机械设计第八版3章答案

第三章机械零件的强度3—1表面化学热处理；高频表面淬火；表面硬化加工；3—2（3）；3—3截面形状突变；增大；3—4（1）；（1）；3—5（1）；3－6答：零件上的应力接近屈服极限，疲劳破坏发生在应力循环次数在103～104范围内，零件破坏断口处有塑性变形的特征，这种疲劳破坏称为低周疲劳破坏，例如飞机起落架、火箭发射架中的零件。零件上的应力远低于屈服极限，疲劳破坏发生在应力循环次数大于104时，零件破坏断口处无塑性变形的特征，这种疲劳破坏称为高周疲劳破坏，例如一般机械上的齿轮、轴承、螺栓等通用零件。3－7答：材料的持久疲劳极限r所对应的循环次数为DN，不同的材料有不同的DN值，有时DN很大。为了便于材料的疲劳试验，人为地规定一个循环次数0N，称为循环基数，所对应的极限应力r称为材料的疲劳极限。r和DN为材料所固有的性质，通常是不知道的，在设计计算时，当0NN时，则取rrN。3—8答：图a中A点为静应力，1r。图b中A点为对称循环变应力，1r。图c中A点为不对称循环变应力，11r。3—9答：在对称循环时，K是试件的与零件的疲劳极限的比值；在不对称循环时，K是试件的与零件的极限应力幅的比值。K与零件的有效应力集中系数k、尺寸系数、表面质量系数和强化系数q有关。K对零件的疲劳强度有影响，对零件的静强度没有影响。3—10答：区别在于零件的等寿命疲劳曲线相对于试件的等寿命疲劳曲线下移了一段距离（不是平行下移）。在相同的应力变化规律下，两者的失效形式通常是相同的，如图中1m和2m。但两者的失效形式也有可能不同，如图中1n和2n。这是由于K的影响，使得在极限应力线图中零件发生疲劳破坏的范围增大。题解3—10图3—11答：承受循环变应力的机械零件，当应力循环次数310N时，应按静强度条件计算；当应力循环次数310N时，在一定的应力变化规律下，如果极限应力点落在极限应力线图中的屈服曲线GC上时，也应按静强度条件计算；如果极限应力点落在极限应力线图中的疲劳曲线AG上时，则应按疲劳强度条件计算；3－12答：在单向稳定变应力下工作的零件，应当在零件的极限应力线图中，根据零件的应力变化规律，由计算的方法或由作图的方法确定其极限应力。3－13答：该假说认为零件在每次循环变应力作用下，造成的损伤程度是可以累加的。应力循环次数增加，损伤程度也增加，两者满足线性关系。当损伤达到100％时，零件发生疲劳破坏。疲劳损伤线性累积假说的数学表达式为∑ni/Ni＝1。3－14答：首先求出在单向应力状态下的计算安全系数，即求出只承受法向应力时的计算安全系数Sσ和只承受切向应力时的计算安全系数Sτ，然后由公式（3－35）求出在双向应力状态下的计算安全系数Sca，要求Sca＞S（设计安全系数）。3－15答：影响机械零件疲劳强度的主要因素有零件的应力集中大小，零件的尺寸，零件的表面质量以及零件的强化方式。提高的措施是：1）降低零件应力集中的影响；2）提高零件的表面质量；3）对零件进行热处理和强化处理；4）选用疲劳强度高的材料；5）尽可能地减少或消除零件表面的初始裂纹等。3－16答：结构内部裂纹和缺陷的存在是导致低应力断裂的内在原因。3－17答：应力强度因子IK表征裂纹顶端附近应力场的强弱，平面应变断裂韧度ICK表征材料阻止裂纹失稳扩展的能力。若IK＜ICK，则裂纹不会失稳扩散；若IK≥ICK，则裂纹将失稳扩展。3—18解：已知MPa750B，MPa550s，MPa3501，由公式（3-3），各对应循环次数下的疲劳极限分别为smNNNMPa8.58310510535046910111因此，取sNMPa55011MPa45210510535056920121NNmN176930131MPa271105105350NNmN因此，取131MPa350N。3—19解：1．确定有效应力集中系数、尺寸系数和表面质量系数查附表3—2，由2.140/48/dD，075.040/3/dr，用线性插值法计算和。82.104.010.0)09.262.1()04.0075.0(09.247.104.010.0)66.133.1()04.0075.0(66.1查附图3—1，由MPa650B，mm3r，查得84.0q，86.0q，由公式（附3—4），有效应力集中系数69.1)182.1(84.01)1(1qk40.1)147.1(86.01)1(1qk查附图3—2，取77.0。查附图3—3，取86.0。查附图3—4，取86.0。零件不强化处理，则1q。2．计算综合影响系数由公式（3-12）和（3-14b），综合影响系数36.211)186.0177.069.1(1)11(qkK79.111)186.0186.040.1(1)11(qkK3—20解：1．计算法已知MPa190max，MPa110min，m和a分别为MPa15021101902minmaxmMPa4021101902minmaxa由公式（3-21），计算安全系数5.1)40150(0.2150)2.00.2(300)()(1ammcaKKS2．图解法由公式（3-6）知，脉动循环的疲劳极限0为MPa5002.0130021210MPa1500.23001K；MPa1250.2250020K根据点A（0，150）、点D（250，125）和点C（360，0）绘出零件的极限应力线图。过工作应力点M（150，40），作垂线交AG线于M点，则计算安全系数5.140150135150amamMMMMSca题解3—20图3—21解：1．求计算安全系数caS由公式（3-31），由于13，对材料的寿命无影响，故略去。计算应力MPa5.275)4001050010(1051195946910ZimiimcanN由公式（3—33），试件的计算安全系数27.15.2753501cacaS2．求试件破坏前的循环次数n由公式（3—1a）各疲劳极限rN所对应的循环次数N分别为201768)500350(105)(961101mNN1503289)400350(105)(962102mNN520799)450350(105)(9610mNN由公式（3—28），试件破坏前的循环次数5542211106.4460343520799)150328910201768101()1(NNnNnn3—22解：1．计算平均应力和应力幅材料的弯曲应力和扭转切应力分别为MPa88.46401.0103001.0333dMWMbMPa5.62402.0108002.0333dTWTT弯曲应力为对称循环变应力，故0m，MPa88.46ba。扭转切应力为脉动循环变应力，故MPa25.315.625.05.0am。2．求计算安全系数由公式（3—17），零件承受单向应力时的计算安全系数44.302.088.462.23551maKS37.325.311.025.318.12001maKS由公式（3—35），零件承受双向应力时的计算安全系数41.237.344.337.344.32222SSSSSca3－23答：由式（3－44），可靠性系数β为5.130405256002222srsrσσμμβ由附表3－12查得对应的可靠度R=φ(1.5)=0.93319