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第八章　機(jī)器設(shè)備壽命估算

本章重要考點(diǎn)

1.磨損壽命的估算

2.疲勞壽命曲線(xiàn)及其應(yīng)用

3.循環(huán)應(yīng)力特性、材料疲勞極限及零件疲勞極限

4.疲勞損傷積累的含義、應(yīng)用及零件壽命的估算

典型例題講解

第一部分　客觀題重要考點(diǎn)

【考點(diǎn)1】磨損壽命的估算

【例題·多選題】機(jī)器的壽命是指設(shè)備從開(kāi)始使用到被淘汰的整個(gè)時(shí)間過(guò)程。受有形磨損影響的壽命有（ ）。

A.物理壽命

B.使用壽命

C.經(jīng)濟(jì)壽命

D.技術(shù)壽命

E.自然壽命

『正確答案』ABCE

『答案解析』設(shè)備的壽命分為自然壽命、技術(shù)壽命和經(jīng)濟(jì)壽命

自然壽命

也叫物理壽命、使用壽命，設(shè)備在規(guī)定的使用條件下，從投入使用到因?yàn)槲镔|(zhì)損耗而報(bào)廢所經(jīng)歷的時(shí)間，受有形磨損的影響。

技術(shù)壽命

是設(shè)備從投入使用到因?yàn)榧夹g(shù)落后而被淘汰所經(jīng)歷的時(shí)間。第Ⅱ種無(wú)形磨損可以縮短設(shè)備的技術(shù)壽命，而對(duì)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造可以延長(zhǎng)其技術(shù)壽命。

經(jīng)濟(jì)壽命

是指設(shè)備從投入使用到因繼續(xù)使用不經(jīng)濟(jì)而退出使用所經(jīng)歷的時(shí)間。受到有形磨損和無(wú)形磨損的共同影響。

【例題·單選題】（2010）下列關(guān)于設(shè)備磨損的說(shuō)法中，正確的是（ ）。

A.設(shè)備在使用初期，零部件表面的粗糙度比較小，在使用過(guò)程中隨著磨損而逐漸增大

B.設(shè)備的正常磨損壽命是指正常磨損階段的磨損壽命，即第II階段的磨損壽命

C.設(shè)備在進(jìn)入急劇磨損階段后，應(yīng)開(kāi)始考慮安排修理

D.材料的磨損強(qiáng)度數(shù)值越大，材料的耐磨性越差

『正確答案』D

『答案解析』設(shè)備在使用的初期，零件表面粗糙度相對(duì)較大，隨著設(shè)備的使用，粗糙度會(huì)逐步降低，所以選項(xiàng)A不正確；設(shè)備的正常磨損壽命是指第I和第II階段之和，所以選項(xiàng)B不正確；設(shè)備在進(jìn)入急劇磨損階段之前，應(yīng)該考慮安排修理，所以選項(xiàng)C不正確；磨損強(qiáng)度tgα的數(shù)值決定了磨損速度：材料的耐磨性差，則tgα大，磨損速度也快，所以選項(xiàng)D正確。

【例題·單選題】已知磨損強(qiáng)度為1mm/年，且設(shè)備運(yùn)行5年后，磨損率為1/4，則該設(shè)備的剩余壽命為（ ）年，極限磨損量為（ ）mm。

A.20、10 　

B.15、20

C.20、20 　

D.15、10

『正確答案』B

『答案解析』該設(shè)備總壽命為5/（1/4）＝20（年），剩余壽命為20－5＝15（年）。極限磨損量＝1×20＝20（mm）

【例題·多選題】以下說(shuō)法中正確的有（ ）。

A.磨損強(qiáng)度是實(shí)際磨損量與極限磨損量之比

B.磨損壽命等于初期和正常磨損階段之和

C.磨損率是實(shí)際磨損量與極限磨損量之比

D.在整個(gè)磨損過(guò)程中，磨損量與時(shí)間成直線(xiàn)關(guān)系

E.磨損壽命等于最大允許磨損量與磨損強(qiáng)度之比

『正確答案』BCE

『答案解析』磨損強(qiáng)度為單位時(shí)間磨損的厚度，磨損強(qiáng)度越大，表明材料耐磨性越差，所以選項(xiàng)A不正確；設(shè)備的正常壽命T是第Ⅰ階段和第Ⅱ階段時(shí)間之和，所以選項(xiàng)B正確；磨損率是指實(shí)際磨損量和極限磨損量之比，所以選項(xiàng)C正確；在磨損過(guò)程中，第二階段是磨損量與時(shí)間成直線(xiàn)關(guān)系，其他兩個(gè)階段并不是直線(xiàn)關(guān)系，所以選項(xiàng)D不正確；因?yàn)槟p強(qiáng)度＝磨損量/對(duì)應(yīng)的時(shí)間，所以磨損壽命等于最大允許磨損量與磨損強(qiáng)度之比，選項(xiàng)D正確。

【例題·多選題】下列各項(xiàng)中，（ ）是評(píng)價(jià)材料靜強(qiáng)度的重要指標(biāo)。

A.比例極限

B.彈性極限

C.屈服極限

D.強(qiáng)度極限

E.斷裂極限

『正確答案』CD

『答案解析』屈服極限和強(qiáng)度極限是評(píng)價(jià)材料靜強(qiáng)度的重要指標(biāo)。

【例題·多選題】（2007）下列關(guān)于許用應(yīng)力的說(shuō)法中，正確的是（ ）。

A.許用應(yīng)力是機(jī)械設(shè)計(jì)中允許零件或構(gòu)件承受的最大應(yīng)力值

B.只要零件或構(gòu)件中的工作應(yīng)力不超過(guò)許用應(yīng)力，這個(gè)零件或構(gòu)件在工作中就是安全的，否則是不安全的

C.在實(shí)際應(yīng)用中，許用應(yīng)力值一般由設(shè)計(jì)單位自己加以規(guī)定

D.許用應(yīng)力等于考慮各種影響因素后經(jīng)適當(dāng)修正的材料失效應(yīng)力除以安全系數(shù)

E.塑性材料以強(qiáng)度極限除以安全系數(shù)作為許用應(yīng)力

『正確答案』ABD

『答案解析』許用應(yīng)力是機(jī)械設(shè)計(jì)中的基本數(shù)據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中，許用應(yīng)力值一般由國(guó)家有關(guān)部門(mén)根據(jù)安全性和經(jīng)濟(jì)性的原則，按材料的強(qiáng)度、載荷、環(huán)境情況、加工質(zhì)量、計(jì)算精確度和零件或構(gòu)件的重要性加以規(guī)定，所以選項(xiàng)C不正確；塑形材料以材料的屈服極限除以安全系數(shù)，得到許用應(yīng)力，所以選項(xiàng)E不正確。

【考點(diǎn)2】疲勞壽命曲線(xiàn)及其應(yīng)用

【例題·單選題】（2009）下列關(guān)于S-N曲線(xiàn)（見(jiàn)圖）的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是（ ）。

A.M點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值σ稱(chēng)為條件疲勞極限

B.M點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)N0稱(chēng)為循環(huán)基數(shù)

C.P點(diǎn)（N＜N0）所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值σ稱(chēng)為有限壽命疲勞極限

D.N低于104～105所對(duì)應(yīng)的有限壽命區(qū)為低周疲勞區(qū)

『正確答案』A

『答案解析』M點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值σ稱(chēng)為疲勞極限，在有限壽命區(qū)，與給定的循環(huán)次數(shù)N對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為有限壽命疲勞極限，又稱(chēng)為條件疲勞極限。

【例題·多選題】（2008）下列關(guān)于疲勞壽命的說(shuō)法中，正確的有（ ）。

A.零件的疲勞壽命與零件的應(yīng)力和應(yīng)變水平有關(guān)，應(yīng)力-壽命曲線(xiàn)和應(yīng)變-壽命曲線(xiàn)統(tǒng)稱(chēng)為S-N曲線(xiàn)

B.大多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼的疲勞極限比靜強(qiáng)度極限高得多

C.循環(huán)基數(shù)用N0表示，當(dāng)N≥N0為無(wú)限壽命區(qū)

D.在有限壽命區(qū)內(nèi)，與給定循環(huán)N相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為條件疲勞極限

E.給定循環(huán)N低于105～106時(shí)，對(duì)應(yīng)的有限壽命區(qū)為低周疲勞區(qū)

『正確答案』ACD

『答案解析』大多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼的疲勞極限比靜強(qiáng)度極限低得多，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在有限壽命區(qū)內(nèi)，與給定循環(huán)N相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為有限壽命疲勞極限，又稱(chēng)為條件疲勞極限，所以選項(xiàng)D正確；給定循環(huán)N低于104～105時(shí)，對(duì)應(yīng)的有限壽命區(qū)為低周疲勞區(qū)，所以選項(xiàng)E不正確。

【例題·多選題】下列關(guān)于疲勞壽命曲線(xiàn)的說(shuō)法中，正確的有（ ）。

A.應(yīng)力－壽命曲線(xiàn)和應(yīng)變－壽命曲線(xiàn)統(tǒng)稱(chēng)為S－N曲線(xiàn)

B.S-N曲線(xiàn)依疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出，在疲勞試驗(yàn)中都以實(shí)際零件作為試件

C.條件疲勞極限大于疲勞極限

D.疲勞壽命N低于106時(shí)對(duì)應(yīng)的有限壽命區(qū)稱(chēng)為低周疲勞區(qū)

E.當(dāng)N小于循環(huán)基數(shù)時(shí)，根據(jù)該區(qū)域的疲勞壽命曲線(xiàn)所做的疲勞強(qiáng)度計(jì)算稱(chēng)為有限壽命計(jì)算

『正確答案』ACE

『答案解析』S-N曲線(xiàn)是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)件試件測(cè)出試驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出的，所以選項(xiàng)B不正確；疲勞壽命N低于104~105時(shí)對(duì)應(yīng)的有限壽命區(qū)稱(chēng)為低周疲勞區(qū)，所以選項(xiàng)D不正確。

【例題·單選題】（2007）對(duì)于大多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼，其疲勞極限（ ）它的靜強(qiáng)度極限。

A.略小于

B.遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于

C.略大于

D.遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于

『正確答案』B

『答案解析』對(duì)于大多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼而言，疲勞極限遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于靜強(qiáng)度極限。

【例題·多選題】（2007）S-N曲線(xiàn)是由疲勞實(shí)驗(yàn)獲得的，在疲勞實(shí)驗(yàn)中所使用的試件與實(shí)際零件有差異,所以在使用時(shí)應(yīng)該引入（ ）。

A.表面狀態(tài)系數(shù)

B.安全系數(shù)

C.尺寸系數(shù)

D.應(yīng)力集中系數(shù)

E.材料系數(shù)

『正確答案』ACD

『答案解析』S-N曲線(xiàn)是由疲勞實(shí)驗(yàn)獲得的，在疲勞實(shí)驗(yàn)中所使用的試件與實(shí)際零件有差異,所以在使用時(shí)應(yīng)該引入表面狀態(tài)系數(shù)、尺寸系數(shù)和應(yīng)力集中系數(shù)。

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