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第一章机械设计概论一﹑选择题1.机械零件由于某些原因不能____称为失效。A.工作B.连续工作C.正常工作D.负载工作选C2.下列设备中____不属于机器。A.汽车B.机械手表C.内燃机D.车床选B3.机械设计课程研究的对象是____。A.专用零件B.标准零件C.常规工作条件下的通用零件D.特殊工作条件下的零件选C4.从经济性和生产周期性考虑，单件生产的箱体昀好采用____。A.铸铁件B.铸钢件C.焊接件D.塑料件选C5.机械设计课程研究的内容只限于____。A.专用零件和部件B.在高速高压环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件C.在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件D.标准化的零件和部件选C6.下列8种机械零件：螺旋千斤顶中的螺杆，机床的地脚螺栓，车床的顶尖，减速器中的齿轮，拖拉机发动机的气缸盖螺栓，船舶推进器上的多环推力轴承，破碎机上的V带轮，多气缸内燃机曲柄轴上的盘形飞轮。其中有____是通用零件。A.3种B.4种C.5种D.6种选D7.下列8种机械零件：涡轮的叶片，飞机的螺旋桨，往复式内燃机曲轴，拖拉机发动机的气门弹簧，起重机的起重吊钩，火车车轮，自行车的链条，纺织机的纱锭。其中有____是专用零件。A.3种B.4种C.5种D.6种选D二、填空题1.机械零件设计计算的昀基本计算准则是____。答案：强度准则2.机械零件的主要失效形式有____、____、____及____。答案：整体断裂，表面破坏，变形量过大，破坏正常工作条件引起的失效3.机械设计学习的主要目的是掌握____机械零部件和简单机械的设计能力。答案：通用4.机械零件的表面损坏形式主要有____、____、____及____。答案：磨损，压溃，接触疲劳，腐蚀5.产品设计中的“三化”是指____、____及____。答案：标准化，系列化，通用化6.产品样机试验完成后，为使设计达到昀佳化，需对设计方案进行____及____评价工作。答案：技术，经济7.产品开发性设计的核心是____及____设计工作。答案：功能设计，结构8.机械零件的断裂是由于材料的____不足造成的，机械零件的变形过大是由于材料的____不足造成的。答案：强度，刚度三、简答题1.简述机械零件的主要失效形式。答：机械零件的主要失效形式有：断裂﹑变形过大﹑振动过大和表面失效，表面失效又分为胶合失效﹑点蚀失效﹑磨损失效和塑性变形。2.何为通用零件？何为专用零件？举例说明。答：通用零件是指在各种机器中经常都能用到的零件，如螺钉﹑齿轮﹑链轮﹑轴承等；专用零件是指在特定机器中才用到的零件，如涡轮机的叶片﹑飞机的螺旋桨﹑往复式活塞内燃机的曲轴等。3.设计机械零件应满足哪些基本要求？设计机械零件时应从哪几方面考虑其结构工艺性？答：机械零件设计的基本要求：强度、刚度及寿命要求，结构工艺性要求，可靠性要求，经济性要求，质量小的要求。机械零件的结构工艺性：零件形状简单合理，合理选用毛坯类型，铸件的结构工艺性，切削加工工艺性，零部件的装配工艺性，零部件的维修工艺性4.机械设计中零件材料选用的一般原则是什么？答：使用要求、工艺要求、经济性要求。第二章机械零件的强度（自学）重要基本概念1．疲劳破坏及其特点疲劳破坏：在远低于材料抗拉强度极限的交变应力作用下工程材料发生破坏。疲劳破坏的特点：1）在循环变应力多次反复作用下发生；2）没有明显的塑性变形；3）所受应力远小于材料的静强度极限；4）对材料组成、零件形状、尺寸、表面状态、使用条件和工作环境敏感。具有突发性、高局部性和对缺陷的敏感性。2．疲劳破坏与静强度破坏的区别，强度计算的区别静强度破坏是由于工作应力超过了静强度极限，具体说，当工作应力超过材料的屈服极限就发生塑性变形，当超过强度极限就发生断裂。而疲劳破坏时，其工作应力远小于材料的抗拉强度极限，其破坏是由于变应力对材料损伤的累积所致。交变应力每作用一次，都对材料形成一定的损伤，损伤的结果是形成小裂纹。这种损伤随着应力作用次数的增加而线性累积，小裂纹不断扩展，当静强度不够时发生断裂。静强度计算的极限应力值是定值。而疲劳强度计算的极限应力是变化的，随着循环特性和寿命大小的改变而改变。3．影响机械零件疲劳强度的因素影响机械零件疲劳强度的因素主要有三个：应力集中、绝对尺寸和表面状态。应力集中越大，零件的疲劳强度越低。在进行强度计算时，引入了应力集中系数来考虑其影响。当零件的同一剖面有几个应力集中源时，只取其中（应力集中系数）昀大的一个k用于疲劳强度计算。另外需要注意：材料的强度极限越高，对应力集中越敏感。零件的绝对尺寸越大，其疲劳强度越低。因为绝对尺寸越大，所隐含的缺陷就越多。用绝对尺寸系数考虑其影响。零件的表面状态直接影响疲劳裂纹的产生，对零件的疲劳强度非常重要。表面越粗糙，疲劳强度越低。表面强化处理可以大大提高其疲劳强度。在强度计算中，有表面状态系数来考虑其影响。需要注意：这三个因素只影响应力幅，不影响平均应力，因此不影响静强度。4．线性疲劳损伤累积的主要内容材料在承受超过疲劳极限的交变应力时，应力每循环作用一次都对材料产生一定量的损伤，并且各个应力的疲劳损伤是独立进行的，这些损伤可以线性地累积起来，当损伤累积到临界值时，零件发生疲劳破坏。精选例题与解析例2-1某轴受稳定交变应力作用，昀大应力max=250MPa，昀小应力min=-50MPa，已知轴的材料为合金调质钢，其对称循环疲劳极限1=450MPa，脉动循环疲劳极限0=700MPa，屈服极限S=800MPa，危险截面的=1.40，k=0.78，=0.9，试求：(1)绘制材料的简化疲劳极限应力线图，并在图上标出工作应力点的位置。(2)材料疲劳极限的平均应力rm和极限应力副ra值（按简单加载）。(3)若取[S]=1.3，校核此轴疲劳强度是否安全。解：(1)材料的简化极限应力线图如例2-1图所示例2-1图1002502502minmaxmMPa1502502502minmaxaMPa标出工作应力点M(100，150)如图所示。(2)求材料的rm和ra在图中延长Om交AE于M1，得材料的极限应力点，M1点坐标值即为所求。联立：rmrama和rmra1其中：00127007004502=0.2857解得：ra=378MPa，rm=252MPa(3)校核强度S=ak1=37.11002857.01509.078.04.1450＞[S]=1.3疲劳强度满足要求。例2-2某零件用45Mn2制造，材料的力学性能为：B=900MPa，S=750MPa，1=410MPa，=0.25，=1，k=0.85，=0.8。问该零件受脉动循环变应力作用时，其极限应力C0为多少？解题注意要点：1．求的是零件受脉动循环变应力时的极限应力；2．极限应力等于极限应力点M（例2-2图）的坐标和；例2-2图3．脉动循环时平均应力等于应力幅。解：综合影响系数：47.18.085.01kK因为，脉动循环时ma，和直线EA方程联立，可求得M点的坐标。即：mamaK00001代入已知数据：解得：37.23800maMPa则：零件受脉动循环变应力作用时，其极限应力为74.47637.2382000amCMPa。例2-6一转轴受规律性非稳定变应力作用，轴的材料为45钢调质，已知B=600MPa，1=250MPa，N0=107，m=9，=1.76，k=0.78，=0.95，=0.34。零件承受三个变应力作用，各个应力的m、a、及循环次数n依次为：1）1m=20MPa，1a=120MPa，n1=；2）41032m=20MPa，2a=110MPa，n2=；3）41073m=20MPa，3a=90MPa，n3=。取许用安全系数[S]=1.5，试校核该轴的疲劳强度。6104解：综合影响系数：38.295.078.076.1kK将各个应力等效为材料的对称循环变应力：4.2922034.012038.2111maadKMPa6.2682034.011038.2222maadKMPa2212034.09038.2333maadKMPa因为3ad＜1，对材料不起损伤作用，忽略不计。(1)用当量循环次数法inimadivnN11=626031074.2926.2681034.2924.2924949材料对应于有限寿命Nv的疲劳极限Nv1为：1011mvNNvNNK=3.439250626031097安全系数为：502.14.2923.43911adNvS=[S]，疲劳强度刚好满足要求。(2)用当量应力法mnimiicanN101=11101admniimadinN4.1664.2921074.2926.2681034.2924.292101949497MPa则安全系数为：502.14.1662501caS=[S]，疲劳强度刚好满足要求。自测题与答案一、选择题2-1．下列四种叙述中，________是正确的。A．变应力只能由变载荷产生B．变应力只能由静载荷产生C．静载荷不能产生变应力D．变应力也可能由静载荷产生2-2．发动机连杆横截面上的应力变化规律如题2-2图所示，则该变应力的循环特性系数r为________。题2-2图A．0.24B．–0.24C．4.17D．–4.172-3.应力的变化规律如题2-2图所示，则应力副a和平均应力m分别为_______。A．a=80.6MPa，m=49.4MPaB．a=80.6MPa，m=-49.4MPaC．a=49.4MPa，m=-80.6MPaD．a=-49.4MPa，m=-80.6MPa2-4.变应力特性可用max、min、m、a和r五个参数中的任意________来描述。A．一个B．两个C．三个D．四个2-5．零件的工作安全系数为________。A．零件的极限应力比许用应力B．零件的工作应力比许用应力C．零件的极限应力比零件的工作应力D．零件的工作应力比零件的极限应力2-6．机械零件的强度条件可以写成________。A．≤][，≤][或≤，≤S][SS][SB．≥][，≥][或≥,≥S][SS][SC．≤][，≤][或≥,≥S][SS][SD．≥][，≥][或≤,≤S][SS][S2-7．在进行材料的疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的________。A．屈服点B．疲劳极限C．强度极限D．弹性极限2-8．45钢的对称疲劳极限1=270MPa，疲劳曲线方程的幂指数m=9，应力循环基数N0=5×106次，当实际应力循环次数N=104次时，有限寿命疲劳极限为________MPa。A．539B．135C．175D．4172-9．有一根阶梯轴，用45钢制造，截面变化处过度圆角的应力集中系数=1.58，表面状态系数k=0.82，尺寸系数=0.68，则其疲劳强度综合影响系数=________。KA．0.35B．0.88C．1.14D．2.832-10．零件的截面形状一定，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．提高或不变2-11．当形状、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D．相同或较低2-12．绘制零件的m-a极限应力简图