1、考研机械设计-11 及答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、填空题(总题数：25，分数：50.00)1.钢的强度极限愈高，对 1 愈敏感；表面愈粗糙， 2 愈低。 （分数：2.00）2.零件在规律性非稳定变应力作用下，总寿命损伤率 （分数：2.00）3.非稳定变应力零件的疲劳强度计算中的等效应力 v 通常取等于 1 的应力。 （分数：2.00）4.按摩擦状态不同，摩擦可分为 1、 2、 3 及 4。 （分数：2.00）5.机械零件的磨损过程一般分为 1、 2 及 3 三个阶段。 （分数：2.00）6.按建立压力油膜的原理不同，流体润滑主要有 1、 2 及 3 三种类型。 （分
2、数：2.00）7.获得流体动压油膜的必要条件是 1、 2 及 3。 （分数：2.00）8.在 1 润滑状态下，磨损可以避免，而在 2 及 3 润滑状态下，磨损则不可避免。 （分数：2.00）9.磨损按破坏机理不同，可分为 1、 2、 3 及 4 四种基本类型。 （分数：2.00）10.弹性流体动力润滑计算是在流体动力润滑基础上又计入的主要因素有 1 及 2。 （分数：2.00）11.工业用润滑油的黏度主要受 1 及 2 的影响。 （分数：2.00）12.工业用润滑油的黏度因 1 而降低；在一定压强下，又因 2 而提高。 （分数：2.00）13.润滑油的黏度是度量液体 1 的物理量。 （分数：2
3、.00）14.流体的黏性定律是 1。 （分数：2.00）15.黏度指数越大的油，其黏度受 1 变化越小。 （分数：2.00）16.在 1 摩擦部位及 2 工况下，宜选用黏度较低的油；在 3 摩擦部位及 4 工况下，宜选用黏度较高的油。（分数：2.00）17.选择滑动轴承润滑用油时，对液体摩擦轴承主要考虑油的 1；对非液体摩擦轴承主要考虑油的 2。 （分数：2.00）18.边界摩擦润滑时，可能形成的边界膜有 1、 2 及 3 三种。 （分数：2.00）19.边界润滑中，物理吸附膜适宜于 1 工况下工作；化学吸附膜适宜于 2 工况下工作；化学反应膜适宜于 3 工况下工作。 （分数：2.00）20.
4、润滑剂中加进添加剂的作用是 1；常用的添加剂有 2、 3 及 4。(列举三种) （分数：2.00）21.对于金属材料的干摩擦理论，目前较普遍采用的是 1 理论。 （分数：2.00）22.根据简单黏着理论，当结点材料的剪切强度极限为 b 、压缩屈服极限为 sc 的金属处于干摩擦状态时的摩擦力 F 为 1，摩擦系数 = 2。 （分数：2.00）23.两滑动表面所处的润滑状态，可近似按参数 1 进行判断。该参数的表达式为 2。 （分数：2.00）24.润滑油的动力黏度与运动黏度间的关系式为 1，其量纲分别为 2 及 3。 （分数：2.00）25.根据膜厚比 的大小可大致估计两接触表面间的润滑状态，当
5、 为 1 时，为流体润滑状态；当 为 2 时，为混合润滑状态；当 为 3 时，为边界润滑状态。 （分数：2.00）二、分析计算题(总题数：9，分数：50.00)26.何谓产品的可靠度 R t ?若有一批零件的件数为 N，在预定的时间内，有 N f 个零件随机失效，剩下 N t 个零件仍能继续工作，则此零件的可靠度 R t =?失效概率 P=? （分数：5.00）_一单向旋转的传动轴，材料为中碳钢， -1 =230MPa， s =390MPa， =0.05，现知该轴某危险剖面处的直径 d=50mm，该剖面处的疲劳强度综合影响系数 （分数：8.00）(1).试求此时该轴能传递的最大功率 P(kW)
6、；（分数：4.00）_(2).在 m - a 极限应力图上表示此时的应力状况。（分数：4.00）_27.在下图示零件的极限应力图中，零件的工作应力位于点 M，若最小应力值 min =常数(即 min =c)，求对应于点 M 的零件极限应力 max 。 （分数：5.00）_28.一塑性材料试件，已知其 b =700MPa， s =500MPa， -1 =200MPa， 0 =400MPa，试利用下图中给出的已知数据绘制其简化极限应力图，并分别标出安全区、疲劳区和塑性区。 （分数：6.00）_已知某一合金钢的 -1 =370MPa， s =880MPa， 0 =625MPa。（分数：6.00）(1
7、).试绘制(按比例)此材料试件的 m - a 简化极限应力图；（分数：3.00）_(2).设此试件受 max =300MPa、 min =-120MPa 的变应力作用，试用所绘制的极限应力图，求出该试件在这种情况下的极限应力 r 。（分数：3.00）_29.某气缸用螺栓连接，气缸工作压力在 0Q 间变化，使螺栓的轴向工作载荷在 0F 间变化(见下图)。 （分数：5.00）_30.试说明等效系数 的物理意义，并由材料的简化 m -a 极限应力图说明 的几何意义。 （分数：5.00）_31.已知材料的力学性能 -1 =350MPa，m9，N 0 510 6 ，用此材料作试件，进行对称循环疲劳试验，
8、依次加载应力和循环次数如下： (1) 1 550MPa，N 1 10 4 ； (2) 2 450MPa，N 2 10 5 ； (3) 3 400MPa。 试求还要经过多少次循环，该试件才能被破坏? （分数：5.00）_32.下图所示为直动滚子从动件盘形凸轮。已知从动件与凸轮在点 A 处接触，从动件作用力 F=10kN，点 A处压力角 =28，曲率半径 R=60mm，滚子半径 r r =10mm，滚子宽度 b T =16mm，凸轮宽度 B=15mm，两者材料均为合金钢，E 1 =E 2 =2.110 5 MPa，许用接触应力 H =2000MPa，试校核凸轮在接触点 A处的接触疲劳强度(摩擦忽略
9、不计)。 （分数：5.00）_考研机械设计-11 答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、填空题(总题数：25，分数：50.00)1.钢的强度极限愈高，对 1 愈敏感；表面愈粗糙， 2 愈低。 （分数：2.00）解析：应力集中；表面状态系数 2.零件在规律性非稳定变应力作用下，总寿命损伤率 （分数：2.00）解析：理论3.非稳定变应力零件的疲劳强度计算中的等效应力 v 通常取等于 1 的应力。 （分数：2.00）解析：非稳定变应力中作用时间最长的和(或)起主要作用的4.按摩擦状态不同，摩擦可分为 1、 2、 3 及 4。 （分数：2.00）解析：干摩擦；边界摩擦；流体摩擦；混合
10、摩擦5.机械零件的磨损过程一般分为 1、 2 及 3 三个阶段。 （分数：2.00）解析：跑合磨损；稳定磨损；剧烈磨损6.按建立压力油膜的原理不同，流体润滑主要有 1、 2 及 3 三种类型。 （分数：2.00）解析：流体静力润滑；流体动力润滑；弹性流体动力润滑7.获得流体动压油膜的必要条件是 1、 2 及 3。 （分数：2.00）解析：两滑动表面间必须具有收敛状的楔形油楔；移动件必须有足够的相对速度，且其速度方向应使润滑油从楔形大口流入，从小口流出；油具有一定的黏度，且供油充分8.在 1 润滑状态下，磨损可以避免，而在 2 及 3 润滑状态下，磨损则不可避免。 （分数：2.00）解析：流体；
11、边界；混合9.磨损按破坏机理不同，可分为 1、 2、 3 及 4 四种基本类型。 （分数：2.00）解析：黏着磨损；磨粒磨损；表面疲劳磨损；腐蚀磨损10.弹性流体动力润滑计算是在流体动力润滑基础上又计入的主要因素有 1 及 2。 （分数：2.00）解析：弹性变形；压力对黏度的影响11.工业用润滑油的黏度主要受 1 及 2 的影响。 （分数：2.00）解析：温度；压力12.工业用润滑油的黏度因 1 而降低；在一定压强下，又因 2 而提高。 （分数：2.00）解析：温度升高；压力增加13.润滑油的黏度是度量液体 1 的物理量。 （分数：2.00）解析：内摩擦大小14.流体的黏性定律是 1。 （分数
12、：2.00）解析：流体作层流运动时，油层的切应力 与其速度梯度成正比15.黏度指数越大的油，其黏度受 1 变化越小。 （分数：2.00）解析：温度16.在 1 摩擦部位及 2 工况下，宜选用黏度较低的油；在 3 摩擦部位及 4 工况下，宜选用黏度较高的油。（分数：2.00）解析：高速运转或载荷较小；低温；低速运转或载荷较大；较高温度17.选择滑动轴承润滑用油时，对液体摩擦轴承主要考虑油的 1；对非液体摩擦轴承主要考虑油的 2。 （分数：2.00）解析：黏性(黏度)；油性18.边界摩擦润滑时，可能形成的边界膜有 1、 2 及 3 三种。 （分数：2.00）解析：物理吸附；化学吸附；化学反应19.
13、边界润滑中，物理吸附膜适宜于 1 工况下工作；化学吸附膜适宜于 2 工况下工作；化学反应膜适宜于 3 工况下工作。 （分数：2.00）解析：常温、轻载及低速；中等载荷、中等速度及中等温度；重载、高速及高温20.润滑剂中加进添加剂的作用是 1；常用的添加剂有 2、 3 及 4。(列举三种) （分数：2.00）解析：改善炼制润滑剂的润滑性能，提高油的品质；极压添加剂；油性添加剂；黏度指数添加剂；耐蚀添加剂21.对于金属材料的干摩擦理论，目前较普遍采用的是 1 理论。 （分数：2.00）解析：黏着(黏附)22.根据简单黏着理论，当结点材料的剪切强度极限为 b 、压缩屈服极限为 sc 的金属处于干摩擦
14、状态时的摩擦力 F 为 1，摩擦系数 = 2。 （分数：2.00）解析：A r B (A r 为真实接触面积)； B / sc23.两滑动表面所处的润滑状态，可近似按参数 1 进行判断。该参数的表达式为 2。 （分数：2.00）解析：膜厚比 ；24.润滑油的动力黏度与运动黏度间的关系式为 1，其量纲分别为 2 及 3。 （分数：2.00）解析：=v( 为液体密度)；Pas；m 2 /s25.根据膜厚比 的大小可大致估计两接触表面间的润滑状态，当 为 1 时，为流体润滑状态；当 为 2 时，为混合润滑状态；当 为 3 时，为边界润滑状态。 （分数：2.00）解析：3；13；1二、分析计算题(总题
15、数：9，分数：50.00)26.何谓产品的可靠度 R t ?若有一批零件的件数为 N，在预定的时间内，有 N f 个零件随机失效，剩下 N t 个零件仍能继续工作，则此零件的可靠度 R t =?失效概率 P=? （分数：5.00）_正确答案：()解析：解题要点： (1)产品的可靠度是指产品在规定的工作条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率； (2)可靠度 一单向旋转的传动轴，材料为中碳钢， -1 =230MPa， s =390MPa， =0.05，现知该轴某危险剖面处的直径 d=50mm，该剖面处的疲劳强度综合影响系数 （分数：8.00）(1).试求此时该轴能传递的最大功率 P(kW)；（分
16、数：4.00）_正确答案：()解析：解题要点： 求传递的最大功率 P 由式 并根据题意：单向回转，该轴受脉动循环变应力，则有 ，代入上式得 代入 K 、 及 -1 值，解得 又由 代入 、n、d 值，求得 (2).在 m - a 极限应力图上表示此时的应力状况。（分数：4.00）_正确答案：()解析：根据公式 得 由于 故此时的应力状态为下图解中的点 M。 27.在下图示零件的极限应力图中，零件的工作应力位于点 M，若最小应力值 min =常数(即 min =c)，求对应于点 M 的零件极限应力 max 。 （分数：5.00）_正确答案：()解析：解题要点 ： (1)根据下图中点 M 位置，作
17、过点 M 且与横坐标轴成 45的直线，交横坐标轴于点 K，OK 长代表 min 值；(2)上述直线 KM 的延长线交于疲劳极限曲线 A“E“S 上的点 M“，该点即为极限应力点，极限应力为 max = m + ra = min +2KH 28.一塑性材料试件，已知其 b =700MPa， s =500MPa， -1 =200MPa， 0 =400MPa，试利用下图中给出的已知数据绘制其简化极限应力图，并分别标出安全区、疲劳区和塑性区。 （分数：6.00）_正确答案：()解析：解题要点 ： (1)绘制简化极限应力图(见下图解)：由 值求折线图。 (2)由折线图可得安全区为 OAES 区；疲劳区为
18、 OAE 以外区，如点 M“；塑性区为 OES 区以外区，如点“。 已知某一合金钢的 -1 =370MPa， s =880MPa， 0 =625MPa。（分数：6.00）(1).试绘制(按比例)此材料试件的 m - a 简化极限应力图；（分数：3.00）_正确答案：()解析：解题要点 ： 绘制简化极限应力图(见下图解)。 (2).设此试件受 max =300MPa、 min =-120MPa 的变应力作用，试用所绘制的极限应力图，求出该试件在这种情况下的极限应力 r 。（分数：3.00）_正确答案：()解析：求极限应力 r 。 已知： max =300MPa， min =-120MPa，求解得
19、 m =( max + min )/2=(300-120)/2MPa=90MPa a =( max - min )/2=(300+120)/2MPa=210MPa 利用该材料的极限应力图，取工作点 M(90，210)，并与点 O 相连，延伸交极限应力曲线于点 M“，量得点M“的坐标为 M“(140，350)，则得 rm =140MPa， ra =350MPa 所以某一循环特征 r 时的疲劳极限应力为 r = rm + ra =(140+350)MPa=490MPa29.某气缸用螺栓连接，气缸工作压力在 0Q 间变化，使螺栓的轴向工作载荷在 0F 间变化(见下图)。 （分数：5.00）_正确答案
20、：()解析：解题要点 ： (1)由力一变形图，找出 F“(如下图解(a)，标出工作载荷变化(0F)后，再找出当工作载荷为 F 时的F“。 (2)根据该连接系受轴向外载荷的紧连接，当外载荷 F=0 时，螺栓受拉力为最小(F 0min )；当外载荷 F=F max 时，由螺栓的变形图可知，螺栓所受的工作拉力达最大值 F 0max ，拉力幅 F 0max 、F 0min 、F 0a 示于力-变形图(如上图解(a)。 (3)螺栓的应力变化属于 min =常数情况，由 m - a 极限应力图(见上图解(b)中给出的 min ，作与横坐标成 45的斜线，交 A“E“S 于 C“，点 C“即为对应于 min
21、 =c 情况下的极限应力点(见上图解(b)。(4)满足 ，在上图解(b)上定出 30.试说明等效系数 的物理意义，并由材料的简化 m -a 极限应力图说明 的几何意义。 （分数：5.00）_正确答案：()解析：解题要点 ： (1)物理意义。 的大小表示材料对变应力循环不对称性的敏感程度。通过 可以把非对称循环的疲劳强度问题转化为对称循环的疲劳强度问题。由公式： -1 = ra + rm ，可知，平均应力乘以 后折合成对称循环的极限应力幅。 (2)几何意义。 由简化极限应力图(见下图解)可知，取点 M 的坐标为 M( rm ， ra )，由点 M 作横坐标轴的平行线，则该平行线与 AE 线间的夹
22、角为)，并存在 =tan。 由图知 ，所以 -1 = ra +tan rm 。 令 tan= ，即 -1 = ra + rm 。 由图亦知 31.已知材料的力学性能 -1 =350MPa，m9，N 0 510 6 ，用此材料作试件，进行对称循环疲劳试验，依次加载应力和循环次数如下： (1) 1 550MPa，N 1 10 4 ； (2) 2 450MPa，N 2 10 5 ； (3) 3 400MPa。 试求还要经过多少次循环，该试件才能被破坏? （分数：5.00）_正确答案：()解析：解题要点： (1)求各应力 i 对应的材料疲劳破坏的极限循环次数 N i ： (2)求试件再在 3 =400
23、MPa 的对称循环变应力作用下，尚可承受的应力循环次数 n 3 ： 根据零件达到疲劳寿命极限时，理论上总寿命损伤率 F=1 公式得 要使试件破坏，必有 故 32.下图所示为直动滚子从动件盘形凸轮。已知从动件与凸轮在点 A 处接触，从动件作用力 F=10kN，点 A处压力角 =28，曲率半径 R=60mm，滚子半径 r r =10mm，滚子宽度 b T =16mm，凸轮宽度 B=15mm，两者材料均为合金钢，E 1 =E 2 =2.110 5 MPa，许用接触应力 H =2000MPa，试校核凸轮在接触点 A处的接触疲劳强度(摩擦忽略不计)。 （分数：5.00）_正确答案：()解析：解题要点： 根据题给接触应力公式： E=2E 1 E 2 /E 1 E 2 ，E 1 =E 2 =2.110 5 MPa 所以 E=E 1 =E 2 = 1 2 /( 1 + 2 ) 1 =r T =10mm 2 =R A =60mm=1060/*(10+60)mm=8.57mm b=B=15mm
