第三章 机械零件的强度计算
第0节 强度计算中的基本定义 一． 载荷
1. 按载荷性质分类：
1) 静载荷：大小方向不随时间变化或变化缓
慢的载荷。

2) 变载荷：大小和（或）方向随时间变化的
载荷。

2. 按使用情况分：
1)
公称载荷（名义载荷）： 按原动机或工作机的额定功率计算出的载荷。

2) 计算载荷：设计零件时所用到的载荷。

计算载荷与公称载荷的关系：
F ca =kF n M ca =kM n T ca =kT n
3) 载荷系数：设计计算时，将额定载荷放大
的系数。

由原动机、工作机等条件确定。

二． 应力
2．按强度计算使用分
1) 工作应力：由计算载荷按力学公式求得的应力。

2) 计算应力：由强度理论求得的应力。

3) 极限应力：根据强度准则
、材料性质和
应力种类所选择的机械性能极限值σlim 。

4) 许用应力：等效应力允许达到的最大值。

[σ]=
σlim /[s σ]
稳定变应力 非稳定变应力
对称循环变应力
脉动应力 规律性非稳定变应力
随机性非稳定变应力 静应力 对称循环变应力 脉动应力
σ周期变应力
第1节 材料的疲劳特性
一． 疲劳曲线 1． 疲劳曲线
给定循环特征γ=σlim /σmax ，表示应力循 环次数N 与疲劳极限σγ的关系曲线称为疲 劳曲线（或σ-N ）。

2． 疲劳曲线方程
1) 方程中参数说明
a) 低硬度≤350HB ，N 0=107 高硬度>350HB ，N 0=25×107
b) 指数m ：
c) 不同γ，σ-N 不同；γ越大，σ也越大。

…
二、 限应力线图
1) 定义：同一材料，对于不同的循环特征进行试验，
求得疲劳极限，并将其绘在σm -σa
坐标系上，所得的曲线称为极限应力线图。

C
N N m m N ==0γγσσr N N k m
N
N σσσγγ==0
m
N
N k N 0=整理：
即：
其中：
N 0--循环基数
σγ--N 0时的疲劳极限
k N --寿命系数
用线性坐标表示的
疲劳曲线
N
D
2)简化曲线
3)σ-N与σm-σa关系
a) σ-N曲线：同一循环特征下、不同循环次数。

b) σm-σa：不同循环特征、相同循环次数。

第二节机械零件的疲劳强度计算
一、影响疲劳强度的因素
影响机械零件疲劳强度的主要因素有：应力集中、尺寸大小、表面质量等。

它们零件疲劳极限的影响用综合影响系数Kσ=σ-1/σ-1e、Kτ=τ-1/τ-1e来表示。

它与应力集中关系为：
Kσ=(kσ/εσ+1/βσ-1)/βq
Kτ=(kτ/ετ+1/βτ-1)/βq
其中：
kσ、kσ---零件有效应力集中系数
kσ=1+qσ(ασ-1)
kτ=1+qτ(ατ-1)
qσ、qτ---材料的敏感系数
ασ、ατ---理论应力集中系数
εσ、εσ---零件的尺寸系数
βσ、βτ---表面状态系数
βq---表面强化系数
二、考虑应力综合影响系数时极限应力线图
三、向稳定变应力下的机械零件疲劳强度
何谓单向..、复杂..、稳定变应力..？、
s=σlim/σmax>[sσ]
1.作应力的增长规律
1)应力循环特征为常数γ=C例：只受弯矩的转动轴。

2)平均应力为常数常数σm=C例：弹簧。

3)最小应力为常数σmin=C例：螺纹联结
σ)
零
件
有
限
寿
命
疲
劳
极
限
C
C σ
)D)
σ
)D)
2. 循环特征为常数时的强度计算 1）求极限应力：
σm /σa = （ σmax -σmin ）/（ σmax +σmin ）= （ 1-γ）/（ 1+γ）= 常数 因为 γ常数
联解AD 和OC 得零件极限应力：
σa '= k N σ-1σa /σae σm '= k N σ-1σm
/ σae
其中： σae =k σσa +ψσσm
ψσ=(2σ-1-σ0)/σ0
2） 强度计算
（1）按应力幅计算安全系数C'在A'E'上
s σa =σa '/ σa =k N σ-1/ [k σσa +ψσσm ]= k N σ-1/ σae
σae －－等效应力幅
ψσ---平均应力折合为应力幅的等效系数 （2）按静强度计算C'在E'S 上
s σ=σs /(σa +σm )
第4节 械零件的接触强度
机械零件的表面强度分：表面接触强度、表面挤压强度、表面磨损强度
1. 表面接触强度的计算
1) 接触应力的概念
两零件构成高副接触，接触处形成较小的接触面积，产生很大的应力，该应力称为接触应力。

2) 接触应力的计算
接触应力按弹性力学中赫兹公式计算
b 点接触
0/2k σ) m
A
H G
M
L
O
32
2
2121max
21116⎪⎪⎪⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛-+-=E E F H μμρσ
为综合曲率半径
ρρρρ
2
1
±
=
两接触体材料的泊松比
量
两接触体材料的弹性模、、----2121μμE E ⎪⎪⎪⎪⎪⎭
⎫
⎝
⎛-+-=2
1112
212
1max
E E b
F H μμρπσ。