机械零件的疲劳强度
PPT文档演模板
强度极限越 高的钢敏感系数 q值越大，对应 力集中越明显。
铸铁：
若同一剖面上有 几个应力集中源，则 应选择影响最大者进 行计算。
机械零件的疲劳强度
3.3.2 尺寸的影响 零件截面的尺寸越大，其疲劳强度越低。 尺寸对疲劳强度的影响可用尺寸系数
表示，
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
PPT文档演模板
2020/11/18
机械零件的疲劳强度
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
3.2疲劳曲线和极限应力图 σ 3.2.1疲劳曲线（σ-N曲线）
N — 应力循环次数 σrN — 疲劳极限（对应于N） N0 — 循环基数（一般规定为
σrN
σr
）
σr —疲劳极限（对应于N0）
机械零件的疲劳强度
（2）绘制零件的许用极限应力图
S点不必进行修正 A′（0，278.5） B′（400，222.8） S （1000，0）
PPT文档演模板
机械零件，278.5）
A′（0，278.5） B′（400，222.8） S （1000，0）
B（400，400）
E
M＇
M（520，280）
B′（400，222.8）
E′
135°
O
σm
S（1000，0）
M点落在疲劳安全区OA′E′以外，该零件发生疲劳破坏。
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
例3 某轴只受稳定交变应力作用，工作应力
材料的机械性能
，
，轴上危险截面的
，
，
。
（1）绘制材料的简化极限应力图；
（2）用作图法求极限应力及安全系数（按r=c加载和无限寿
求等效循环次数 。
求等效循环次数时的寿命系数 和疲劳极限 。
按等效应力计算疲劳强度安全系数。
按最大非稳定变应力计算塑性材料屈服强度安全系数。
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
例题3.3 图3.23a为一机械工作时的载荷变化图(称为载荷谱)，
在一零件上相应引起规律性非稳定对称循环弯曲应力(图
3.23b)，设计时近似用三级稳定对称循环弯曲应力来模
机械零件的疲劳强度
3.3 影响机械零件疲劳强度的主要因素 3.3.1 应力集中的影响
有效应力 集中系数
材料对应力集 中的敏感系数
理论应力 集中系数
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
在结构上，减缓零件几何尺寸的突变、增大过渡圆角
半径、增加卸载结构等都可降低应力集中，提高零件的疲 劳强度。
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
3.2.2疲劳极限应力图 材料在不同循环特性下的疲劳极限可以用极限应力图表
示。
极限平 均应力
极限应 力幅
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
常用的简化方法：
以对称循环疲劳极限点A（0， ）和静应力的强度极 限点F（ ，0）作与脉动疲劳极限点B（ ， ）的 连线，所得折线ABF即为简化的极限应力图。
A＇（0，270） B＇（350，210） S（800，0） M（100，140）
M＇（170，241）
135°
σm
S（800，0）
机械零件的疲劳强度
（5）用计算法验证
PPT文档演模板
此轴疲劳强度达到安全要求
机械零件的疲劳强度
3.6规律性非稳定变应力时机械零件的疲劳强度 3.6.1 疲劳损伤积累假说
2、当应力循环次数N=N0时的非对称循环应力的极限应力和 安全系数
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
PPT文档演模板
或
机械零件的疲劳强度
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
3、当应力循环次数N<N0时零件在变应力下的极限应力和 安全系数
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
1、某齿轮传动装置如图所示，轮1为主动轮，则轮2的齿面
机械零件的疲劳强度
例题3.4 —转轴截面上的非稳定对称循环弯曲应力如图3.24
所示。转轴工作时间 为200h，转速n为100r/min。材料为
45钢，调质处理200HB，
，
，求寿
命系数 、疲劳极限
和安全系数 。
解：1、求寿命系数
取m＝9 选定等效应力 求各变应力循环次数
求等效循环次数
PPT文档演模板
接触应力按
变化。
A 对称循环
B 脉动循环
ω1 O1
机械零件的疲劳强度
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
3.3.3 表面状态的影响
零件表面越粗糙，其疲劳强度越低。
表面状态对疲劳强度的影响，可用表面状态系数
来
表示。
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
钢的强度极限越高，表面状态对疲劳强度的影响越大 。
铸铁对表面状态很不敏感， 残余拉应力会降低疲劳强度。 3.3.4 综合影响系数 零件的应力集中，尺寸及表面状态只对应力幅有影响，对 平均应力影响不大，
规律性非稳定变应力：作周期性规律变化的应力。
随机性非稳定变应力：随机变化的应力。
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
3.4.2许用疲劳极限应力图
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
3.4.3 工作应力的增长规律 1、r=C （简单加载）
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
2、 =C （复杂加载） 3、
计算屈服强度安全系数
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
例2 已知某钢材的机械性能为
。
（1）试按比例绘制该材料的简化疲劳极限应力图；
（2）由该材料制成的零件，承受非对称循环应力，其应力
循环特性r=0.3，工作应力
，零件的有效应
力集中系数
，零件的尺寸系数
，表面状
态系数
，按简单加载情况在该图中标出工作应力点
E
B′（400，222.8）
E′
135°
O
σm
S（1000，0）
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
（3）确定工作应力点M的坐标。
工作应力点的坐标为M（520，280）
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
σa
A（0，500） A′（0，278.5）
B（400，400）
A＇（0，278.5） B′（400，222.8） S （1000，0） M（520，280）
（复杂加载）
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
3.5 稳定变应力时安全系数的计算 3.5.1 单向应力状态时的安全系数
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
1、图解法
最大应力安全系数 ：
平均应力安全系数 ： 应力幅安全系数 ：
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
2、解析法
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
在计算时，零件的工作应力幅要乘以综合影响系数，或材 料的极限应力幅除以综合影响系数。
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
3.4许用疲劳极限应力图 3.4.1稳定变应力和非稳定变应力
稳定变应力：在循环过程中， ， 和周期都不随时间变 化的变应力。 非稳定变应力： ， 和周期其中任意一参数随时间变化 的应力。它是由载荷和工作转速变化造成的。
机械零件的疲劳强度
求寿命系数 2、求疲劳极限
3、求安全系数
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
本章难点： 稳定循环简单变应力时极限应力和安全系数的确定。
1、当应力循环次数N=N0的对称循环变应力时的极限应力 和安全系数
极限应力为
最大工作应力
安全系数
考虑应力集中等因素的影响安全系数
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
拟，
、
、
，在每一工作
周期内各应力均作用一次，已工作了 周期，零件材料在
循环 时，
。求1)零件的总寿命损伤率；2)估
计零件剩余寿命还能工作多少周期。
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
解：1、求总寿命损伤率F
总寿命损伤率
2、求剩余工作周期 寿命剩余率 R=1-F=1-0.59=0.41
PPT文档演模板
设零件受规律性非稳定变应 力 、 、… ；
各应力作用的循环次数分别 为 、 、… ;
各应力单独作用下材料发生 疲劳破坏的应力循环次数分 别为 、 、… ；
变应力各循环一次，寿命损伤率分别为 、 、… 各变应力循环 、 、… 次后的损伤率分别为
、 、… 。
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
疲劳损伤积累假说的表达式
等效系数或敏 感系数
PPT文档演模板
机械零件的疲劳强度
塑性变形只需按静强度计算
总结：在r=常数的情况下，当工作应力点位于OA′E′O区 域内时，对应的许用极限应力点落在A′E′直线上，可能发 生的失效形式为疲劳破坏，故应按疲劳强度计算。当工作 应力点位于OE′SO区域内时，对应的许用极限应力点落在 E′S直线上，可能发生的失效形式为塑性变形，应按静强 度计算。计算时，常不易判断工作点所在区域，为安全起 见，两种方法都要计算。
疲劳曲线
N
N0
有限寿命区
N
无限寿命区
由此与得应：力状态有关
的指数
式中， σr 、N0及m的值由材料试验确定。
称为寿命系数
几点说明：
PPT文档演模板
σr又称为材料的疲劳极限。对称循环：σr=σ-1；
脉动循环：σr=σ0
m是双对数坐标上的疲劳曲线的斜率
机械零件的疲劳强度