机械设计作业(Chp03 机械零件的疲劳强度)

机械零件的强度1、 【答】影响机械零件疲劳强度的主要因素有零件几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因素。

零件设计时，可以采用如下的措施来提高机械零件的疲劳强度：1）尽可能降低零件上应力集中的影响是提高零件疲劳强度的首要措施。

应尽量减少零件结构形状和尺寸的突变或使其变化尽可能地平滑和均匀。

在不可避免地要产生较大的应力集中的结构处，可采用减荷槽来降低应力集中的作用；2）选用疲劳强度大的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺； 3）提高零件的表面质量；4）尽可能地减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。

2、 【解】由公式 mr rN NN σσ0= 得N 1 = 7000时 MPa 6.373=700010×5180==9610111mN N N σσN 2 = 25000时 MPa 3.324=2500010×5180==9620112mN N N σσN 3 = 620000时MPa 0.227=62000010×5180==9630113mN N N σσ3、 【解】由公式3-6 012=σσσψσ 得MPa 33.283=2.0+1170×2=+12=10σψσσ简化极限应力线图上各点的坐标分别为），（）；，（）；，（02607.1417.1411700C D A ''按比例绘制的简化极限应力线图如图所示。

4、 【解】1）绘制零件的简化极限应力线图零件极限应力线图上各点的坐标分别为：），（），（；），（0260),1.118,7.141(=2.17.1417.141)7.141,0(=2.11700C D A工作点M 坐标为)20,30(=),(m a σσ2）标出极限应力点S 1和S 2C r = 和C σm =时在零件的简化极限应力线图上的极限应力点S 1和S 2如图所示。

《机械设计》作业第3章 机械零件的疲劳强度1. 某调质钢制成的零件，工作应力为σmax =280N/mm 2，σmin =-80N/mm 2。

影响系数为k σ=1.2, εσ=0.85, βσ=1。

材料性能为σB =900N/mm 2, σs =800N/mm 2, σ-1=400N/mm 2,σ0=680N/mm 2。

设寿命系数k N =1.2。

1) 绘制σm - σa 许用疲劳极限应力图； 2) 求极限值σ'a , σ'm , σ'max , σ'min ；3）若取许用安全系数[S σ]=1.4，用计算法和图解法校核该零件是否安全？ 4)若材料在承受r=0.5的变应力时，能承受的最大应力是多少？2.某转轴在对称循环弯曲应力下工作，载荷变化规律如图。

要求使用寿命为10年，每年工作300天，每天8小时。

已知轴的转速n=15r/min ，σ1=80N/mm 2。

轴的材料为碳钢，σs =360N/mm 2,σ-1=200N/mm 2,k σ=1.8, εσ=0.8,βσ=0.95, N 0=107,m=9。

试确定轴的寿命系数，疲劳极限和安全系数。

第6章 螺纹联结1.图示为一底座螺栓组联接结构，承受外载荷R 的作用。

外载荷R 包含在xoy 平面内，θ<45º，L 1<L 2。

试分析底座螺栓组联接的受力情况，判断哪个螺栓受力最大，并求其所受的轴向工作拉力。

2. 图示一厚度为δ=20mm 的薄板，用两个铰制孔用螺栓固定在机架上。

已知载荷P=5000N ，a=200mm ，板间摩擦系数μs =0.2，可靠系数k f =1.1，[σ]=160MPa ，[σp ]=192MPa ，[τ]=96MPa 。

1）设计受剪螺栓直径； 2）若用普通螺栓联接，计算所需螺栓直径。

第12章 齿轮传动1.画出图示斜齿轮传动当齿轮1为主动时的Ft 、Fr 和Fa 等各力X的方向。

《机械设计》作业第3章 机械零件的疲劳强度1. 某调质钢制成的零件，工作应力为σmax =280N/mm 2，σmin =-80N/mm 2。

影响系数为k σ=1.2, εσ=0.85, βσ=1。

材料性能为σB =900N/mm 2, σs =800N/mm 2, σ-1=400N/mm 2,σ0=680N/mm 2。

设寿命系数k N =1.2。

1) 绘制σm - σa 许用疲劳极限应力图； 2) 求极限值σ'a , σ'm , σ'max , σ'min ；3）若取许用安全系数[S σ]=1.4，用计算法和图解法校核该零件是否安全？ 4)若材料在承受r=0.5的变应力时，能承受的最大应力是多少？2.某转轴在对称循环弯曲应力下工作，载荷变化规律如图。

要求使用寿命为10年，每年工作300天，每天8小时。

已知轴的转速n=15r/min ，σ1=80N/mm 2。

轴的材料为碳钢，σs =360N/mm 2,σ-1=200N/mm 2,k σ=1.8, εσ=0.8,βσ=0.95, N 0=107,m=9。

试确定轴的寿命系数，疲劳极限和安全系数。

第6章 螺纹联结1.图示为一底座螺栓组联接结构，承受外载荷R 的作用。

外载荷R 包含在xoy 平面内，θ<45º，L 1<L 2。

试分析底座螺栓组联接的受力情况，判断哪个螺栓受力最大，并求其所受的轴向工作拉力。

2. 图示一厚度为δ=20mm 的薄板，用两个铰制孔用螺栓固定在机架上。

已知载荷P=5000N ，a=200mm ，板间摩擦系数μs =0.2，可靠系数k f =1.1，[σ]=160MPa ，[σp ]=192MPa ，[τ]=96MPa 。

1）设计受剪螺栓直径； 2）若用普通螺栓联接，计算所需螺栓直径。

第12章 齿轮传动1.画出图示斜齿轮传动当齿轮1为主动时的Ft 、Fr 和Fa 等各力的方向。

第3章 机械零件的疲劳强度基本要求：１.了解疲劳曲线及极限应力曲线的来源、意义及用途，能从材料的几个基本机械性能（01,,,σσσσ-s B ）及零件的几何特性，绘制零件的极限应力简化线图。

２.理解疲劳极限应力图的来源及意义，３ 影响机械零件疲劳强度的主要因素，会查用附录中的有关线图及数表。

4. 会用公式计算稳定变应力时的安全系数。

* 重点：机械零件疲劳强度计算# 难点：非稳定变应力时的安全系数的计算计算准则：1．安全－寿命设计：在规定的工作期间内，不允许零件出现疲劳裂纹，一旦出现，即认为失效。

2．破损－安全设计：允许零件存在裂纹并缓慢扩展，但须保证在规定的工作周期内，仍能安全可靠的工作。

3．1 疲劳断裂特征变应力下，零件的强度失效形式：疲劳断裂。

疲劳断裂过程：1) 疲劳源的产生；2）微裂纹的扩展直至断裂。

疲劳断裂截面：疲劳断裂有何特征：1）断口处无明显塑性变形2）断裂时，最大应力远低于材料的强度极限，甚至比材料的屈服极限还低；3）疲劳断裂是疲劳损伤的积累，初期零件表层形成微裂纹，随N 的增大裂纹扩展，扩展到断截面不足承受外载，发生断裂。

故变应力下，零件的极限应力既不能取材料的强度极限也不能取屈服极限。

应取疲劳极限。

影响疲劳断裂的主要因素：应力σ和应力循环次数N 。

(疲劳曲线σ—N 曲线）3．2 疲劳曲线和疲劳极限应力图 3.2.1 疲劳曲线1．概念：1) 疲劳极限（rN σ或rN τ）：循环特性为r 的变应力，经过N 次循环后， 材料不发生破坏的应力最大值。

2) 疲劳曲线（)N N --τσ或：表示循环次数N 与疲劳极限间关系的关系曲线。

2．典型的疲劳曲线，如图3.2（以N -σ为例）（1）有限寿命区)(0N N <低周循环疲劳区：)10(1043<N ，疲劳极限较高，接近屈服极限，疲劳极限几乎与N 无关。

高周循环疲劳：)10(1043>N ；043)10(10N N <≤，疲劳极限随N 的增加而降低。