第2练 机械零件的强度 江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练

编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练的第2练，内容涵盖0-2 机械零件的强度。 江苏省（职教高考）机械类 一课一练 《机械基础》（高教版·第3版） 第2练 绪论 第2节 机械零件的强度 一、单项选择题 1．起重机吊起一捆钢筋时，钢丝绳承受的拉力在起吊过程中始终保持恒定大小和方向。从载荷分类的角度分析，钢丝绳所受的载荷属于（ ） A．动载荷 B．静载荷 C．交变载荷 D．冲击载荷 【答案】B 【解析】静载荷是指大小和方向不随时间变化或变化极缓慢的载荷。起重机匀速起吊过程中钢丝绳拉力恒定，属于静载荷。动载荷是随时间显著变化的载荷，交变载荷是周期性变化的动载荷，冲击载荷是瞬时突变的动载荷。 2．在设计一根传动轴时，工程师需要校核该轴在最大工作载荷下的强度是否满足要求。下列强度条件中，表达"零件工作时的最大应力不得超过材料的许用应力"这一设计准则的是（ ） A．最大工作应力小于或等于许用应力 B．极限应力等于工作应力乘以安全系数 C．工作应力等于屈服极限除以安全系数 D．安全系数取值为零件重要程度系数 【答案】A 【解析】强度条件的基本表达式为最大工作应力小于或等于许用应力。许用应力是极限应力除以安全系数。选项A表述的是许用应力的计算方法而非强度条件本身，选项C颠倒了极限应力与工作应力的关系，选项D描述的是安全系数的选取原则。 3．在机械设计中，安全系数的选取直接影响零件的可靠性和经济性。一台用于载人的电梯曳引机，其关键传动零件的安全系数应比普通车间传送带零件的安全系数取得（ ） A．更小，以减轻零件重量并降低制造成本 B．相同，零件的安全系数与使用场合无关 C．更大，以确保人身安全并提高工作可靠性 D．由设计人员根据个人经验任意确定 【答案】C 【解析】安全系数的选取要考虑载荷性质、材料均匀性、零件重要程度等因素。载人电梯涉及人身安全，一旦零件失效后果严重，安全系数应取较大值。普通传送带失效后果较轻，安全系数可较小。安全系数的选取有科学依据，不能随意确定。 4．一根圆形截面拉杆直径为20mm，受轴向拉力F=31400N。该拉杆横截面上的正应力最接近下列哪个数值（ ） A．50MPa B．100MPa C．150MPa D．200MPa 【答案】B 【解析】正应力计算：横截面积A=πd²/4=3.14×400/4=314mm²，正应力σ=F/A=31400/314=100MPa。注意保留π的近似值3.14进行计算，最终结果为100MPa。 5．在分析一个承受拉伸载荷的阶梯轴时，发现小直径段的横截面积是大直径段的一半。在相同的轴向拉力作用下，小直径段横截面上的正应力与大直径段的关系是（ ） A．两者正应力大小相等，因为轴向拉力相同 B．小直径段正应力是大直径段的四倍 C．小直径段正应力是大直径段的一半 D．小直径段正应力是大直径段的两倍 【答案】D 【解析】正应力等于轴向拉力除以横截面积。当拉力相同时，应力与横截面积成反比。小直径段面积为大直径段的一半，因此小直径段的应力为大直径段的两倍。注意区分：应力与面积成反比，非正比关系。 二、填空题 6．机械零件设计中，将零件材料所能承受的极限应力除以一个大于1的系数，所得的应力值称为____，这个大于1的系数称为____。 【答案】许用应力；安全系数 【解析】许用应力等于极限应力除以安全系数，是零件设计时允许达到的最大应力值。安全系数大于1，体现了设计中对各种不确定因素的安全储备，其大小取决于载荷性质、材料均匀性、零件重要程度和计算精度等因素。 7．按载荷随时间变化的特性，可将载荷分为两大类：大小和方向不随时间变化或变化极缓慢的载荷称为____；大小或方向随时间发生显著变化的载荷称为____。 【答案】静载荷；动载荷 【解析】载荷分类是机械零件强度计算的基础：静载荷作用下零件的应力状态相对简单，动载荷作用下需考虑疲劳、冲击等效应。动载荷按变化规律又可细分为交变载荷和冲击载荷。 三、问答题 8．在机械零件的强度设计中，许用应力和安全系数是两个核心概念。请回答：（1）许用应力是如何确定的？写出其基本计算公式。（2）选取安全系数时需要考虑哪些主要因素？至少列举三个因素并简要说明。 【答案】（1）许用应力是将材料所能承受的极限应力除以安全系数得到的允许应力值。基本计算公式为：许用应力等于极限应力除以安全系数。对于塑性材料，极限应力为屈服极限；对于脆性材料，极限应力为强度极限。（2）选取安全系数时需要考虑的主要因素有：载荷性质的准确程度——实际载荷是否与计算假设一致；材料性能的均匀性——材料是否存在缺陷或性能波动；零件的重要程度——零件失效后是否会造成严重后果（如危及人身安全）；计算方法的精确程度——计算公式和方法的准确性；零件的工作环境——温度、腐蚀等环境因素对材料性能的影响。 【解析】许用应力是强度设计的核心判据，安全系数的合理选取是平衡可靠性与经济性的关键。塑性材料以屈服极限为极限应力是因为屈服即意味着零件丧失正常工作能力；脆性材料以强度极限为极限应力是因为脆性材料无明显屈服阶段。 9．在工程实践中，同一台机器上不同零件的安全系数往往取值不同。请以一台普通车床为例，说明主轴轴承、进给手柄和地脚螺栓三个零件应分别选取怎样的安全系数（相对大小），并解释各自的原因。 【答案】三个零件的安全系数从大到小排序为：主轴轴承的安全系数最大，进给手柄次之，地脚螺栓最小。原因分析：（1）主轴轴承是车床的核心零件，精度要求高，一旦失效会导致加工精度丧失甚至安全事故，且承受不定载荷（切削力波动），应取较大的安全系数。（2）进给手柄由操作者手动操作，受力有限，失效后果相对较轻，可取中等安全系数。（3）地脚螺栓主要承受车床自重产生的静载荷，载荷明确且稳定，失效后果可控，安全系数可取较小值。 【解析】安全系数的选取遵循"重要零件取大值、次要零件取小值"的原则。核心判断依据是零件失效的后果严重程度和载荷的可确定性——失效后果越严重、载荷不确定性越高，安全系数越大。本题通过三个不同重要程度的零件对比，帮助学生理解安全系数的工程意义。 四、计算题 10．起重吊钩采用Q235钢制造，材料的屈服极限为235MPa。吊钩的危险截面为直径d=24mm的圆形截面。取安全系数n=3，试计算：（1）该吊钩材料的许用应力为多少？（2）该吊钩允许承受的最大轴向载荷为多少？（结果保留整数） 【答案】（1）许用应力等于屈服极限除以安全系数，即235除以3约等于78.3MPa。（2）危险截面的横截面积等于πd²除以4，即3.14乘以576除以4约等于452.2mm²。允许承受的最大轴向载荷等于许用应力乘以横截面积，即78.3乘以452.2约等于35412N，保留整数约为35400N（或35.4kN）。 【解析】计算步骤：第一步，根据许用应力公式计算许用应力值，注意区分屈服极限和强度极限的使用场景（塑性材料用屈服极限）。第二步，计算圆形截面面积，单位为mm²。第三步，由强度条件反推最大允许载荷，注意单位换算（MPa与N/mm²等价）。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练的第2练，内容涵盖0-2 机械零件的强度。 江苏省（职教高考）机械类 一课一练 《机械基础》（高教版·第3版） 第2练 绪论 第2节 机械零件的强度 一、单项选择题 1．起重机吊起一捆钢筋时，钢丝绳承受的拉力在起吊过程中始终保持恒定大小和方向。从载荷分类的角度分析，钢丝绳所受的载荷属于（ ） A．动载荷 B．静载荷 C．交变载荷 D．冲击载荷 2．在设计一根传动轴时，工程师需要校核该轴在最大工作载荷下的强度是否满足要求。下列强度条件中，表达"零件工作时的最大应力不得超过材料的许用应力"这一设计准则的是（ ） A．最大工作应力小于或等于许用应力 B．极限应力等于工作应力乘以安全系数 C．工作应力等于屈服极限除以安全系数 D．安全系数取值为零件重要程度系数 3．在机械设计中，安全系数的选取直接影响零件的可靠性和经济性。一台用于载人的电梯曳引机，其关键传动零件的安全系数应比普通车间传送带零件的安全系数取得（ ） A．更小，以减轻零件重量并降低制造成本 B．相同，零件的安全系数与使用场合无关 C．更大，以确保人身安全并提高工作可靠性 D．由设计人员根据个人经验任意确定 4．一根圆形截面拉杆直径为20mm，受轴向拉力F=31400N。该拉杆横截面上的正应力最接近下列哪个数值（ ） A．50MPa B．100MPa C．150MPa D．200MPa 5．在分析一个承受拉伸载荷的阶梯轴时，发现小直径段的横截面积是大直径段的一半。在相同的轴向拉力作用下，小直径段横截面上的正应力与大直径段的关系是（ ） A．两者正应力大小相等，因为轴向拉力相同 B．小直径段正应力是大直径段的四倍 C．小直径段正应力是大直径段的一半 D．小直径段正应力是大直径段的两倍 二、填空题 6．机械零件设计中，将零件材料所能承受的极限应力除以一个大于1的系数，所得的应力值称为____，这个大于1的系数称为____。 7．按载荷随时间变化的特性，可将载荷分为两大类：大小和方向不随时间变化或变化极缓慢的载荷称为____；大小或方向随时间发生显著变化的载荷称为____。 三、问答题 8．在机械零件的强度设计中，许用应力和安全系数是两个核心概念。请回答：（1）许用应力是如何确定的？写出其基本计算公式。（2）选取安全系数时需要考虑哪些主要因素？至少列举三个因素并简要说明。 9．在工程实践中，同一台机器上不同零件的安全系数往往取值不同。请以一台普通车床为例，说明主轴轴承、进给手柄和地脚螺栓三个零件应分别选取怎样的安全系数（相对大小），并解释各自的原因。 四、计算题 10．起重吊钩采用Q235钢制造，材料的屈服极限为235MPa。吊钩的危险截面为直径d=24mm的圆形截面。取安全系数n=3，试计算：（1）该吊钩材料的许用应力为多少？（2）该吊钩允许承受的最大轴向载荷为多少？（结果保留整数） 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $