四川省（对口招生）智能制造类 《机械基础》项目七任务二 45分钟专题训练卷

四川省（对口招生）智能制造类《机械基础》45分钟专题训练卷专辑，共158份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固智能制造类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加智能制造类高考的学生。 与本专辑配套的还有四川省对口招生考试《机械制图》《金属加工与实训》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 四川省（对口招生）智能制造类 《机械基础》 项目七：直杆的基本变形 任务二：交变应力与疲劳强度 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共16小题，每题3分，共48分） 1. 下列哪种因素会提高材料的疲劳强度（ ） A. 表面粗糙度增加 B. 应力集中 C. 表面淬火 D. 材料内部缺陷 【答案】C 【解析】表面淬火可形成硬化层并产生有利残余压应力，从而提高材料的疲劳强度。 2. 增大阶梯轴圆角半径的主要目的是（ ） A. 使零件轴向定位可靠 B. 降低应力集中，提高轴的疲劳强度 C. 使轴加工方便 D. 外形美观 【答案】B 【解析】增大圆角半径可减小截面突变，降低应力集中，从而提高阶梯轴的疲劳强度。 3. 带在工作时受到交变应力的作用，最大应力发生在（ ） A. 带进入小带轮处 B. 带离开小带轮处 C. 带进入大带轮处 D. 以上都不对 【答案】A 【解析】带进入小带轮处的弯曲半径较小，弯曲应力最大，因此该处的应力最大。 4. 轴、齿轮、弹簧等需要承受交变载荷作用的零件，在选择材料时必须考虑的性能是（ ） A. 塑性 B. 硬度 C. 强度 D. 疲劳强度 【答案】D 【解析】承受交变载荷的零件容易发生疲劳破坏，选材时必须重点考虑材料的疲劳强度。 5. 测定疲劳强度时，工程上规定钢铁材料的应力循环次数取（ ） A. 1 B. 1 C. 1 D. 109 【答案】B 【解析】工程上通常规定钢铁材料的疲劳试验循环次数为1次。 6. 金属材料的疲劳断裂通常（ ） A. 有明显塑性变形 B. 无明显塑性变形 C. 发生在屈服之后 D. 强度高于抗拉强度 【答案】B 【解析】疲劳断裂多在低于屈服强度的交变应力下发生，断裂前通常无明显塑性变形。 7. 金属材料在交变应力作用下发生断裂的现象称为（ ） A. 塑性断裂 B. 脆性断裂 C. 疲劳断裂 D. 冲击断裂 【答案】C 【解析】金属材料在交变应力长期作用下产生的断裂称为疲劳断裂。 8. 对于脆性材料（如铸铁），其许用应力通常以_____为基础确定。（ ） A. 弹性极限 B. 屈服极限 C. 强度极限 D. 比例极限 【答案】C 【解析】脆性材料无明显屈服阶段，断裂是其失效标志，故以强度极限（断裂时的最大应力）作为极限应力，再除以安全系数得到许用应力。 9. 金属材料在交变应力长期作用下，发生破坏的现象称为（ ） A. 弹性失效 B. 塑性失效 C. 疲劳失效 D. 冲击失效 【答案】C 【解析】材料在交变应力长期作用下产生的破坏现象称为疲劳失效。 10. 在交变应力的作用下，零件的失效形式主要是（ ） A. 塑性变形 B. 断裂 C. 疲劳断裂 D. 弹性变形 【答案】C 【解析】交变应力容易在零件内部形成疲劳裂纹并扩展，最终主要表现为疲劳断裂。 11. 作疲劳试验时，试样承受的载荷为（ ） A. 静载荷 B. 冲击载荷 C. 动载荷 D. 交变载荷 【答案】D 【解析】作疲劳试验时，试样承受的是随时间作周期性变化的交变载荷，而不是静载荷或冲击载荷。疲劳强度是材料在交变载荷作用下，经过规定的应力循环次数仍不发生疲劳破坏时所对应的最大应力。因此，正确答案为D。 12. 金属材料的疲劳断裂通常发生在（ ） A. 弹性变形阶段 B. 塑性变形阶段 C. 断裂阶段 D. 屈服阶段 【答案】A 【解析】疲劳断裂通常在应力低于屈服强度时发生，属于弹性变形阶段的破坏。 13. 金属材料的疲劳极限是指在规定循环次数下不发生断裂的（ ） A. 最大应力 B. 最小应力 C. 平均应力 D. 应力幅值 【答案】D 【解析】疲劳极限是指在规定循环次数和应力比条件下，材料不发生疲劳破坏时所能承受的最大应力幅值。因此应选D。 14. 金属材料在交变应力作用下发生的破坏称为（ ） A. 塑性变形 B. 疲劳破坏 C. 韧性断裂 D. 脆性断裂 【答案】B 【解析】疲劳破坏是金属材料在交变应力作用下，经过一定循环次数后发生的断裂现象；塑性变形是材料产生永久变形但未断裂；韧性断裂和脆性断裂是材料在静载荷下的不同断裂方式 。 15. 轴表面进行喷丸或辗轧的目的是（ ） A. 降低应力集中的敏感性 B. 使尺寸精确 C. 提高轴的耐蚀性 D. 美观 【答案】A 【解析】喷丸或辗轧可使轴表层产生塑性变形和残余压应力，改善表面状态，降低缺口处的应力集中敏感性，从而提高轴的抗疲劳能力。因此应选A。 16. 下列哪项措施不能提高材料的疲劳强度（ ） A. 表面淬火 B. 喷丸处理 C. 降低表面粗糙度 D. 增加应力集中 【答案】D 【解析】增加应力集中会使局部应力增大，促进疲劳裂纹产生，不能提高材料的疲劳强度。 二、判断题（本大题共12小题，每题2分，共24分） 17. 钢铁材料，疲劳强度是材料经受次交变载荷作用而不断裂时的最大应力。（ ） 【答案】正确 【解析】疲劳强度指金属材料经过无限多次交变载荷作用而不破坏的最大应力。用对称弯曲疲劳试验测定，实验时钢铁材料以为无限多次，有色金属以为无限多次。 18. 变应力只能由变载荷产生。（ ） 【答案】错误 【解析】变应力既可由变载荷产生，也可由旋转零件在固定载荷下产生，因此说法错误。 19. 提高表面质量可显著改善零件的疲劳寿命（ ） 【答案】正确 【解析】表面质量提高可减少表面缺口和应力集中，延缓疲劳裂纹的产生，从而改善疲劳寿命。 20. 构件的工作应力若小于许用应力，则一定不会发生破坏。（ ） 【答案】正确 【解析】许用应力是保证构件安全工作的最大允许应力，工作应力小于许用应力时，构件处于安全状态，不会破坏。 21. 交变应力作用下的疲劳破坏与静应力作用下的破坏是相同的（ ） 【答案】错误 【解析】交变应力作用下，即使零件内的最大应力远低于静载荷下的强度极限，甚至低于屈服极限，经过足够长时间或足够多次循环后，仍可能产生疲劳裂纹并发生断裂，这种破坏称为疲劳破坏。静应力作用下的破坏通常发生在应力达到材料的屈服强度或强度极限时，破坏机理和特点与疲劳破坏不同。因此题干说法错误。 22. 容易使零件产生疲劳失效的载荷是冲击载荷。 （ ） 【答案】错误 【解析】容易引起疲劳失效的主要是反复或交变载荷，冲击载荷不一定导致疲劳失效，因此说法错误。 23. 不随时间发生变化的应力称为静应力。（ ） 【答案】正确 【解析】应力大小和方向均不随时间变化时称为静应力，因此说法正确。 24. 金属零件承受低于屈服强度的交变应力时，经过足够多次循环也可能发生疲劳断裂。（ ） 【答案】正确 【解析】疲劳破坏具有应力水平低、循环次数多的特点，零件即使未达到屈服强度，也可能因长期交变载荷而断裂。 25. 零件承受大小和方向随时间作周期性变化的应力时，即使应力峰值低于材料的屈服强度，也可能因反复作用而发生疲劳破坏。（ ） 【答案】正确 【解析】交变应力反复作用会使材料内部逐渐形成并扩展疲劳裂纹。疲劳破坏通常不要求单次应力超过屈服强度，因此低于屈服强度的周期性应力也可能导致零件疲劳失效。 26. 提高零件表面粗糙度会减小应力集中，因此有利于提高零件在交变载荷下的疲劳强度。（ ） 【答案】错误 【解析】表面粗糙度增大会形成微小缺口，加剧应力集中，易促使疲劳裂纹萌生，降低交变载荷下的疲劳强度；降低粗糙度才有利于改善疲劳性能。 27. 疲劳强度是材料不发生疲劳破坏时所能承受的最大静载荷。（ ） 【答案】错误 【解析】疲劳强度针对交变或循环载荷，表示材料在规定循环次数或无限循环条件下所能承受的最大应力。 28. 在平均应力不变的条件下，增大交变应力的应力幅，通常会使金属零件的疲劳寿命延长。（ ） 【答案】错误 【解析】平均应力不变时，应力幅增大会加剧循环变形和损伤积累，通常使疲劳寿命缩短。 三、简答题（本大题共5小题，每题2分，共10分） 29. 疲劳极限。 【答案】金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。 【解析】疲劳极限是材料在规定的应力状态和循环特征下，经受无限多次循环而不发生疲劳破坏时所能承受的最大应力，通常以应力幅表示。对于对称循环弯曲，疲劳极限通常记为σ-1。题干要求解释“疲劳极限”，答案所给定义指出了无限次交变载荷、不发生破坏和最大应力三个关键要点，因此答案正确。 30. 许用应力 【答案】构件工作时允许产生的最大应力，等于材料的极限应力除以安全系数。 【解析】许用应力是构件在正常工作条件下允许承受的最大应力。按照强度条件，许用应力等于材料的极限应力除以安全系数，即［σ］=σlim/n，其中σlim为材料的极限应力，n为安全系数。安全系数越大，许用应力越小。答案对许用应力的定义及计算关系表述正确。 31. 下图为汽车上的钢板弹簧，请说明其属于哪种梁，并说明其特点。 【答案】此为变截面梁。变截面梁的截面尺寸沿长度变化，截面尺寸是按各截面的弯矩来设计的，采用变截面梁可以提高梁的抗弯强度，还可节省材料。 32. 简述交变应力的主要特征，并说明疲劳破坏与静载荷下断裂的主要区别。 【答案】（1）交变应力的大小、方向或二者之一随时间作周期性或不规则变化，通常可用最大应力、最小应力、平均应力和应力幅等参数描述。 （2）疲劳破坏是在反复应力作用下逐渐形成和扩展疲劳裂纹，最终发生断裂，断裂前通常没有明显的宏观塑性变形。 （3）静载荷下断裂主要由一次性过大的应力引起，常伴随较明显的塑性变形或瞬时断裂；疲劳断裂则与应力循环次数和应力幅密切相关。 【解析】本题要求从交变应力的变化特征和疲劳破坏机理两方面作答。区分两类断裂时，应突出静载荷断裂主要取决于瞬时应力水平，而疲劳断裂主要发生在反复应力作用下，具有逐渐积累和突发断裂的特点。 33. 一根传动轴在长期周期性扭转载荷下运行，轴肩附近出现疲劳裂纹，但设备未发生过明显的超载事故。分析该裂纹产生的主要原因，并提出三项提高该部位疲劳强度的措施。 【答案】（1）轴肩过渡处存在几何突变，容易产生应力集中；长期周期性扭转载荷使该处反复承受交变应力，促使疲劳裂纹萌生和扩展。 （2）增大轴肩圆角半径，采用平缓的截面过渡，减小应力集中。 （3）改善轴肩表面加工质量，降低表面粗糙度，避免刀痕、划伤等缺陷。 （4）采用适当的表面强化工艺，如喷丸或滚压，以提高表层抗疲劳能力；同时应合理控制工作载荷，避免超出设计疲劳强度。 【解析】疲劳裂纹不一定由一次明显超载引起，轴肩处的结构突变会造成局部应力集中，周期性扭转载荷则使裂纹逐步扩展。改进措施应围绕降低应力集中、减少表面缺陷、提高表层强度和控制交变载荷等方面提出。 四、综合应用题（本大题共3小题，共18分） 34.（4分）某智能制造生产线的机器人关节采用圆截面销轴传递摆动载荷。销轴直径为22 mm，某工作循环中截面弯矩由最大值160 N·m变化到最小值−80 N·m。材料抗拉强度为600 MPa，对称循环弯曲疲劳极限为120 MPa。按圆截面抗弯截面系数 ，并采用古德曼关系进行校核：。（1）计算销轴的最大弯曲应力、最小弯曲应力、平均应力和应力幅。（2）判断该销轴是否满足疲劳强度要求。（3）若不满足要求，写出两项改进措施。 【答案】（1）。，。，。（2），不满足疲劳强度要求。（3）适当增大销轴直径，改善圆角和表面加工质量；也可选用疲劳强度更高的材料或进行表面强化处理。 【解析】（1）先由直径计算抗弯截面系数，再用弯矩除以截面系数求应力，最后由最大、最小应力求平均应力和应力幅。（2）古德曼校核值大于1，说明疲劳强度不足。（3）应降低应力集中和应力幅，或提高材料及表面抗疲劳能力。 35.（4分）某自动冲压设备的连杆承受周期性轴向载荷，测得危险截面的最大正应力为240 MPa，最小正应力为40 MPa。连杆材料抗拉强度为700 MPa，对称循环疲劳极限为180 MPa。设备长期运行后，危险处出现加工划痕，试验表明划痕使最大应力和最小应力均放大1.35倍。（1）计算无划痕状态下的平均应力、应力幅及古德曼校核值。（2）计算存在划痕时的平均应力、应力幅及古德曼校核值，并判断两种状态的疲劳安全性。（3）针对该连杆提出两项改进措施。 【答案】（1），。校核值为，满足要求。（2）划痕状态下，，。，。校核值为，不满足要求。（3）去除划痕并提高表面加工质量，增大危险截面圆角半径，避免尖角和突然变截面；必要时进行喷丸或渗碳等表面强化处理。 【解析】（1）平均应力是最大、最小应力的平均值，应力幅是二者差值的一半。（2）划痕使两种应力同时增大，校核值由0.76升至1.02，表明应力集中导致疲劳安全性下降。（3）应重点降低应力集中并提高表面抗疲劳能力。 36.（10分）某自动化输送设备的阶梯传动轴直径为30 mm，危险截面承受随轴旋转变化的弯矩，弯矩幅值为0.45 kN·m；同时承受恒定转矩0.30 kN·m。材料抗拉强度为660 MPa，对称弯曲疲劳极限为220 MPa。按下列关系计算：弯曲应力幅，扭转切应力，等效平均应力。采用古德曼关系进行校核。若轴肩处存在疲劳应力集中系数，只放大弯曲应力幅。（1）计算无轴肩应力集中时的弯曲应力幅、等效平均应力及古德曼校核值。（2）计算考虑轴肩应力集中后的古德曼校核值，并判断危险截面是否满足疲劳强度要求。（3）从结构和工艺方面提出两项改进措施。 【答案】（1）将弯矩和转矩换算为N·mm，，。，，。校核值为，满足要求。（2）考虑应力集中后，。校核值为，不满足疲劳强度要求。（3）增大轴肩圆角半径，采用平滑过渡结构，避免截面突变；提高轴肩表面加工质量，进行磨削、滚压或喷丸强化，并合理控制装配偏心。 【解析】（1）先将单位统一，再分别计算弯曲应力幅和扭转产生的等效平均应力。（2）轴肩使弯曲应力幅放大，校核值超过1，说明应力集中处存在疲劳失效风险。（3）改进应围绕减小应力集中、降低表面缺陷和提高表面强度展开。 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 $ 四川省（对口招生）智能制造类《机械基础》45分钟专题训练卷专辑，共158份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固智能制造类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加智能制造类高考的学生。 与本专辑配套的还有四川省对口招生考试《机械制图》《金属加工与实训》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 四川省（对口招生）智能制造类 《机械基础》 项目七：直杆的基本变形 任务二：交变应力与疲劳强度 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共16小题，每题3分，共48分） 1. 下列哪种因素会提高材料的疲劳强度（ ） A. 表面粗糙度增加 B. 应力集中 C. 表面淬火 D. 材料内部缺陷 2. 增大阶梯轴圆角半径的主要目的是（ ） A. 使零件轴向定位可靠 B. 降低应力集中，提高轴的疲劳强度 C. 使轴加工方便 D. 外形美观 3. 带在工作时受到交变应力的作用，最大应力发生在（ ） A. 带进入小带轮处 B. 带离开小带轮处 C. 带进入大带轮处 D. 以上都不对 4. 轴、齿轮、弹簧等需要承受交变载荷作用的零件，在选择材料时必须考虑的性能是（ ） A. 塑性 B. 硬度 C. 强度 D. 疲劳强度 5. 测定疲劳强度时，工程上规定钢铁材料的应力循环次数取（ ） A. 1 B. 1 C. 1 D. 109 6. 金属材料的疲劳断裂通常（ ） A. 有明显塑性变形 B. 无明显塑性变形 C. 发生在屈服之后 D. 强度高于抗拉强度 7. 金属材料在交变应力作用下发生断裂的现象称为（ ） A. 塑性断裂 B. 脆性断裂 C. 疲劳断裂 D. 冲击断裂 8. 对于脆性材料（如铸铁），其许用应力通常以_____为基础确定。（ ） A. 弹性极限 B. 屈服极限 C. 强度极限 D. 比例极限 9. 金属材料在交变应力长期作用下，发生破坏的现象称为（ ） A. 弹性失效 B. 塑性失效 C. 疲劳失效 D. 冲击失效 10. 在交变应力的作用下，零件的失效形式主要是（ ） A. 塑性变形 B. 断裂 C. 疲劳断裂 D. 弹性变形 11. 作疲劳试验时，试样承受的载荷为（ ） A. 静载荷 B. 冲击载荷 C. 动载荷 D. 交变载荷 12. 金属材料的疲劳断裂通常发生在（ ） A. 弹性变形阶段 B. 塑性变形阶段 C. 断裂阶段 D. 屈服阶段 13. 金属材料的疲劳极限是指在规定循环次数下不发生断裂的（ ） A. 最大应力 B. 最小应力 C. 平均应力 D. 应力幅值 14. 金属材料在交变应力作用下发生的破坏称为（ ） A. 塑性变形 B. 疲劳破坏 C. 韧性断裂 D. 脆性断裂 15. 轴表面进行喷丸或辗轧的目的是（ ） A. 降低应力集中的敏感性 B. 使尺寸精确 C. 提高轴的耐蚀性 D. 美观 16. 下列哪项措施不能提高材料的疲劳强度（ ） A. 表面淬火 B. 喷丸处理 C. 降低表面粗糙度 D. 增加应力集中 二、判断题（本大题共12小题，每题2分，共24分） 17. 钢铁材料，疲劳强度是材料经受次交变载荷作用而不断裂时的最大应力。（ ） 18. 变应力只能由变载荷产生。（ ） 19. 提高表面质量可显著改善零件的疲劳寿命（ ） 20. 构件的工作应力若小于许用应力，则一定不会发生破坏。（ ） 21. 交变应力作用下的疲劳破坏与静应力作用下的破坏是相同的（ ） 22. 容易使零件产生疲劳失效的载荷是冲击载荷。 （ ） 23. 不随时间发生变化的应力称为静应力。（ ） 24. 金属零件承受低于屈服强度的交变应力时，经过足够多次循环也可能发生疲劳断裂。（ ） 25. 零件承受大小和方向随时间作周期性变化的应力时，即使应力峰值低于材料的屈服强度，也可能因反复作用而发生疲劳破坏。（ ） 26. 提高零件表面粗糙度会减小应力集中，因此有利于提高零件在交变载荷下的疲劳强度。（ ） 27. 疲劳强度是材料不发生疲劳破坏时所能承受的最大静载荷。（ ） 28. 在平均应力不变的条件下，增大交变应力的应力幅，通常会使金属零件的疲劳寿命延长。（ ） 三、简答题（本大题共5小题，每题2分，共10分） 29. 疲劳极限。 30. 许用应力 31. 下图为汽车上的钢板弹簧，请说明其属于哪种梁，并说明其特点。 32. 简述交变应力的主要特征，并说明疲劳破坏与静载荷下断裂的主要区别。 33. 一根传动轴在长期周期性扭转载荷下运行，轴肩附近出现疲劳裂纹，但设备未发生过明显的超载事故。分析该裂纹产生的主要原因，并提出三项提高该部位疲劳强度的措施。 四、综合应用题（本大题共3小题，共18分） 34.（4分）某智能制造生产线的机器人关节采用圆截面销轴传递摆动载荷。销轴直径为22 mm，某工作循环中截面弯矩由最大值160 N·m变化到最小值−80 N·m。材料抗拉强度为600 MPa，对称循环弯曲疲劳极限为120 MPa。按圆截面抗弯截面系数 ，并采用古德曼关系进行校核：。（1）计算销轴的最大弯曲应力、最小弯曲应力、平均应力和应力幅。（2）判断该销轴是否满足疲劳强度要求。（3）若不满足要求，写出两项改进措施。 35.（4分）某自动冲压设备的连杆承受周期性轴向载荷，测得危险截面的最大正应力为240 MPa，最小正应力为40 MPa。连杆材料抗拉强度为700 MPa，对称循环疲劳极限为180 MPa。设备长期运行后，危险处出现加工划痕，试验表明划痕使最大应力和最小应力均放大1.35倍。（1）计算无划痕状态下的平均应力、应力幅及古德曼校核值。（2）计算存在划痕时的平均应力、应力幅及古德曼校核值，并判断两种状态的疲劳安全性。（3）针对该连杆提出两项改进措施。 36.（10分）某自动化输送设备的阶梯传动轴直径为30 mm，危险截面承受随轴旋转变化的弯矩，弯矩幅值为0.45 kN·m；同时承受恒定转矩0.30 kN·m。材料抗拉强度为660 MPa，对称弯曲疲劳极限为220 MPa。按下列关系计算：弯曲应力幅，扭转切应力，等效平均应力。采用古德曼关系进行校核。若轴肩处存在疲劳应力集中系数，只放大弯曲应力幅。（1）计算无轴肩应力集中时的弯曲应力幅、等效平均应力及古德曼校核值。（2）计算考虑轴肩应力集中后的古德曼校核值，并判断危险截面是否满足疲劳强度要求。（3）从结构和工艺方面提出两项改进措施。 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 $