，(σ－N)曲线是否适用？为什么？在这种情况下应如何处理？

3－

6、试区分金属材料的几种应力极限：σb、σs、σ－

1、σ0和σr。在零件设计中确定许用应力时，应当怎样根据具体工作情况选取这些应力极限？它们之间的关系有哪些经验公式？ 3－

7、影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？提高机械零件疲劳强度的措施有哪些？ 3－

8、机械零件受载时在什么地方产生应力集中？应力集中与材料的强度有什么关系？ 3－

9、怎样区分变应力是稳定的还是非稳定的？怎样进行在稳定变应力下的零件强度计算？怎样进行在规律性非稳定变应力下的零件强度计算？

3－

10、在极限应力简图上，对各种加载情况（即r=常数、σm＝常数、σmin＝常数）如何判断零件是首先产生疲劳破坏还是首先产生塑性变形破坏？若有数学式子来判断，试写出其判断条件式。

3－

11、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－

12、求单向应力状态下的安全系数时，在什么情况下需要验算屈服强度安全系数？为什么？怎样验算？

3－

13、何谓疲劳损伤累积假说？线性疲劳损伤累积计算的数学表达式为何？

三、设计计算题

3－

1、如图所示某旋转轴受径向载荷F=12kN作用，已知跨距L=1.6m，直径d=55mm，轴的角速度为ω，求中间截面上A点的应力随时间变化的表达式，并求A点的σmax、σmin、σa和σm。

3－2一内燃机中的活塞连杆，当气缸发火时，此连杆受压应力σmax=－150MPa，当气缸进气开始时，连杆承受拉应力σmin=50MPa，试求：（1）该连杆的平均应力σm、应力幅σa和应力比r；（2）绘出连杆的应力随时间而变化的简图。

3－

3、题3－53中如载荷F在25～85kN之间做周期性的变化，材料改为20CrMnTi，其力学性能为σs=835MPa，σ-1=345MPa，σ0=615MPa。危险截面上的疲劳缺口系数Kσ=1.45，尺寸系数εσ＝0.75，表面状态系数βσ＝0.9，按无限寿命考虑。试画出σm－σa极限应力图，并用图解法和解析法确定安全系数Sσ。

3－4一阶梯轴轴肩处的尺寸为D=60mm，d=50mm，r=4mm，如材料的力学性能为：σb=650MPa，σs=360MPa，σ-1=200MPa，σ0=320MPa。试绘制此零件的简化极限应力线图。 3－

5、一零件用合金钢制成，其危险截面上的最大工作应力σmax=250MPa，最小工作应力σmin=－50MPa，该截面处的疲劳缺口系数Kσ=1.32，尺寸系数εσ=0.85，表面状态系数βσ=0.9。该合金钢的力学性能为：σb=900MPa，σs=800MPa，σ-1=440MPa，σ0=720MPa。要求：（1）按比例绘制零件的简化极限应力简图；（2）按r=c求与工作应力点相对应的极限应力幅σa＇，极限平均应力σm＇和极限应力σmax＇；（3）按r=c校核此零件危险截面上的安全系数Sσ。

3 3－

6、齿轮减速器的输出轴受稳定载荷作用，单向运转，已知某截面上受弯矩M=2500N·m，转矩T=5000N·m，轴向力Fa=75kN，轴的材料为合金钢，σ-1=450MPa，τ-1=260MPa，σ0=450MPa，τ0=495MPa，该截面的直径d=60mm，疲劳缺口系数Kσ=1.9，Kτ=1.6，尺寸系数为εσ=0.84，ετ=0.78，表面状态系数βσ=βτ=0.85，试求该轴在此截面处的安全系数。计算时扭转剪应力按脉动循环规律变化，并设N＞N0，即按无限寿命计算。

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