（三）静应力时机械零件的强度计算 1、单向应力下塑性材料零件的强度条件： s Sca S ca 或 S s S ca ca 2、复合应力时塑性材料零件的强度条件： 按第三或第四强度理论对弯扭复合应力进行强度计算 第三强度理论
ca 2 4 2 [ ] s / S
N R N0
失效率 (t )
dN / dt N t N dN N t dt ln ln R 0 N0 N N0
失效率曲线（浴盆曲线 ）
R e 0
t dt
t
6
四、机械零件的设计方法
(一)理论设计 由设计理论和实验数据所进行的设计 F lim lim A S S 1、设计计算
min m a
m
a
max min
max
2 min
2
应力循环特性
min max
b) 稳定循环变应力种类：
γ = –1 ——对称循环变应力 -1< γ<+1——不对称循环变应力
γ = 0 —— 脉动循环变应力
γ =+1 —— 静应力
12
10
F
K
Fca K F
（二）应力分类 静应力— 不随时间变化的应力 变应力— 随时间变化的应力 稳定循环变应力
不稳定变应力

一个循环

O
t
O
t
规律性不稳定变应力
随机变应力
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稳定循环变应力的基本参数和种类
a) 基本参数 最大应力 最小应力 平均应力 应力幅
max m a
机械设计相关基础知识
一、机械零件的主要失效形式
失效：由于某种原因，机械零件不能正常工作称为失效。 机械零件的失效形式主要有：
（一）整体断裂
过载断裂：零件受外载荷作用时，由于某一 危险截面上的应力超过零件的强 度极限而发生。
疲劳断裂：零件受变应力作用时，危险截面 上发生。
（二）过大的残余变形 作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限（塑性变形）
4
三、机械零件的设计准则
(一)强度准则
lim S
y≤[y]
(二)刚度准则
(三)寿命准则 (四)振动稳定性准则 0．85＞P或1.15＜P
5
(五)可靠性准则
可靠度的概念 有一批某种零件，其件数为N0，在一定的工作条件下进行试验。 在t时间后仍有N件在正常地工作，则此零件在该工作环境条件 下工作t时间的可靠度R可表示为
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六、机械零件的强度
名义载荷—在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷 载荷系数—机器运转时，零件会受到各种附加载荷的影响 计算载荷—载荷系数与名义载荷的乘积 （一）载荷的分类 静载荷：不随时间变化的载荷。 变载荷：随时间变化的载荷。 1）循环变载荷 a) 稳定循环变载荷 b) 不稳定循环变载荷 2）随机变载荷
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疲劳破坏的机理：损伤的累积 影响因素：不仅与材料性能有关，零件的表层缺陷、截面尺寸突 变、应力集中部位等，变应力的循环特性，应力循环 次数，应力幅都对疲劳极限有很大影响。 1、σ—N疲劳曲线： 在疲劳曲线的左半部（N＜N0）
m m N 1N 1 N 0 C
3)根据零件的类型、结构和所受载荷，分析零件可能的失效形式， 从而确定零件的设计准则。 4)根据零件的工作条件及对零件的特殊要求(例如高温或在腐蚀性
介质中工作等)，选择适当的材料。
5)根据设计准则进行有关的计算，确定出零件的基本尺寸。
8
6)根据工艺性及标准化等原则进行零件的结构设计。 7)细节设计完成后，必要时进行详细的校核计算，以判定结构的 合理性。 8)画出零件的工作图，并写出计算说明书。
1
腐蚀：发生在金属表面的一种电化学 （三）零件的表面破坏 或化学侵蚀现象。 磨损：两个接触表面在作相对运动的 过程中表面物质丧失或转移的 现象。 接触疲劳：零件表面受接触变应力的长 期作用产生裂纹或微粒剥落
的现象。
（四）破坏正常工作条件引起的失效
2
零件发生哪种形式的失效，与很多因素有关。但有人对
B 强度条件： ca [ ] S B ca [ ] S
或
或
B Sca S ca B Sca S ca
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2）复合应力下工作的零件
1 B 2 2 按第一强度理论： ca ( 4 ) [ ] 2 S
S ca
2 B
第四强度理论
ca 2 3 2 [ ] s / S
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复合应力计算安全系数为：
s S ca S s 2 2 2 ( ) s
3、脆性材料与低塑性材料
失效形式：断裂
S ca
S S
2 S S2
S
脆性材料极限应力： B （强度极限） 1）单向应力状态
A
2、校核计算 (二)经验设计 (三)模型实验设计
SF
lim
F A
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五、机械零件设计的一般步骤
机械零件的设计大体要经过以下几个步骤：
1)根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构。为此，必须对
各种零件的不同类型、优缺点、特性与使用范围等，进行综合对 比并正确选用。 2)根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。
1378项失效所做的分析结果显示，由于腐蚀、磨损和各种疲劳
破坏引起的失效占73.88%，断裂引起的失效占4.79%。从中可 以看出零件失效的主要原因是腐蚀、磨损和疲劳。
3
二、设计机械零件时应满足的基本要求
（一）强度 断裂、残余变形统属于强度不足引起 （二）刚度 弹性变形 （三）寿命及可靠性 （四）结构工艺性 （五）经济性 （六）质量小
4
2
2
S
15
（四）变应力时机械零件的强度计算 变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂 疲劳断裂具有以下特征：
1）疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低；
2）不管脆性材料或塑性材料，其疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然 断裂； 3）疲劳断裂是损伤的积累，它的初期现象是在零件表面或表层形成微裂纹，这 种微裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展，直至余下的未裂开的截面积不 足以承受外载荷时，零件就突然断裂。