机械设计复习

第三章机械零件的强度。

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。

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。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。

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。

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。

5.材料的疲劳特性曲线描述了在一定的应力特性下，疲劳极限与应力循环次数的σ－n关系曲线，也可以用在某一给定循环次数时，疲劳极限的应力幅值与平均应力的σ a－σ m 关系曲线（又称等寿命曲线）来描述。

3-1．在进行材料的疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的___b___

a．屈服点 b．疲劳极限

c．强度极限 d．弹性极限

3-2． 45 钢的对称疲劳极限σ1 =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．539 b．135

c．175 d．417

3-3．零件的截面形状一定，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

3-4．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

3-5．在静应力作用下，塑性材料的极限应力为。

a． σb b．σs c．σ0d． σ1

3-6．塑性材料在脉动循环变应力作用下的极限应力为。

a． σb b．σs c．σ0d． σ1

3-7．对于受循环变应力作用的零件，影响疲劳破坏的主要应力成分是。

a．最大应力 b．最小应力

c．平均应力 d．应力幅

3-8．零件表面经淬火、氮化、喷丸及滚子碾压等处理后、其疲劳强度。

a．提高 b．不变

c．降低 d．高低不能确定。

3-10．影响机械零件疲劳强度的因素有。

3-11．根据是否随时间变化，将载荷分为___和___两类。同理，应力也分为___和___两大类。

3-12．变载荷一定产生___应力。变应力既可能由载荷产生，也可能由___载荷产生。但是静应力一定是由载荷产生的。

3-13．应力幅与平均应力之和等于应力幅与平均应力之差等于最小应力与最大应力之比称为。

3-14．r = 1的变应力称为___变应力，r = 0 的变应力称为___变应力，当 r = 1 时称为___应力，当 r = 其它值时称为___变应力。

3－10应力集中绝对尺寸表面状态

3－11载荷变载荷静应力变应力

3－12 变静静

3－13最大应力最小应力应力循环特性

3－14称循环脉动循环静非对称循环。

第五章螺纹联接与螺旋传动。

重要基本概念

1．常用螺纹有哪几类？哪些用于联接，哪些用于传动，为什么？哪些是标准螺纹？

常用的有：三角螺纹，管螺纹，矩形螺纹，梯形螺纹和锯齿形螺纹。三角螺纹又称普通螺纹，和管螺纹用于联接，其余用于传动。

因三角螺纹自锁性好，其它螺纹传动效率高。除矩形螺纹外，其余均为标准螺纹。

2．何谓螺纹联接的预紧，预紧的目的是什么？预紧力的最大值如何控制？

螺纹联接的预紧是指在装配时拧紧，是联接在承受工作载荷之前预先受到预紧力的作用。预紧的目的是增加螺纹联接的刚度、保证联接的紧密性和可靠性（防松能力）。拧紧后，预紧应力的大小不得超过材料屈服极限σs的80%。

3．螺纹联接有哪些基本类型？适用于什么场合？

螺纹联接有 4 种基本类型。

螺栓联接：用于被联接件不太厚且两边有足够的安装空间的场合。

螺钉联接：用于不能采用螺栓联接（如被联接件之一太厚不宜制成通孔，或没有足够的装配空间），又不需要经常拆卸的场合。

双头螺柱联接：用于不能采用螺栓联接且又需要经常拆卸的场合。

紧定螺钉联接：用于传递力和力矩不大的场合。

4．紧螺栓联接的强度也可以按纯拉伸计算，但须将拉力增大 30%，为什么？

考虑拧紧时的扭剪应力，因其大小约为拉应力的 30%。

5．提高螺纹联接强度的措施有哪些？

1）改善螺纹牙间的载荷分配不均；2）减小螺栓的应力幅；3）减小螺栓的应力集中；4）避免螺栓的附加载荷（弯曲应力）；5）采用合理的制造工艺。

6．为什么螺母的螺纹圈数不宜大于 10 圈（使用过厚的螺母不能提高螺纹联接强度）？

因为螺栓和螺母的受力变形使螺母的各圈螺纹所承担的载荷不等，第一圈螺纹受载最大，约为总载荷的 1/3，逐圈递减，第八圈螺纹几乎不受载，第十圈没用。所以使用过厚的螺母并不能提高螺纹联接强度。

7．联接螺纹能满足自锁条件，为什么还要考虑防松？根据防松原理，防松分哪几类？

因为在冲击、振动、变载以及温度变化大时，螺纹副间和支承面间的摩擦力可能在瞬间减小或消失，不再满足自锁条件。这种情况多次重复，就会使联接松动，导致机器不能正常工作或发生严重事故。因此，在设计螺纹联接时，必须考虑防松。

根据防松原理，防松类型分为摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系防松。

8、螺栓强度计算p80－92

习题。5－1．三角形螺纹的牙型角适用于而梯形螺纹的牙型角适用于。

5-2．螺旋副的自锁条件是。

5-3．螺纹联接防松的实质是。

5-4．受轴向工作载荷f 的紧螺栓联接，螺栓所受的总拉力 q等于和之和。

5-5．承受横向工作载荷的普通螺栓联接，螺栓受应力和应力作用，能发生的失效形式是。

5-6．承受横向工作载荷的铰制孔螺栓联接，靠螺栓受和来传递载荷，能发生的失效形式是和。

5-7．若螺纹的直径和螺纹副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的和。

5-8．在螺栓联接中，当螺栓轴线与被联接件支承面不垂直时，螺栓中将产生附加应力，而避免其发生的常用措施是采用和作支承面。

5-9．螺纹联接的防松，按其防松原理分为防松防松和防松。

填空题答案

5-1 60° 联接 30° 传动

5-2 螺旋升角小于当量摩擦角

5-3 防止螺纹副相对转动

5-4 剩余预紧力工作拉力 10

5-5 拉扭剪断裂（拉断或拉扭断）

5-6 剪切挤压（螺杆被）剪断（工作面被）压溃

5-7 线数升角

5-8 弯曲凸台沉头座

5-9 摩擦机械破坏螺纹副关系

5-10．当两被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常拆卸时，往往采用。

a．螺栓联接 b．螺钉联接

c．双头螺栓联接 d．紧定螺钉联接

5-11．当两被联接件之一太厚，不宜制成通孔，不需要经常拆卸时，往往采用。

a．螺栓联接 b．螺钉联接

c．双头螺栓联接 d．紧定螺钉联接

5-12．某单个螺栓联接，要求被联接件接合面不分离，假定螺栓的刚度 cl 与被联接件的刚度相等，联接的预紧力为 qp。现在对联接施加轴向载荷，当外载荷 f达到与预紧力 qp的大小相等。

a. 被联接件发生分离，联接失效

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