山东省（春季高考）机电技术类 《机械基础》项目八任务二 45分钟专题训练卷

山东省（春季高考）机电技术类《机械基础》45分钟专题训练卷专辑，共208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机电技术类理论知识，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机电技术类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《机械制图》《液压与气压传动》《金属加工基础》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）机电技术类 《机械基础》 项目八：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20小题，每题2分，共40分） 1. 受轴向载荷的紧螺栓连接，当螺栓总拉力 F0 和残余预紧力 F1 不变，减小螺栓刚度 Cb 或增大被连接件刚度 Cm 时，螺栓的疲劳强度（ ） A. 提高 B. 降低 C. 不变 D. 可能提高也可能降低 【答案】A 【解析】减小螺栓刚度 Cb 或增大被连接件刚度 Cm 会使螺栓的应力幅减小，从而提高螺栓的疲劳强度。 2. 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】轴、齿轮、弹簧等零件在交变载荷作用下易发生疲劳破坏，选材时应重点考虑材料的疲劳强度，因此选D。 3. 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】疲劳试验用于研究材料在反复变化应力作用下的疲劳性能，试样必须承受随时间周期性变化的交变载荷。静载荷和冲击载荷均不能反映材料在反复加载条件下的疲劳特性，因此选D。 4. 做疲劳强度试验时，试样承受的载荷为（ ） A. 静载荷 B. 冲击载荷 C. 交变载荷 D. 以上都不正确 【答案】C 【解析】疲劳强度试验用于研究材料在反复变化载荷作用下的抗疲劳能力，试样承受的是交变载荷，因此选C。 5. 机械零件在大小和方向均随时间作周期性变化的应力作用下，经过较多循环后发生断裂的现象称为（ ） A. 疲劳破坏 B. 塑性变形 C. 静力断裂 D. 冲击破坏 【答案】A 【解析】零件在交变应力反复作用下，即使工作应力低于材料屈服强度，也可能因疲劳裂纹逐步扩展而发生疲劳破坏。 6. 一根旋转轴承受大小恒定的横向载荷，轴表面某一点在旋转过程中产生的弯曲应力属于（ ） A. 静应力 B. 脉动循环应力 C. 对称循环应力 D. 随机变化应力 【答案】C 【解析】旋转轴表面某一点的弯曲应力随轴转动在拉应力和压应力之间等值交替变化，平均应力为零，属于对称循环应力。 7. 提高承受交变载荷零件疲劳强度的结构措施是（ ） A. 在轴肩处设置尖锐过渡 B. 在键槽端部加工直角棱边 C. 在截面突变处采用圆角过渡 D. 在表面保留明显加工刀痕 【答案】C 【解析】圆角过渡能够减小截面突变处的应力集中，降低疲劳裂纹萌生的可能性，从而提高零件的疲劳强度。 8. 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】零件在交变应力长期作用下，即使应力低于屈服强度，也可能在局部裂纹扩展后突然断裂，主要失效形式为疲劳断裂，因此选C。 9. 在机械零件的失效中，大约有80%以上是属于_______破坏。（ ） A. 拉断 B. 剪切 C. 弯曲 D. 疲劳 【答案】D 【解析】机械零件在交变载荷作用下容易产生疲劳裂纹，裂纹逐渐扩展后会导致疲劳断裂。据统计，机械零件失效中80%以上属于疲劳破坏。已换位后，“疲劳”对应选项D，因此选D。 10. 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。 11. 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】阶梯轴过渡处的圆角半径增大，可减小截面突变引起的应力集中，从而提高轴的疲劳强度，因此选B。 12. 在进行材料的疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的（ ） A. 屈服点 B. 疲劳极限 C. 强度极限 D. 弹性极限 【答案】B 【解析】疲劳强度计算考察材料抵抗交变应力破坏的能力，应采用材料在规定循环次数下不发生疲劳断裂的疲劳极限作为极限应力，因此选B。 13. 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】表面淬火可提高表面硬度，并在表层形成有利的残余压应力，从而提高材料的疲劳强度。表面粗糙度增加、应力集中和内部缺陷都会降低疲劳强度，因此选C。 14. 轴表面进行喷丸或辗轧的目的是（ ） A. 使尺寸精确 B. 降低应力集中的敏感性 C. 提高轴的耐蚀性 D. 美观 【答案】B 【解析】喷丸或辗轧可使轴表面产生残余压应力，减弱表面缺陷和应力集中对疲劳强度的不利影响，提高轴的抗疲劳能力，因此选B。 15. 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】表面淬火可提高材料表面硬度并改善疲劳强度；喷丸处理可在表面形成残余压应力；降低表面粗糙度可减少表面缺陷和疲劳裂纹源，均有利于提高疲劳强度。增加应力集中会使局部应力增大，易产生疲劳裂纹，从而降低疲劳强度，因此选D。 16. 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】疲劳断裂通常在交变应力低于材料屈服强度时发生，零件整体仍处于弹性变形阶段，因此选A。 17. 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】A 【解析】疲劳极限是指材料在交变应力作用下，经受规定循环次数（一般指无限次）应力循环而不发生疲劳破坏时所能承受的最大应力值，用σ-1表示，通常由对称循环疲劳试验测定（此时平均应力为零，最大应力与应力幅数值相等）。定义中强调的是材料能承受的“最大应力”，在非对称循环下最大应力与应力幅并不相等，因此本题应选A（最大应力），D（应力幅值）仅为对称循环下的特例，不能作为通用答案。 18. 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】工程上测定钢铁材料疲劳强度时，通常规定应力循环次数为1次，以此作为判断是否发生疲劳断裂的基准，因此选B。 19. 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】金属材料在交变应力作用下，经过一定循环次数后发生裂纹萌生、扩展并最终断裂的破坏现象称为疲劳破坏。塑性变形是材料产生永久变形，并不等同于断裂；韧性断裂和脆性断裂是按断裂特征划分的断裂形式。因此选B。 20. 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. 冲击断裂 D. 疲劳断裂 【答案】D 【解析】金属材料在交变应力反复作用下，可能在局部形成疲劳裂纹；裂纹逐步扩展至剩余截面不足以承载时发生断裂，该现象称为疲劳断裂。因此选D。 二、计算题（本大题共5小题，每题4分，共20分） 21. 某传动轴危险截面上的循环正应力最大值为140 MPa，最小值为40 MPa。求：（1）该循环应力的平均应力；（2）应力幅；（3）应力比。 【答案】（1）平均应力为90 MPa。 （2）应力幅为50 MPa。 （3）应力比为0.286。 【解析】（1）平均应力为最大应力与最小应力之和的一半，即(140+40)/2，结果为90 MPa。 （2）应力幅为最大应力与最小应力之差的一半，即(140-40)/2，结果为50 MPa。 （3）应力比为最小应力除以最大应力，即40/140，结果约为0.286。 22. 一根转轴以600 r/min的转速连续工作，每转一周，轴表面危险点完成一个应力循环。求该转轴工作8 h时，该危险点承受的应力循环次数。 【答案】该危险点承受的应力循环次数为288000次。 【解析】转轴工作8 h的时间为480 min。每转一周产生一个应力循环，因此循环次数为600×480，结果为288000次。 23. 某带圆角过渡的阶梯轴，在交变弯曲载荷下的名义应力幅为72 MPa。该部位的理论应力集中系数为1.4，材料在该工况下的疲劳极限为110 MPa。求：（1）危险部位的实际应力幅；（2）该轴按疲劳极限计算的安全系数；（3）判断该部位是否满足安全系数不低于1.2的要求。 【答案】（1）实际应力幅为100.8 MPa。 （2）安全系数约为1.09。 （3）不满足安全系数不低于1.2的要求。 【解析】（1）实际应力幅为名义应力幅乘以理论应力集中系数，即72×1.4，结果为100.8 MPa。 （2）安全系数为疲劳极限除以实际应力幅，即110除以100.8，结果约为1.09。 （3）计算得到的安全系数小于1.2，因此该部位的疲劳强度不足。 24. 某零件在对称循环应力下工作，其疲劳极限为180 MPa。实际交变应力的应力幅为120 MPa。求：（1）该零件的疲劳安全系数；（2）若设计要求疲劳安全系数不低于1.5，判断该零件是否满足要求；（3）在保持材料不变的条件下，实际应力幅最大应控制为多少。 【答案】（1）疲劳安全系数为1.5。 （2）该零件满足设计要求。 （3）实际应力幅最大应控制为120 MPa。 【解析】（1）对称循环应力下，疲劳安全系数为疲劳极限除以实际应力幅，即180除以120，结果为1.5。 （2）计算值等于规定的最小安全系数，因此满足要求。 （3）当安全系数取1.5时，允许应力幅为180除以1.5，结果为120 MPa。 25. 某传动轴在交变弯曲载荷下工作，测得危险截面的最大应力为 180 MPa，最小应力为 −60 MPa。该材料的对称循环疲劳极限为 160 MPa，抗拉强度为 480 MPa。采用 Goodman 关系式：求：（1）该轴的应力幅和平均应力。（2）按 Goodman 关系式计算疲劳安全系数。（3）若设计要求疲劳安全系数不低于 1.20，求载荷最多可增大到原载荷的多少倍，并说明是否允许将载荷提高 10%。 【答案】（1）。。（2）。。（3）设载荷增大倍数为 ，则 。。载荷最多为原载荷的 0.952 倍，需降低约 4.8%；载荷提高 10% 后不满足安全系数要求。 【解析】（1）应力幅为：。平均应力为：。 （2）按Goodman关系式：。代入数据得：，故。 （3）在载荷线性增大时，应力幅和平均应力均按同一倍率增大。设计要求，则。因此。载荷最多为原载荷的倍，即需降低约；载荷提高时不满足疲劳安全系数不低于的要求。 三、综合应用题（本大题共6小题，共40分） 26.（5分）某车间传动轴在运转中承受交变弯曲载荷。已知轴的最大弯矩为 ，轴径为 ，材料的许用疲劳应力为 。按圆轴弯曲应力公式 计算。（1）计算该传动轴的最大弯曲应力。（2）判断该传动轴在交变载荷下是否满足疲劳强度要求。（3）若弯矩不变，计算轴径至少应增大到多少毫米，并说明一种提高疲劳强度的措施。 【答案】（1） 。（2）不满足要求。最大弯曲应力 大于许用疲劳应力 。（3） ，轴径应取不小于 。可采用表面淬火或减小轴肩圆角处应力集中。 【解析】（1）按圆轴弯曲应力公式： 。 （2）按题目给定的许用疲劳应力与最大弯曲应力直接比较：，故不满足疲劳强度要求。 （3）弯矩不变时，令弯曲应力不超过许用疲劳应力： 。因此轴径应取不小于。还可采用表面淬火等表面强化措施，或增大轴肩圆角半径以减小应力集中，提高疲劳强度。 27.（5分）某传动轴在运转中承受对称循环弯矩，弯矩在 与 之间交变。传动轴危险截面直径为 ，材料的对称循环弯曲疲劳强度为 。已知圆轴弯曲应力计算公式为 。（1）计算该危险截面的弯曲应力幅值。（2）判断该传动轴在不考虑应力集中的条件下，是否满足疲劳强度要求。（3）若轴肩处存在明显台阶，说明提高该部位疲劳强度的两项措施。 【答案】（1）。 。该危险截面的弯曲应力幅值为 。（2），在不考虑应力集中的条件下满足疲劳强度要求。（3）增大轴肩圆角半径，减小截面突变引起的应力集中。对轴肩表面进行磨削、滚压等强化处理，提高表面质量和疲劳强度。 【解析】（1）弯矩幅值为。由于为对称循环，平均弯矩和平均应力均为零，应力幅值等于最大弯曲应力： 。 （2）材料的对称循环弯曲疲劳强度为。因，所以在不考虑应力集中的条件下满足疲劳强度要求。 （3）轴肩台阶会产生应力集中。可增大轴肩圆角半径，减小截面突变；还可对轴肩表面进行磨削、滚压或喷丸等处理，以改善表面质量或形成残余压应力，提高疲劳强度。 28.（5分）某机床主轴危险截面承受恒定弯矩120000 N·mm，并以较高转速旋转。该截面直径为20 mm，材料在对称循环弯曲条件下的疲劳极限为180 MPa。已知圆截面弯曲正应力计算式为σ=32M/(π)。 （1）计算该危险截面的弯曲应力幅，并说明该处属于何种循环应力。 （2）计算主轴的疲劳安全系数。若设计要求安全系数不低于1.5，判断该主轴是否满足要求。 （3）在不更换材料的条件下，写出两项提高该危险截面疲劳强度的措施。 【答案】（1）弯曲应力幅为32×120000/(π×203)，结果约为152.8 MPa。主轴旋转时，截面表面同一点的弯曲应力在拉应力和压应力之间交替变化，属于对称循环应力。 （2）疲劳安全系数为180/152.8，结果约为1.18。该数值小于1.5，主轴不满足设计要求。 （3）增大轴肩圆角半径，减小应力集中；提高危险截面的表面质量或采用表面强化处理，降低疲劳裂纹萌生的可能性。 【解析】（1）旋转主轴在恒定横向载荷作用下，表面危险点的弯曲应力方向随转动不断改变，应按对称循环应力进行疲劳计算。 （2）疲劳安全系数由疲劳极限与实际应力幅的比值确定，计算结果低于规定值，说明存在疲劳破坏风险。 （3）疲劳裂纹通常从应力集中区和表面缺陷处萌生，改善结构过渡和表面状态可以提高疲劳强度。 29.（5分）某自动送料设备的拉杆在每个工作循环中承受轴向拉力，拉力由 增至 后再降回 。拉杆直径为 。经试验确定，在该平均应力条件下，拉杆材料允许的应力幅值为 ，其抗拉强度为 。（1）计算拉杆横截面积、最大应力和最小应力。（2）计算拉杆的平均应力和应力幅值，并判断其是否满足疲劳强度要求。（3）最大应力小于抗拉强度时，拉杆仍可能发生疲劳断裂。说明其主要原因，并提出一项改进措施。 【答案】（1）横截面积为：。最大应力为：。最小应力为：。（2）平均应力为： 。应力幅值为： 。，不满足疲劳强度要求。（3）交变应力会使材料内部逐渐产生疲劳裂纹，裂纹扩展后可能导致突然断裂。可适当增大拉杆直径，降低工作应力幅值。 【解析】（1）拉杆横截面积为：。最大拉力为，最小拉力为。因此，。 （2）平均应力为： 。应力幅值为： 。该平均应力条件下允许应力幅值为，因，故不满足疲劳强度要求。 （3）抗拉强度反映材料承受静载荷时的强度，而拉杆承受的是反复变化的轴向载荷。交变应力会使局部缺陷处萌生疲劳裂纹，裂纹逐步扩展后可导致突然断裂。可增大拉杆直径以降低工作应力幅值。 30.（10分）某连接螺栓在设备启停过程中承受轴向交变载荷，最大轴向力为18 kN，最小轴向力为6 kN，螺栓危险截面面积为113.1 mm2。该材料的对称循环疲劳极限为160 MPa，抗拉强度为480 MPa。按简化疲劳校核式，疲劳利用系数为应力幅除以160 MPa与平均应力除以480 MPa之和，安全系数为疲劳利用系数的倒数。 （1）计算该螺栓危险截面的最大应力、最小应力、平均应力和应力幅。 （2）计算疲劳安全系数。若设计要求疲劳安全系数不低于1.5，判断该螺栓是否满足要求。 （3）说明在检修和制造中可采取的两项措施，以降低螺栓发生疲劳断裂的风险。 【答案】（1）最大应力为18000/113.1，结果约为159.2 MPa。最小应力为6000/113.1，结果约为53.1 MPa。平均应力为(159.2+53.1)/2，结果约为106.2 MPa。应力幅为(159.2-53.1)/2，结果约为53.1 MPa。 （2）疲劳利用系数为53.1/160+106.2/480，结果约为0.55。疲劳安全系数约为1/0.55，结果约为1.81。该数值大于1.5，螺栓满足设计要求。 （3）装配时按规定扭矩拧紧，使预紧力稳定；检查并修复螺纹表面损伤，避免螺纹根部形成明显应力集中。 【解析】（1）轴向载荷除以危险截面面积可分别得到最大应力和最小应力，再据此求得平均应力与应力幅。 （2）该螺栓同时存在平均应力和交变应力，应采用简化疲劳校核式综合评价，不能只按最大应力进行判断。 （3）螺纹根部和表面缺陷易成为疲劳裂纹源，保证合理预紧和良好表面状态有助于提高螺栓的抗疲劳能力。 31.（10分）某冲压设备的连接销反复承受轴向拉力，最小拉力为 ，最大拉力为 。连接销直径为 。现有甲、乙两种材料可供选用，在该平均应力条件下，甲材料允许应力幅值为 ，抗拉强度为 ；乙材料允许应力幅值为 ，抗拉强度为 。（1）计算连接销的最大应力、最小应力和应力幅值。（2）分别判断甲、乙两种材料是否满足该连接销的疲劳强度要求，并选择合适的材料。（3）说明选择连接销材料时，不能只依据抗拉强度的原因。 【答案】（1）连接销横截面积为：。最大应力为：。最小应力为：。应力幅值为： 。（2）甲材料中，，满足疲劳强度要求。乙材料中，，不满足疲劳强度要求。应选择甲材料。（3）抗拉强度主要反映材料抵抗静载拉断的能力，不能直接反映其承受交变载荷时的抗疲劳能力。连接销承受反复载荷，应优先校核疲劳强度。 【解析】。，，。甲材料，满足疲劳强度；乙材料，不满足，选甲。抗拉强度反映静载抗断能力，交变载荷还须按疲劳强度校核。 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 $ 山东省（春季高考）机电技术类《机械基础》45分钟专题训练卷专辑，共208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机电技术类理论知识，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机电技术类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《机械制图》《液压与气压传动》《金属加工基础》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）机电技术类 《机械基础》 项目八：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20小题，每题2分，共40分） 1. 受轴向载荷的紧螺栓连接，当螺栓总拉力 F0 和残余预紧力 F1 不变，减小螺栓刚度 Cb 或增大被连接件刚度 Cm 时，螺栓的疲劳强度（ ） A. 提高 B. 降低 C. 不变 D. 可能提高也可能降低 2. 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 3. 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 4. 做疲劳强度试验时，试样承受的载荷为（ ） A. 静载荷 B. 冲击载荷 C. 交变载荷 D. 以上都不正确 5. 机械零件在大小和方向均随时间作周期性变化的应力作用下，经过较多循环后发生断裂的现象称为（ ） A. 疲劳破坏 B. 塑性变形 C. 静力断裂 D. 冲击破坏 6. 一根旋转轴承受大小恒定的横向载荷，轴表面某一点在旋转过程中产生的弯曲应力属于（ ） A. 静应力 B. 脉动循环应力 C. 对称循环应力 D. 随机变化应力 7. 提高承受交变载荷零件疲劳强度的结构措施是（ ） A. 在轴肩处设置尖锐过渡 B. 在键槽端部加工直角棱边 C. 在截面突变处采用圆角过渡 D. 在表面保留明显加工刀痕 8. 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 9. 在机械零件的失效中，大约有80%以上是属于_______破坏。（ ） A. 拉断 B. 剪切 C. 弯曲 D. 疲劳 10. 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 11. 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 12. 在进行材料的疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的（ ） A. 屈服点 B. 疲劳极限 C. 强度极限 D. 弹性极限 13. 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 14. 轴表面进行喷丸或辗轧的目的是（ ） A. 使尺寸精确 B. 降低应力集中的敏感性 C. 提高轴的耐蚀性 D. 美观 15. 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 16. 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 17. 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 18. 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 19. 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 20. 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. 冲击断裂 D. 疲劳断裂 二、计算题（本大题共5小题，每题4分，共20分） 21. 某传动轴危险截面上的循环正应力最大值为140 MPa，最小值为40 MPa。求：（1）该循环应力的平均应力；（2）应力幅；（3）应力比。 22. 一根转轴以600 r/min的转速连续工作，每转一周，轴表面危险点完成一个应力循环。求该转轴工作8 h时，该危险点承受的应力循环次数。 23. 某带圆角过渡的阶梯轴，在交变弯曲载荷下的名义应力幅为72 MPa。该部位的理论应力集中系数为1.4，材料在该工况下的疲劳极限为110 MPa。求：（1）危险部位的实际应力幅；（2）该轴按疲劳极限计算的安全系数；（3）判断该部位是否满足安全系数不低于1.2的要求。 24. 某零件在对称循环应力下工作，其疲劳极限为180 MPa。实际交变应力的应力幅为120 MPa。求：（1）该零件的疲劳安全系数；（2）若设计要求疲劳安全系数不低于1.5，判断该零件是否满足要求；（3）在保持材料不变的条件下，实际应力幅最大应控制为多少。 25. 某传动轴在交变弯曲载荷下工作，测得危险截面的最大应力为 180 MPa，最小应力为 −60 MPa。该材料的对称循环疲劳极限为 160 MPa，抗拉强度为 480 MPa。采用 Goodman 关系式：求：（1）该轴的应力幅和平均应力。（2）按 Goodman 关系式计算疲劳安全系数。（3）若设计要求疲劳安全系数不低于 1.20，求载荷最多可增大到原载荷的多少倍，并说明是否允许将载荷提高 10%。 三、综合应用题（本大题共6小题，共40分） 26.（5分）某车间传动轴在运转中承受交变弯曲载荷。已知轴的最大弯矩为 ，轴径为 ，材料的许用疲劳应力为 。按圆轴弯曲应力公式 计算。（1）计算该传动轴的最大弯曲应力。（2）判断该传动轴在交变载荷下是否满足疲劳强度要求。（3）若弯矩不变，计算轴径至少应增大到多少毫米，并说明一种提高疲劳强度的措施。 27.（5分）某传动轴在运转中承受对称循环弯矩，弯矩在 与 之间交变。传动轴危险截面直径为 ，材料的对称循环弯曲疲劳强度为 。已知圆轴弯曲应力计算公式为 。（1）计算该危险截面的弯曲应力幅值。（2）判断该传动轴在不考虑应力集中的条件下，是否满足疲劳强度要求。（3）若轴肩处存在明显台阶，说明提高该部位疲劳强度的两项措施。 28.（5分）某机床主轴危险截面承受恒定弯矩120000 N·mm，并以较高转速旋转。该截面直径为20 mm，材料在对称循环弯曲条件下的疲劳极限为180 MPa。已知圆截面弯曲正应力计算式为σ=32M/(π)。 （1）计算该危险截面的弯曲应力幅，并说明该处属于何种循环应力。 （2）计算主轴的疲劳安全系数。若设计要求安全系数不低于1.5，判断该主轴是否满足要求。 （3）在不更换材料的条件下，写出两项提高该危险截面疲劳强度的措施。 29.（5分）某自动送料设备的拉杆在每个工作循环中承受轴向拉力，拉力由 增至 后再降回 。拉杆直径为 。经试验确定，在该平均应力条件下，拉杆材料允许的应力幅值为 ，其抗拉强度为 。（1）计算拉杆横截面积、最大应力和最小应力。（2）计算拉杆的平均应力和应力幅值，并判断其是否满足疲劳强度要求。（3）最大应力小于抗拉强度时，拉杆仍可能发生疲劳断裂。说明其主要原因，并提出一项改进措施。 30.（10分）某连接螺栓在设备启停过程中承受轴向交变载荷，最大轴向力为18 kN，最小轴向力为6 kN，螺栓危险截面面积为113.1 mm2。该材料的对称循环疲劳极限为160 MPa，抗拉强度为480 MPa。按简化疲劳校核式，疲劳利用系数为应力幅除以160 MPa与平均应力除以480 MPa之和，安全系数为疲劳利用系数的倒数。 （1）计算该螺栓危险截面的最大应力、最小应力、平均应力和应力幅。 （2）计算疲劳安全系数。若设计要求疲劳安全系数不低于1.5，判断该螺栓是否满足要求。 （3）说明在检修和制造中可采取的两项措施，以降低螺栓发生疲劳断裂的风险。 31.（10分）某冲压设备的连接销反复承受轴向拉力，最小拉力为 ，最大拉力为 。连接销直径为 。现有甲、乙两种材料可供选用，在该平均应力条件下，甲材料允许应力幅值为 ，抗拉强度为 ；乙材料允许应力幅值为 ，抗拉强度为 。（1）计算连接销的最大应力、最小应力和应力幅值。（2）分别判断甲、乙两种材料是否满足该连接销的疲劳强度要求，并选择合适的材料。（3）说明选择连接销材料时，不能只依据抗拉强度的原因。 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 $