三、强度准则
载荷在零件内引起的应力不应超过允许的限度，该限度 称为许用应力。
[ ]
[ ] lim
[S ]
[ ]
[ ] lim
[S ]
S [S ]
S
lim
S [S ]
S
lim
（一）静强度
1、塑性材料零件的静强度 极限应力为屈服点 s 、 s
1）简单应力条件下
[ ]
一、应力的种类
静应力: σ=常数 变应力: σ随时间变化
平均应力:
m
max min
2
应力幅:
a
max min
2
变应力的循环特性:
σ
潘存云教授研制
-1 = r min 0
+1 max
T
σ
σa
σ 潘存a云教授研制
σmax σmin σm
Ｏ
——对称循环变应力 ——脉动循环变应力
——静应力 静应力是变应力的特例
▲当剩余材料不足以承受载 荷时，突然脆性断裂
潘存云教授研制
表面粗糙
疲劳断裂是与应力循环次数(即使用寿命)有关的断裂。 疲劳断裂具有以下特征：
▲ 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
不管脆性材料或塑性材料，
▲ 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂
▲ 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果
σB
AB C
m rN
N
=
C ( N C
≤N
≤ND)
σrN 潘存云教授研制 σr
D点以后的疲劳曲线呈 N=1/4 103 104 N 一水平线，代表着无限寿命 区 。式中m称为寿命指数， 其值与受载方式和材质有关。
D N0≈107 N
由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个 循环次数N0(称为循环基数)，N0与材质有关。σr称为循
当循环应力参数（ σm，σa ）落在OA’G’C以内 时，表示不会发生疲劳破坏。 σa
当应力点落在OA’G’C以外 时，一定会发生疲劳破坏。
A’
D’ G’
σ-1 σ0 /2
而正好落在A’G’C折线上
潘存云教授研制
时，表示应力状况达到疲 劳破坏的极限值。
程为
4潘5存˚ 云教σ授研’a制 45˚
1 a m
O
AＧ’直线上任意点代表了一定
循环特性时的疲劳极限。
σ0 /2 σ’m σS
Cσm σ’a
CＧ’直线上任意点N’ 的坐标为（σ’m ，σ’a ）
由三角形中两条直角边相等可求得 CＧ’直线的方程为
'max a m s
说明CＧ’直 线上任意点的最大应力达到了屈服极限应
潘存云教授研制
显然该值为强度极限σB 。
t
在AB段，应力循环次数
<103 σmax变化很小，可以近似 看作为静应力强度。
BC段，N=103~104，随着N ↑ → σmax ↓ ,疲劳现象明显。 因N较小，特称为 低周疲劳。
实践证明，机械零件的疲劳 σmax
大多发生在CD段。 该段可用下式方程描述
第十三章 机械零件设计基础
§13-1 机械零件的计算准则 §13-2 摩擦学设计基础 §13-3 机械零件材料选用原则 §13-4 机械零部件的标准化
§13-1 机械零件的计算准则
一、机械零件的失效及其类型
失效
机械零件丧失了规定的功能或达不到设计要求的标准。
工作能力 计算准则
在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的 标准。
▲ 断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙
二、 —N疲劳曲线
σmax
用参数σmax表征材料的疲 σB A B C
劳极限，通过实验，可得出如
图所示的疲劳曲线。称为：
潘存云教授研制
—N疲劳曲线
在原点处，对应的应力 N=1/4 103 104
N
循环次数为N=1/4，意味着在 σ
加载到最大值时材料被拉断。
第二十三章 联轴器、离合器等
第二十四章 弹簧
第二十六章 轴系及轮类零件的设计
滑动轴承实验；轴系结构设计实验
本课程所涉及的先修课程
工程制图：设计的图形表达 工程材料：非金属材料、金属材料及热处理 机械制造基础：冷加工工艺，热加工工艺 互换性与技术测量：解决精度设计问题 理论力学：涉及力分析与计算问题 材料力学：涉及强度分析问题 机械原理：解决机械的方案设计问题
针对各种不同的失效形式得到的判定零件工作 能力的条件。
二、机械零件的计算准则
▲ 强度准则
——确保零件不发生断裂破坏或过大的 塑性变形，是最基本的设计准则， 分为静强度和疲劳强度
▲ 刚度准则 ——确保零件不发生过大的弹性变形
▲ 振动稳定性准则 ——高速运转机械的设计应注重 此项准则
▲ 可靠性准则 ——当计及随机因素影响时，仍应确 保上述各项准则
[ ]
2）复合应力条件下
2 B
4
2 T
S S S
2 B
4
2 T
2、脆性材料零件的静强度 极限应力为强度极限 b 、 b
1）简单应力条件下
[ ]
[ ]
2）复合应力条件下
1 2
B
2 B
4
2 T
S
2 b
S
B
2 B
4
2 T
3、挤压强度
P
F A
[ P ]
（二）疲劳强度
环特性r下的疲劳极限。
疲劳极限曲线
m rN
N
C
m rN
N
m r
N
0
kN
m
N0 N
寿命因子
rN kN r
三、等寿命疲劳曲线
材料的疲劳极限曲线也 可用特定的应力循环次数N σa 下，极限应力幅与平均应力 之间的关系曲线来表示，特 σ-1 称为等寿命曲线。
实际应用时常有两种简化方法。
σa
σa
σS
σm
σ
r =+1
r =-1
σmax
σa
tＯ
σm潘in存云教授研σ制a
σ=常数
Ｏ
t
σ
r =0
σmax
σa
σ 潘存云教授研制 a
tＯ
σm σmin
t
循环变应力
对称循环变应力 脉动循环变应力
变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。 疲劳断裂过程：
表面光滑
▲零件表层产生微小裂纹
▲随着循环次数增加，微裂 纹逐渐扩展
σ-1
潘存云教授研制
σS 简化曲线之一
σ-1
潘存云教授研制
45˚
σm
σS
σm
简化曲线之二
简化等寿命曲线（极限应力线图）：Βιβλιοθήκη 对称循环 σm=0σa
脉动循环 σm=σa =σ0 /2
已知A’(0，σ-1) D’ (σ0 /2，σ0 /2)两点坐
A’
D’ G’
N’
σ-1 σ0 /2
标，求得A’Ｇ’直线的方
章
第十三章 第十四章 第十五章 第十六章 第十七章 第十八章
主要内容
节
机械零件设计基础 螺纹连接 轴毂连接 螺旋传动 带传动和链传动 齿轮传动
学 时（26+4）
3 6 3 1 6 7
机器的功能与系统方案分析实验
2
机械传动性能测试实验
2
第十九章
蜗杆传动
第二十章
轴的设计计算
第二十一章 滚动轴承
第二十二章 滑动轴承