机械设计题例

第三章 机械零件强度

1、某优质碳素结构钢零件，其?s =280MPa ，?B =560MPa ，?－1=250MPa ，工作应力?max =155MPa ，?min =30MPa ，零件的有效应力集中系数K ?=1.65，尺寸系数??=0.81，表面状态系数?=0.95，等效系数??=0.30。如取许用安全系数?S ?=1.5，试校核该零件的强度是否足够（为安全起见一般计算屈服强度和疲劳强度两种安全系数）。

2、某零件的工作应力变化如图所示，求最大应力σmax ,，最小应力σmin ，平均应力σm ，应力幅σa ，循环特性r 。

3、某零件受稳定交变弯曲应力作用，最大工作应力σmax =180MPa ，最小工作应力σmin =150MPa ，屈服极限σS 240MPa =，对称循环疲劳极限σ-=1180MPa ，脉动循环疲劳极限σ0=240MPa ，略去危险截面处应力集中系数等综合影响系数()K σD 的影响，试求：

（1）等效系数ψσ值

（2）安全系数S 值

4、已知材料σ-=1260MPa ，σ0=360MPa ，K σ

σεβ=25.，σa 50MPa =，

σm 40MPa =，r =常数，用图解法及计算法求安全系数S 。

注：简化疲劳极限线图采用折线图法。

5、某钢制零件,其σB 560MPa =，σS 280MPa =，σ-=1250MPa ，σ0=385MPa 。工作变应力σmax =155MPa ，σmin =30MPa ，零件的有效应力集中系数K σ=165.，绝对尺寸系数εσ=08.，表面状态系数β=095.。要求许用安全系数

[]S =15

.，r =常数，校核该零件的强度是否足够。 6、一个由40Cr 制成的零件，其力学性能如下：屈服极限σS MPa =550，对称循环疲劳极限σ-=1320MPa ，脉动循环疲劳极限σ0540=MPa ，已知最大工作应力σmax =185MPa ，最小工作应力σmin =-75MPa ，r =常数，综合影响系数()K σD =2，试绘制该零件的许用极限应力图（折线图），并用作图法计算它的安

全系数，指出该零件可能发生的破坏形式。

7、某零件的材料σB MPa =1000，σS MPa =800，σ-=1400MPa ，ψσ=025.，试画出其简化极限应力图；当工作应力σmax =300MPa ，σmin =-100MPa ，试在该图上标出此点K ，并说明是否在安全区。

8、某零件受对称循环变应力，其材料在N 0710=次时，σ-=1300MPa ，疲劳曲线方程的指数m =9。若零件的实际工作情况为：在σ1600=MPa 下工作N 1410=次，在σ2400=MPa 下工作N 24410=⨯，试问若又在σ3350=MPa 下工作，允许工作多少次数？

9、某钢制零件已知材料的极限应力图，其σ-=1256MPa ，σ0456=MPa ，

σσS B =06.，σB MPa =800，该零件的有效应力集中系数K σ=141

.，尺寸系数εσ=091.，表面状态系数β=1，寿命系数k N =12.，工作应力的循环特性r =-0268.。

1.试用作图法求当安全系数为1.5情况下的最大工作应力σmax 值；

2.该零件过载时的可能破坏形式；

3.绘出工作应力σ-t 图(图上标出σmin ，σmax ，σa ，σm )。

10、有一材料σS MPa =360，σ-=1220MPa ，在σm N C =式中m =9，N 0710=，问当N =?时，疲劳强度σσrN ≥S ，此时会出现什么现象？是否可按此应力设计。

11、如已知材料的对称循环疲劳极限??1=240MPa ，脉动循环疲劳极限?0＝420MPa ，屈服极限?S =570MPa ，试画出按折线简化的极限应力图。如有一应力状态K (?K m ，?K a )为已知，其应力变化规律为r ＝σmin max =常数=0.75，?m ＝180MPa ，试在极限应力图上标出K 点的极限应力点。

12、图示为一塑性材料的简化极限应力图，1)请标出图中点A 、B 、S 的坐标；2)设用该材料制造机械零件，其综合影响系数(K ?)D ＝2，则考虑综合影响系数时点A ?、B ?在图上何处，请标出。

13、已知极限应力图中某应力状态C (?C m ,?C a ),试在该图上标出C 点按三种应力变化(r =σσmin max =常数、?m =常数及?min =常数)时的极限应力点。

第5章螺纹连接

14、图示某机构上的拉杆端部采用普通螺纹联接。已知拉杆所受最大载荷F＝

16kN，载荷很少变动。螺钉和拉杆材料为Q235钢，屈服极限σ

S

MPa

=240，试

确定拉杆螺纹的最小直径（安全系数可取[]S S=16.)。

15、图示吊钩起重量W＝20?kN，吊钩材料为5.8级，Q235，σ

S

MPa

=400，起

重用，取安全系数[]S S=5，试求吊钩螺纹部分所需最小直径。

16、刚性凸缘联轴器用6个普通螺栓联接，螺栓均匀分布在D＝155?mm的圆周上，接合面摩擦系数?=0.12，摩擦传力的可靠性系数（防滑系数）K

f

=12.。若联轴器传递的转矩T＝1500?N?m，问每个螺栓预紧力F?应为多大？

17、图示螺栓联接中，采用两个M16（小径d

1

13835

=.mm，中径d

2

14701

=.mm，）

的普通螺栓，螺栓材料为45钢，8.8级，σ

S

MPa

=640，联接时不严格控制预紧

力（取安全系数[]S S=4，被联接件接合面间的摩擦系数?=0.2。若考虑摩擦传力的可靠性系数（防滑系数）K

f

=12.，试计算该联接允许传递的静载荷F R（取计

算直径d

c

=d1）。

18、一受轴向外载荷F＝1000?N的紧螺栓联接，螺栓的刚度为C

1

，被联接件的

刚度为C

2，且C

2

＝8C

1

；预紧力F?＝1000?N。试求螺栓中的总拉力F

和被联

接件中的剩余预紧力F?。

19、图示一铸铁吊架用两只普通螺栓固定在梁上。吊架承受的载荷F Q＝100000N，

螺栓材料为5.8级，Q235，σ

S

MPa

=400，安装时不控制预紧力，取安全系数

[]S S=4，取剩余预紧力为工作拉力的0.4倍，试确定螺栓所需最小直径。

20、已知普通粗牙螺纹大径d=24mm，中径d

2

22051

=.mm，螺距P＝3mm，螺

纹副间摩擦系数?=0.15，试求：

1）螺纹升角?；

2）此螺栓能否自锁？

3）若用此螺栓作起重螺杆，起重时的效率?为多少？