第6练 疲劳强度及其工程意义 山东省（春季高考）机电技术类《金属材料与钳工技术》（高教版）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，精心编制了山东省（春季高考）机电技术类《金属材料与钳工技术》（高教版）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。 本卷是山东省（春季高考）机电技术类《金属材料与钳工技术》（高教版）一课一练的第6练，内容涵盖金属材料的力学性能 1.6 疲劳强度及其工程意义。 山东省（春季高考）机电技术类 一课一练 《金属材料与钳工技术》（高教版）第6练 金属材料的力学性能 1.6 疲劳强度及其工程意义 一、单项选择题 1．观察所给R-N曲线，关于循环应力与疲劳寿命关系的说法正确的是（ ） A．循环应力越大，疲劳寿命通常越长 B．循环应力越大，疲劳寿命通常越短 C．循环应力与疲劳寿命没有关系 D．循环次数只由零件静强度决定 【答案】B 【解析】R-N曲线反映循环应力与循环次数之间的关系，在材料和条件一定时，循环应力增大通常会使零件达到疲劳破坏的循环次数减少。 2．下列关于疲劳强度的说法，正确的是（ ） A．材料在交变载荷下承受规定循环次数而不发生破坏的最大应力 B．材料在一次静态拉伸中承受的最大应力 C．材料发生塑性变形时对应的最小应力 D．材料被硬度计压入时对应的试验力 【答案】A 【解析】疲劳强度是材料在交变载荷作用下，经过规定循环次数而不发生疲劳破坏时所能承受的最大应力，因而与循环载荷下的安全工作能力有关。 3．自动化生产线上的夹紧转盘长期往复启停，设计人员重点校核相关轴类零件疲劳强度的主要原因是（ ） A．零件只承受一次冲击载荷 B．零件只需要满足表面光洁度要求 C．零件的质量主要由颜色和外观决定 D．零件长期承受交变载荷而可能逐渐产生疲劳裂纹 【答案】D 【解析】夹紧转盘轴在反复启停过程中承受交变载荷，零件可能在应力低于静强度极限时逐渐形成裂纹并发生疲劳破坏，因此需要校核疲劳强度。 4．为降低数控设备换刀机构转轴发生疲劳断裂的风险，较合理的质量控制措施是（ ） A．在轴肩处增加尖锐直角以便定位 B．在受力表面保留较深的划痕以增加摩擦 C．改善轴肩圆角过渡并检查表面缺陷 D．只测量零件长度而不检查受力部位 【答案】C 【解析】换刀机构转轴承受反复扭转载荷时，缺口、划痕和加工过渡不良会造成应力集中，因此应保证圆角过渡平滑并减少表面缺陷。 二、判断题 5．液压站电动机联轴器长期承受反复变化的载荷时，即使工作应力低于材料的屈服强度，也可能因疲劳而产生裂纹并最终断裂（ ） 【答案】√ 【解析】交变载荷会使零件在多次循环作用下逐渐形成和扩展疲劳裂纹，因此工作应力低于屈服强度并不能排除疲劳破坏。 6．自动化生产线上的传动轴进行疲劳强度设计时，应根据交变载荷的大小和循环次数等服役条件确定许用工作应力（ ） 【答案】√ 【解析】疲劳强度反映材料在一定循环载荷作用下抵抗疲劳破坏的能力，交变载荷大小和循环次数等服役条件会影响零件的疲劳安全性。 7．数控设备换刀机构中的销轴只要工作应力低于材料的抗拉强度，就能保证在交变载荷下不会发生疲劳断裂（ ） 【答案】× 【解析】抗拉强度是材料在一次拉伸破坏前所能承受的最大应力，不能直接作为交变载荷下防止疲劳断裂的判据；销轴还应依据疲劳强度和实际循环载荷进行校核。 三、简答题 8．简述疲劳强度的概念，并说明它与自动化设备交变载荷零件安全工作的关系。 【答案】1. 疲劳强度是材料在交变载荷作用下，经过规定循环次数而不发生疲劳破坏时所能承受的最大应力。 2. 自动化设备中的转轴、连杆和夹紧机构零件经常反复受力，不能只按一次静载荷强度进行判断。 3. 校核疲劳强度可以确定零件在规定工作寿命内的允许应力，降低裂纹扩展和突然断裂的风险。 4. 选用和使用零件时，应结合交变载荷大小、循环次数及工作环境进行疲劳安全评估。 【解析】疲劳强度描述材料承受重复应力的能力，自动化设备零件的工作可靠性取决于其在预定循环次数内能否避免疲劳裂纹形成和扩展。 9．某数控设备换刀转轴按R-N曲线进行寿命评估。请说明观察该曲线时应关注的两个量，并提出两项能够延长转轴疲劳寿命的维护或质量控制要求。 【答案】1. 应关注循环应力的大小，判断转轴每次换刀往复运动中承受的应力水平。 2. 应关注循环次数或疲劳寿命，判断转轴在规定使用周期内能够承受的重复载荷次数。 3. 维护时应检查轴肩、键槽等应力集中部位是否有裂纹、划痕或异常磨损，并及时处理不合格零件。 4. 装调时应保证转轴对中和受力平稳，避免卡滞、冲击启停及偏载，以减少实际交变应力。 【解析】R-N曲线以循环应力和循环次数为主要关系量，降低工作应力并消除缺口、冲击和偏载等不利因素，能够减少疲劳裂纹萌生并延长转轴寿命。 四、综合题 10．某自动化装配线的分度转盘由电动机经减速机构驱动，转盘上的夹具每完成一个工位就启停一次。设备运行一段时间后，维护人员发现分度转盘传动轴的轴肩处出现细小裂纹，且裂纹在多次启停后逐渐加长。请结合疲劳强度知识完成下列任务： （1）判断该传动轴可能发生的失效类型，并说明判断依据； （2）分析轴肩处容易出现裂纹的原因； （3）提出检修和预防措施。 【答案】（1）该传动轴可能发生疲劳破坏。分度转盘反复启停使传动轴长期承受交变扭矩，裂纹经过多次循环逐渐加长，符合疲劳裂纹逐步萌生和扩展的特征。 （2）轴肩处存在截面变化，容易产生应力集中；如果轴肩圆角过小、表面有刀痕或划伤、传动轴与联轴器不同轴，局部交变应力会进一步增大，从而降低疲劳寿命。频繁急停、夹具卡滞或转盘偏载也会增加冲击载荷。 （3）立即停机并拆检传动轴，确认裂纹范围；对存在裂纹的轴不得继续使用，应按设备要求更换合格零件。检查轴肩圆角、键槽和配合表面，消除尖锐过渡、毛刺和明显划痕；重新校正电动机、减速机构与转盘的同轴度，排除夹具卡滞和偏载；调整启停控制，减少不必要的冲击；建立定期检查制度，重点检查裂纹、异常振动和噪声，并根据工作循环次数进行寿命预防性维护。 【解析】该故障同时具有交变载荷、裂纹逐步扩展和轴肩应力集中的特点，因此应按疲劳失效处理，检修时既要更换已产生裂纹的零件，也要降低应力集中和冲击载荷，才能防止故障重复发生。 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，精心编制了山东省（春季高考）机电技术类《金属材料与钳工技术》（高教版）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。 本卷是山东省（春季高考）机电技术类《金属材料与钳工技术》（高教版）一课一练的第6练，内容涵盖金属材料的力学性能 1.6 疲劳强度及其工程意义。 山东省（春季高考）机电技术类 一课一练 《金属材料与钳工技术》（高教版）第6练 金属材料的力学性能 1.6 疲劳强度及其工程意义 一、单项选择题 1．观察所给R-N曲线，关于循环应力与疲劳寿命关系的说法正确的是（ ） A．循环应力越大，疲劳寿命通常越长 B．循环应力越大，疲劳寿命通常越短 C．循环应力与疲劳寿命没有关系 D．循环次数只由零件静强度决定 2．下列关于疲劳强度的说法，正确的是（ ） A．材料在交变载荷下承受规定循环次数而不发生破坏的最大应力 B．材料在一次静态拉伸中承受的最大应力 C．材料发生塑性变形时对应的最小应力 D．材料被硬度计压入时对应的试验力 3．自动化生产线上的夹紧转盘长期往复启停，设计人员重点校核相关轴类零件疲劳强度的主要原因是（ ） A．零件只承受一次冲击载荷 B．零件只需要满足表面光洁度要求 C．零件的质量主要由颜色和外观决定 D．零件长期承受交变载荷而可能逐渐产生疲劳裂纹 4．为降低数控设备换刀机构转轴发生疲劳断裂的风险，较合理的质量控制措施是（ ） A．在轴肩处增加尖锐直角以便定位 B．在受力表面保留较深的划痕以增加摩擦 C．改善轴肩圆角过渡并检查表面缺陷 D．只测量零件长度而不检查受力部位 二、判断题 5．液压站电动机联轴器长期承受反复变化的载荷时，即使工作应力低于材料的屈服强度，也可能因疲劳而产生裂纹并最终断裂（ ） 6．自动化生产线上的传动轴进行疲劳强度设计时，应根据交变载荷的大小和循环次数等服役条件确定许用工作应力（ ） 7．数控设备换刀机构中的销轴只要工作应力低于材料的抗拉强度，就能保证在交变载荷下不会发生疲劳断裂（ ） 三、简答题 8．简述疲劳强度的概念，并说明它与自动化设备交变载荷零件安全工作的关系。 答： 9．某数控设备换刀转轴按R-N曲线进行寿命评估。请说明观察该曲线时应关注的两个量，并提出两项能够延长转轴疲劳寿命的维护或质量控制要求。 答： 四、综合题 10．某自动化装配线的分度转盘由电动机经减速机构驱动，转盘上的夹具每完成一个工位就启停一次。设备运行一段时间后，维护人员发现分度转盘传动轴的轴肩处出现细小裂纹，且裂纹在多次启停后逐渐加长。请结合疲劳强度知识完成下列任务： （1）判断该传动轴可能发生的失效类型，并说明判断依据； （2）分析轴肩处容易出现裂纹的原因； （3）提出检修和预防措施。 答： 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 $