第二章 机械零件的强度

机械零件的疲劳强度与疲劳断裂什么是疲劳强度和疲劳断裂？疲劳强度是指材料在反复受到应力载荷作用下，发生疲劳断裂之前的最大应力强度。

疲劳断裂是指材料在反复应力作用下发生的突然断裂，它是一种重要的机械零件失效模式。

为什么要研究疲劳强度与疲劳断裂？在机械设计中，许多工作条件会引起局部应力集中，导致机械零件受到疲劳应力的作用。

如果机械零件的疲劳强度不够高，就会发生疲劳断裂，导致机械零件失效。

因此，研究疲劳强度和疲劳断裂是为了保证机械零件的可靠性和安全性。

影响机械零件疲劳强度与疲劳断裂的因素机械零件的疲劳强度和疲劳断裂受到许多因素的影响，以下是一些常见的因素：1.材料特性：材料的强度、韧性和疲劳寿命等特性会影响机械零件的疲劳强度和疲劳断裂。

一些金属材料具有较高的疲劳强度和疲劳韧性，而一些非金属材料则较低。

2.载荷特性：载荷的频率、幅值和载荷类型（拉伸、压缩、扭转等）对机械零件的疲劳强度和疲劳断裂有着重要影响。

高频率和大幅度的载荷容易导致疲劳断裂。

3.制造工艺：制造过程中的缺陷（如裂纹和夹杂物）会使机械零件的疲劳强度降低，从而增加疲劳断裂的风险。

4.工作环境：工作环境中的温度、湿度和腐蚀等因素也会影响机械零件的疲劳强度和疲劳断裂。

如何评估机械零件的疲劳强度与疲劳断裂？评估机械零件的疲劳强度和疲劳断裂是一个复杂的过程，通常需要借助实验和数值模拟等方法。

1.实验方法：通过设计和进行疲劳试验，可以获取机械零件在不同应力载荷下的疲劳寿命和断裂情况。

实验方法可以帮助工程师确定不同材料和设计方案的疲劳强度，并提供实际应用中的可靠性数据。

2.数值模拟：利用计算机仿真方法，可以预测机械零件在特定工况下的疲劳强度和疲劳断裂情况。

数值模拟方法可以节省时间和成本，并帮助工程师在设计阶段优化零件的几何形状和材料选择。

如何提高机械零件的疲劳强度？为了提高机械零件的疲劳强度，可以从以下几个方面进行优化：1.材料选择：选择具有较高疲劳强度和疲劳韧性的材料，例如高强度钢、铝合金等。

图3-1 材料的疲劳曲线
——任意循环次数下的疲劳极限 ——任意循环次数下的疲劳极限
KN——寿命系数， ——寿命系数， 寿命系数 例1.3.2 填空题
K N = σ rN / σ r
分目录
m—材料常数，由实验定。 —材料常数，由实验定。
上一页
下一页
退出
例
循环多少次才会破坏？ 循环多少次才会破坏？
题
例1 45钢经调质后的性能为 -1=307MPa, m=9, No=5×106， 以此材料作试件 钢经调质后的性能为σ × 进行疲劳实验，若以对称循环变应力 作用在试件上， 进行疲劳实验，若以对称循环变应力σ1=500MPa作用在试件上，求试件能 作用在试件上
Fca=KF
特指机器运转过程中由于速度、偏心力（ 动载荷 特指机器运转过程中由于速度、偏心力（矩） 等因素给零件带来的突然性波动载荷。 等因素给零件带来的突然性波动载荷。
分目录
上一页
下一页
退出
机械零件载荷和应力的分类
机械零件应力分类
静应力 变应力 不随时间变化的应力（相对概念）。 不随时间变化的应力（相对概念）。 随时间变化的应力。分稳定变应力（ 随时间变化的应力。分稳定变应力（循环变应 力）和非稳定变应力， 和非稳定变应力， 稳定变应力
零件的有效应力集中系数(脚标 kσ－零件的有效应力集中系数 脚标 σ －零件的尺寸系数； 零件的尺寸系数；
表示在正应力条件下，下同 ； 表示在正应力条件下，下同)；
βσ
－零件的表面质量系数； 零件的表面质量系数；
零件的强化系数。 β q －零件的强化系数。
以上各系数的值见有关资料或本章附录。 以上各系数的值见有关资料或本章附录。
σ max = σ m + σ a

安全在于心细，事故出在麻痹。20.10. 2420.1 0.2412:23:3712 :23:37 October 24, 2020
踏实肯干，努力奋斗。2020年10月24 日下午1 2时23 分20.10. 2420.1 0.24
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月24 日星期 六下午1 2时23 分37秒1 2:23:37 20.10.2 4
谢谢大家！
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10月 下午12 时23分2 0.10.24 12:23O ctober 24, 2020
作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2 020年1 0月24 日星期 六12时2 3分37 秒12:23:3724 October 2020
好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午12时2 3分37 秒下午1 2时23 分12:23:3720.1 0.24
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1 2:23:37 12:23:3 712:23 10/24/2 020 12:23:37 PM
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.2412 :23:371 2:23Oc t-2024- Oct-20
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。12:23:3712 :23:371 2:23Saturday , October 24, 2020
一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10. 2420.1 0.2412:2312:23 :3712:2 3:37Oc t-20
牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。202 0年10 月24日 星期六1 2时23 分37秒Saturday , October 24, 2020

ni ∑ N =1 i
N 2 = N0 , 4 × 103 n2 + 6 =1 3 8 × 10 10
n1 n2 + =1 N1 N 2
n2 = 5 × 105
2）
ni ∑ N =1 i
2 来描述。
6、机械零件的强度条件可以写成
τ ≤ τ 或 Sσ ≤ [S ]σ ，Sτ ≤ [S ]τ （1） σ ≤ [σ ] ， （2） σ ≥ [σ ] ， τ ≥ τ 或 Sσ ≥ [S ]σ ，Sτ ≥ [S ]τ τ ≤ τ 或 Sσ ≥ [S ]σ ，Sτ ≥ [S ]τ （3） σ ≤ [σ ] ，
σ min 40 1 r= = =− 3 σ max − 120
σ 40 0 -40 σa -120 σmin t σmax
σm
例2-3 已知：A截面产生σmax=－400N/mm2，σmin=100N/mm2 求：σa、σm，r。
Fa a A Fr Fa σb弯曲应力 Fr M
解：
σ max − σ min − 400 − 100 = − 250 = 250 σa = = 2 2
3
。
（1）专用零件和部件；（2）在高速、高压、环境温度过高或过低 等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件；（3） 在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件；（4）标准化 的零件和部件。 2、下列四种叙述中
4
是正确的。
（1）变应力只能由变载荷产生；（2）静载荷不能产生变应力；（3 ）变应力是由静载荷产生；（4）变应力是由变载荷产生，也可能由 静载荷产生。
σ −1N = σ −1 ⋅ m N 0 N = k N ⋅ σ −1
N = N0 6 N = 10 σ max = σ −1 = 268N / mm2 σ max = 268⋅ 9 107 106 = 346N / mm2