第3章機械零件的疲勞強度

1、第第3章章 機械零件的疲勞強度機械零件的疲勞強度初始裂紋初始裂紋疲勞區(qū)疲勞區(qū)(光滑光滑)粗糙區(qū)粗糙區(qū)軸軸疲勞強度計算方法：疲勞強度計算方法：安全安全壽命設(shè)計法壽命設(shè)計法 在規(guī)定的工作期間內(nèi)，不允許零件出現(xiàn)疲勞裂紋，一旦在規(guī)定的工作期間內(nèi)，不允許零件出現(xiàn)疲勞裂紋，一旦出現(xiàn)，即認(rèn)為零件失效。出現(xiàn)，即認(rèn)為零件失效。破損破損安全設(shè)計法安全設(shè)計法 允許零件存在裂紋，但須保證在規(guī)定的工作周期內(nèi)能安允許零件存在裂紋，但須保證在規(guī)定的工作周期內(nèi)能安全可靠的工作。全可靠的工作。3.1疲勞斷裂特征疲勞斷裂特征疲勞斷裂分為兩個階段：疲勞斷裂分為兩個階段：第一階段第一階段產(chǎn)生初始裂紋，形成產(chǎn)生初始裂紋，形成疲勞源；疲

2、勞源；第二階段第二階段裂紋擴展發(fā)生斷裂。裂紋擴展發(fā)生斷裂。NrNrNN0疲勞曲線疲勞曲線N 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)rN 疲勞極限（對應(yīng)于疲勞極限（對應(yīng)于N）r 疲勞極限（對應(yīng)于疲勞極限（對應(yīng)于N0）有限壽命區(qū)有限壽命區(qū)無限壽命區(qū)無限壽命區(qū)常數(shù)NmrN0Nmr由此得：由此得：與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)的指數(shù)的指數(shù)3.2疲勞曲線和極限應(yīng)力圖疲勞曲線和極限應(yīng)力圖3.2.1疲勞曲線（疲勞曲線（-N曲線）曲線）式中，式中， r 、N0及及m的值由材料試驗確定。的值由材料試驗確定。m0rrNNN0mrNrNNm0NkNN稱為壽命系數(shù)稱為壽命系數(shù)N0 循環(huán)基數(shù)（一般規(guī)定為循環(huán)基數(shù)（一般規(guī)定為 ）710幾

3、點說明：幾點說明：r又稱為材料的疲勞極限。對稱循環(huán)：又稱為材料的疲勞極限。對稱循環(huán)：r=-1； 脈動循環(huán)脈動循環(huán)：r=0 m是雙對數(shù)坐標(biāo)上的疲勞曲線的斜率是雙對數(shù)坐標(biāo)上的疲勞曲線的斜率rrN0lg-lglgN-lgNm（3.3）例題3.1 已知45鋼的-1=300MPa，N0 ，m=9，用雙對數(shù)坐標(biāo)繪出該材料的疲勞曲線圖。710解：在雙對數(shù)坐標(biāo)上取一點B，其坐標(biāo)為70lg10lgN lg300lg1 -過B作斜率等于-1/9的直線，即為所求的疲勞曲線。 總結(jié)：總結(jié)：疲勞曲線是有限壽命疲勞極限和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)之間疲勞曲線是有限壽命疲勞極限和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)之間的個關(guān)系曲線，它反映了材料抵抗疲勞斷裂的能

4、力。通常的個關(guān)系曲線，它反映了材料抵抗疲勞斷裂的能力。通常分為有限壽命區(qū)和無限壽命區(qū)，以循環(huán)基數(shù)為界，利用疲分為有限壽命區(qū)和無限壽命區(qū)，以循環(huán)基數(shù)為界，利用疲勞曲線可以對只需要工作一定期限的零件進行有限壽命設(shè)勞曲線可以對只需要工作一定期限的零件進行有限壽命設(shè)計，以期減小零件尺寸和重量。計，以期減小零件尺寸和重量。3.2.2疲勞極限應(yīng)力圖疲勞極限應(yīng)力圖 材料在不同循環(huán)特性下的疲勞極限可以用極限應(yīng)力圖表材料在不同循環(huán)特性下的疲勞極限可以用極限應(yīng)力圖表示。示。 amramammaxminr極限平極限平均應(yīng)力均應(yīng)力 極限應(yīng)極限應(yīng)力幅力幅 常用的簡化方法：常用的簡化方法： 以對稱循環(huán)疲勞極限點以對稱循環(huán)

5、疲勞極限點A（0， ）和靜應(yīng)力的強度極）和靜應(yīng)力的強度極限點限點F（ ，0）作與脈動疲勞極限點）作與脈動疲勞極限點B（ ， ）的）的連線，所得折線連線，所得折線ABF即為簡化的極限應(yīng)力圖。即為簡化的極限應(yīng)力圖。12/0B2/0折線上各點：橫坐標(biāo)為極限平均應(yīng)力，縱坐標(biāo)為極限應(yīng)力幅。折線上各點：橫坐標(biāo)為極限平均應(yīng)力，縱坐標(biāo)為極限應(yīng)力幅。直線直線ES為塑性屈服極限曲線，為塑性屈服極限曲線，sammax 總結(jié)：總結(jié)：根據(jù)材料在各種循環(huán)特性下的疲勞實驗結(jié)果，可以根據(jù)材料在各種循環(huán)特性下的疲勞實驗結(jié)果，可以繪制出以平均應(yīng)力和應(yīng)力幅為坐標(biāo)的疲勞極限應(yīng)力曲線。繪制出以平均應(yīng)力和應(yīng)力幅為坐標(biāo)的疲勞極限應(yīng)力曲線。

6、利用極限應(yīng)力圖可以判斷零件是否發(fā)生失效，并進一步分利用極限應(yīng)力圖可以判斷零件是否發(fā)生失效，并進一步分析引起零件失效的原因。析引起零件失效的原因。3.3 影響機械零件疲勞強度的主要因素影響機械零件疲勞強度的主要因素3.3.1 應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中的影響）（1q1k）（1q1k有效應(yīng)力集中系數(shù) 材料對應(yīng)力集中的敏感系數(shù) 理論應(yīng)力集中系數(shù) 在結(jié)構(gòu)上，減緩零件幾何尺寸的突變、增大過渡圓角在結(jié)構(gòu)上，減緩零件幾何尺寸的突變、增大過渡圓角半徑、增加卸載結(jié)構(gòu)等都可降低應(yīng)力集中，提高零件的疲半徑、增加卸載結(jié)構(gòu)等都可降低應(yīng)力集中，提高零件的疲勞強度。勞強度。 強度極限越強度極限越高的鋼敏感系數(shù)高的鋼敏感系數(shù)q值

7、越大，對應(yīng)值越大，對應(yīng)力集中越明顯。力集中越明顯。1kk鑄鐵：鑄鐵：) 10.6(k1k 若同一剖面上有若同一剖面上有幾個應(yīng)力集中源，則幾個應(yīng)力集中源，則應(yīng)選擇影響最大者進應(yīng)選擇影響最大者進行計算。行計算。3.3.2 尺寸的影響尺寸的影響尺寸對疲勞強度的影響可用尺寸系數(shù)尺寸對疲勞強度的影響可用尺寸系數(shù) 表示，表示， ，零件截面的尺寸越大，其疲勞強度越低。零件截面的尺寸越大，其疲勞強度越低。3.3.3 表面狀態(tài)的影響表面狀態(tài)的影響零件表面越粗糙，其疲勞強度越低。零件表面越粗糙，其疲勞強度越低。 表面狀態(tài)對疲勞強度的影響，可用表面狀態(tài)系數(shù)表面狀態(tài)對疲勞強度的影響，可用表面狀態(tài)系數(shù) 來來表示。表示。

8、 ，4 . 06 . 0鋼的強度極限越高，表面狀態(tài)對疲勞強度的影響越大鋼的強度極限越高，表面狀態(tài)對疲勞強度的影響越大 。鑄鐵對表面狀態(tài)很不敏感，鑄鐵對表面狀態(tài)很不敏感， 1殘余拉應(yīng)力會降低疲勞強度。殘余拉應(yīng)力會降低疲勞強度。 3.3.4 綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù)零件的應(yīng)力集中，尺寸及表面狀態(tài)只對零件的應(yīng)力集中，尺寸及表面狀態(tài)只對應(yīng)力幅有影響應(yīng)力幅有影響，對，對平均應(yīng)力影響不大平均應(yīng)力影響不大， k)k(Dk)k(D在計算時，零件的工作應(yīng)力幅要乘以綜合影響系數(shù)，或材在計算時，零件的工作應(yīng)力幅要乘以綜合影響系數(shù)，或材料的極限應(yīng)力幅除以綜合影響系數(shù)。料的極限應(yīng)力幅除以綜合影響系數(shù)。3.4許用疲勞極限

9、應(yīng)力圖許用疲勞極限應(yīng)力圖3.4.1穩(wěn)定變應(yīng)力和非穩(wěn)定變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力和非穩(wěn)定變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力：穩(wěn)定變應(yīng)力：在循環(huán)過程中，在循環(huán)過程中， ， 和周期都不隨時間變和周期都不隨時間變化的變應(yīng)力?；淖儜?yīng)力。 ma非穩(wěn)定變應(yīng)力：非穩(wěn)定變應(yīng)力： ， 和周期其中任意一參數(shù)隨時間變化和周期其中任意一參數(shù)隨時間變化的應(yīng)力。它是由載荷和工作轉(zhuǎn)速變化造成的。的應(yīng)力。它是由載荷和工作轉(zhuǎn)速變化造成的。ma規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力：規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力：作周期性規(guī)律變化的應(yīng)力。作周期性規(guī)律變化的應(yīng)力。隨機性非穩(wěn)定變應(yīng)力：隨機性非穩(wěn)定變應(yīng)力：隨機變化的應(yīng)力。隨機變化的應(yīng)力。 3.4.2許用疲勞極限應(yīng)力圖許用疲勞極限應(yīng)力圖)k(k

10、(0AD1N，)k(2k2k(BD0N0N，3.4.3 工作應(yīng)力的增長規(guī)律工作應(yīng)力的增長規(guī)律1、r=C （簡單加載）（簡單加載）2、 =C （復(fù)雜加載）（復(fù)雜加載）m3、 （復(fù)雜加載）（復(fù)雜加載）Cmin3.5 穩(wěn)定變應(yīng)力時安全系數(shù)的計算穩(wěn)定變應(yīng)力時安全系數(shù)的計算3.5.1 單向應(yīng)力狀態(tài)時的安全系數(shù)單向應(yīng)力狀態(tài)時的安全系數(shù)常數(shù)r1r1minmaxminmaxmar1r1tgma1、圖解法、圖解法最大應(yīng)力安全系數(shù)最大應(yīng)力安全系數(shù) ：OCCOHCOHCGOGSamammaxmax平均應(yīng)力安全系數(shù)平均應(yīng)力安全系數(shù) ：OHOGSmmm應(yīng)力幅安全系數(shù)應(yīng)力幅安全系數(shù) ：HCCGSaaaamSSS11111

11、1OCCOMCCLOMOLMCOMCLOLS2、解析法、解析法maD1N0ND0ND1N)k(k2k)k(2k)k(kmDD1Na)k(1)(kk0012 等效系數(shù)或敏等效系數(shù)或敏感系數(shù)感系數(shù) mDD1Na)k(1)(kk0012aammamD1Na)(kkamaD1NaaaS)(kkSamaD1NaaaS)(kkSmaDae)k(maDae)k( SSmaSSSmaS塑性變形只需按靜強度計算塑性變形只需按靜強度計算 總結(jié)：總結(jié)：在在r=常數(shù)的情況下，當(dāng)工作應(yīng)力點位于常數(shù)的情況下，當(dāng)工作應(yīng)力點位于OAEO區(qū)區(qū)域內(nèi)時，對應(yīng)的許用極限應(yīng)力點落在域內(nèi)時，對應(yīng)的許用極限應(yīng)力點落在AE直線上，可能發(fā)直線

12、上，可能發(fā)生的失效形式為疲勞破壞，故應(yīng)按疲勞強度計算。當(dāng)工作生的失效形式為疲勞破壞，故應(yīng)按疲勞強度計算。當(dāng)工作應(yīng)力點位于應(yīng)力點位于OESO區(qū)域內(nèi)時，對應(yīng)的許用極限應(yīng)力點落在區(qū)域內(nèi)時，對應(yīng)的許用極限應(yīng)力點落在ES直線上，可能發(fā)生的失效形式為塑性變形，應(yīng)按靜強直線上，可能發(fā)生的失效形式為塑性變形，應(yīng)按靜強度計算。計算時，常不易判斷工作點所在區(qū)域，為安全起度計算。計算時，常不易判斷工作點所在區(qū)域，為安全起見，兩種方法都要計算。見，兩種方法都要計算。脆性材料不驗算屈服強度安全系數(shù)。脆性材料不驗算屈服強度安全系數(shù)。 例題例題3.2 一桿件如圖一桿件如圖3.20所示，受脈動循環(huán)拉所示，受脈動循環(huán)拉力力 ，

13、r=常數(shù)，材料為常數(shù)，材料為40Mn鋼，調(diào)質(zhì)處理，鋼，調(diào)質(zhì)處理，200HB230HB，B735MPa，S471MPa，圓角精銑加，圓角精銑加工工(相當(dāng)于精車相當(dāng)于精車)，要求應(yīng)力循環(huán)次數(shù)不低于，要求應(yīng)力循環(huán)次數(shù)不低于5 ，求圓角，求圓角處危險截面的安全系數(shù)處危險截面的安全系數(shù)S。510N1030NF5解：解： 1、求、求 和和 ma2mm21002584A0FminN103F5max0AFminminMPa1432100103AF5maxmax0rmaxminMPa5 .7121432maxam2、求、求 和和1 -0MPa30173541. 041. 0B1 -MPa5123017 . 17

14、 . 1103、求、求kN39. 110510NNk957m0N4、求圓角處、求圓角處D)k(56. 285. 068. 048. 1k)k(D48. 1) 175. 1 (64. 01) 1(q1k q=0.64 75. 168. 00.855、用圖解法求安全系數(shù)、用圖解法求安全系數(shù)MPa4 .16356. 230139. 1)k(kD1NMPa13956. 2251239. 1)k(2kD0NMPa8 .355251239. 12k0NA（0，163.4) B（355.8，139） S（471，0） 14. 2100214OCCOSSa6、用解析法求安全系數(shù)、用解析法求安全系數(shù)計算疲勞強度

15、安全系數(shù)計算疲勞強度安全系數(shù) 14. 271.50.17671.52.5630139. 1)(kkSSmaD1Na176. 051251230122001計算屈服強度安全系數(shù)計算屈服強度安全系數(shù) 29. 35 .715 .71471SmaS例例2 已知某鋼材的機械性能為已知某鋼材的機械性能為 。（1）試按比例繪制該材料的簡化疲勞極限應(yīng)力圖；）試按比例繪制該材料的簡化疲勞極限應(yīng)力圖；（2）由該材料制成的零件，承受非對稱循環(huán)應(yīng)力，其應(yīng)力）由該材料制成的零件，承受非對稱循環(huán)應(yīng)力，其應(yīng)力循環(huán)特性循環(huán)特性r=0.3，工作應(yīng)力，工作應(yīng)力 ，零件的有效應(yīng)，零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)力集中系數(shù) ，零件的尺寸系數(shù)，

16、零件的尺寸系數(shù) ，表面狀，表面狀態(tài)系數(shù)態(tài)系數(shù) ，按簡單加載情況在該圖中標(biāo)出工作應(yīng)力點，按簡單加載情況在該圖中標(biāo)出工作應(yīng)力點及對應(yīng)的極限應(yīng)力點；及對應(yīng)的極限應(yīng)力點；（3）判斷該零件的強度是否滿足要求？）判斷該零件的強度是否滿足要求？500MPa1-1000MPaS800MPa0800MPamax49. 1k83. 01解：解：（1）繪制材料的簡化疲勞極限應(yīng)力圖。）繪制材料的簡化疲勞極限應(yīng)力圖。 S（1000，0）EA（0，500）B（400，400）135OamA（0， ）B（ ， ） S（ ，0）1 -2/02/0SA（0，500）B（400，400）S（1000，0） （2）繪制零件的許用極

17、限應(yīng)力圖）繪制零件的許用極限應(yīng)力圖1kN)k(k(0AAD1N，k)k(D)k(2k2k(BBD0N0N，S點不必進行修正點不必進行修正 A（0，278.5） B（400，222.8）S （1000，0） S（1000，0）EA（0，500）B（400，400）135OamA（0，278.5） B（400，222.8）S （1000，0） A（0，278.5）B（400，222.8）E（3）確定工作應(yīng)力點）確定工作應(yīng)力點M的坐標(biāo)。的坐標(biāo)。240MPa8003 . 0rmaxmin280MPa22408002minmaxa520MPa22408002minmaxm工作應(yīng)力點的坐標(biāo)為工作應(yīng)力點的坐

18、標(biāo)為M（520，280） S（1000，0）EA（0，500）B（400，400）135OamA（0，278.5） B（400，222.8）S （1000，0） A（0，278.5）B（400，222.8）EM（520，280）M（520，280）MM點落在疲勞安全區(qū)點落在疲勞安全區(qū)OAE以外，該零件發(fā)生疲勞破壞。以外，該零件發(fā)生疲勞破壞。 例例3 某軸只受穩(wěn)定交變應(yīng)力作用，工作應(yīng)力某軸只受穩(wěn)定交變應(yīng)力作用，工作應(yīng)力 材料的機械性能材料的機械性能 ， ，軸上危險截面的，軸上危險截面的 ， ， 。（1）繪制材料的簡化極限應(yīng)力圖；）繪制材料的簡化極限應(yīng)力圖；（2）用作圖法求極限應(yīng)力及安全系數(shù)（按）

19、用作圖法求極限應(yīng)力及安全系數(shù)（按r=c加載和無限壽加載和無限壽命考慮）；命考慮）；（3）取）取S=1.3，試用計算法驗證作圖法求出的，試用計算法驗證作圖法求出的 ， 及及S值，并校驗此軸是否安全。值，并校驗此軸是否安全。240MPamax40MPamin450MPa1-800MPas700MPa03 . 1k78. 01am解：解：（1）繪制材料的極限應(yīng)力圖）繪制材料的極限應(yīng)力圖 S（800，0）EA（0，450）B（350，350）135OamA（0，450）B（350，350）S（800，0） S（800，0）EA（0，450）B（350，350）135OamA（0，450）B（350，3

20、50）S（800，0） （2）繪制零件的極限應(yīng)力圖）繪制零件的極限應(yīng)力圖 A（0，270）B（350，210）S（800，0）A（0，270）B（350，210）（3）在圖上標(biāo)出工作應(yīng)力點）在圖上標(biāo)出工作應(yīng)力點M 100MPa2402402minmaxm140MPa2402402minmaxa工作應(yīng)力點的坐標(biāo)為工作應(yīng)力點的坐標(biāo)為M（100，140） （4）由作圖法求極限應(yīng)力及安全系數(shù)）由作圖法求極限應(yīng)力及安全系數(shù)（2）繪制零件的極限應(yīng)力圖）繪制零件的極限應(yīng)力圖 A（0，270）B（350，210）S（800，0）S（800，0）EA（0，450）B（350，350）135OamA（0，450）

21、B（350，350）S（800，0） A（0，270）B（350，210）M（100，140）M（100，140）MM（170，241）71. 1170291OMMOSSa（5）用計算法驗證）用計算法驗證r1r1tgma167. 024040rmaxmin4 . 1167. 010.1671mamDD1Na)k(1)(kk2857. 070070045022001667. 178. 03 . 1k)k(Daamm5MPa.2401401002857. 0667. 1450)(kkamD1Na8MPa.1714 . 15 .2404 . 1am 3 . 1S718. 11002857. 0140

22、667. 1450)(kkSmaD1Na此軸疲勞強度達到安全要求此軸疲勞強度達到安全要求 3.6規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力時機械零件的疲勞強度規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力時機械零件的疲勞強度3.6.1 疲勞損傷積累假說疲勞損傷積累假說設(shè)零件受規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)設(shè)零件受規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力力 、 、 ；12n各應(yīng)力作用的循環(huán)次數(shù)分別各應(yīng)力作用的循環(huán)次數(shù)分別為為 、 、 ; 1N2NnN各應(yīng)力單獨作用下材料發(fā)生各應(yīng)力單獨作用下材料發(fā)生疲勞破壞的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分疲勞破壞的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為別為 、 、 ； 1N2NnN變應(yīng)力各循環(huán)一次，壽命損傷率分別為變應(yīng)力各循環(huán)一次，壽命損傷率分別為 、 、 1N12N1nN1各變應(yīng)力循

23、環(huán)各變應(yīng)力循環(huán) 、 、 次后的損傷率分別為次后的損傷率分別為 、 、 。 1N2NnN11NN22NNnnNN疲勞損傷積累假說的表達式疲勞損傷積累假說的表達式 1NNNNNNnn22111NNn1iii或或3.6.2 等效穩(wěn)定變應(yīng)力和壽命系數(shù)等效穩(wěn)定變應(yīng)力和壽命系數(shù)等效應(yīng)力等效應(yīng)力 循環(huán)循環(huán) 次的損傷效應(yīng)等同于非穩(wěn)定變應(yīng)力下次的損傷效應(yīng)等同于非穩(wěn)定變應(yīng)力下各應(yīng)力各應(yīng)力 分別循環(huán)分別循環(huán) 次的總效應(yīng)。次的總效應(yīng)。vvNiiNin1imivmvNNimn1ivivNN0mrvmrvNNmv0NNNkrNrmv0rvkNNmn1iimvi0mv0NNNNNk3.6.3 規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力時安全系數(shù)的

24、計算步驟規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力時安全系數(shù)的計算步驟取等效應(yīng)力取等效應(yīng)力 等于非穩(wěn)定變應(yīng)力中作用時間最長的和等于非穩(wěn)定變應(yīng)力中作用時間最長的和(或或)起起主要作用的應(yīng)力主要作用的應(yīng)力 ，并取，并取 的應(yīng)力幅的應(yīng)力幅 和平均應(yīng)力和平均應(yīng)力 相應(yīng)地等于相應(yīng)地等于 的應(yīng)力幅的應(yīng)力幅 和平均應(yīng)力和平均應(yīng)力 。vivavmviaimi求等效循環(huán)次數(shù)求等效循環(huán)次數(shù) 。 vN求等效循環(huán)次數(shù)時的壽命系數(shù)求等效循環(huán)次數(shù)時的壽命系數(shù) 和疲勞極限和疲勞極限 。 Nkrv按等效應(yīng)力計算疲勞強度安全系數(shù)。按等效應(yīng)力計算疲勞強度安全系數(shù)。 按最大非穩(wěn)定變應(yīng)力計算塑性材料屈服強度安全系數(shù)。按最大非穩(wěn)定變應(yīng)力計算塑性材料屈服強度安

25、全系數(shù)。 例題例題3.3 圖圖3.23a為一機械工作時的載荷變化圖為一機械工作時的載荷變化圖(稱為載荷譜稱為載荷譜)，在一零件上相應(yīng)引起規(guī)律性非穩(wěn)定對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力在一零件上相應(yīng)引起規(guī)律性非穩(wěn)定對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力(圖圖3.23b)，設(shè)計時近似用三級穩(wěn)定對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力來模，設(shè)計時近似用三級穩(wěn)定對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力來模擬，擬， 、 、 ，在每一工作，在每一工作周期內(nèi)各應(yīng)力均作用一次，已工作了周期內(nèi)各應(yīng)力均作用一次，已工作了 周期，零件材料在周期，零件材料在循環(huán)循環(huán) 時，時， 。求。求1)零件的總壽命損傷率；零件的總壽命損傷率；2)估估計零件剩余壽命還能工作多少周期。計零件剩余壽命還能工作多少周期。60

26、0MPa1550MPa2450MPa3510710400MPa1- 解：解：1、求總壽命損傷率、求總壽命損傷率F0m1-imiNNmi10iNN59711060. 260040010N59721069. 555040010N59731064.3445040010N532110NNN總壽命損傷率總壽命損傷率 59. 01064.34101069. 510102.6010NNNNNNF5555553322112、求剩余工作周期、求剩余工作周期RN壽命剩余率壽命剩余率 R=1-F=1-0.59=0.413R2R1RNNNNNNR700001069. 51060. 21064.341060. 2106

27、4.341069. 51064.341069. 51060. 241. 0NNNNNNNNNRN555555555213132321R例題例題3.4 轉(zhuǎn)軸截面上的非穩(wěn)定對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力如圖轉(zhuǎn)軸截面上的非穩(wěn)定對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力如圖3.24所示。轉(zhuǎn)軸工作時間所示。轉(zhuǎn)軸工作時間 為為200h，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n為為100r/min。材料為。材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理鋼，調(diào)質(zhì)處理200HB， ， ，求壽，求壽命系數(shù)命系數(shù) 、疲勞極限、疲勞極限 和安全系數(shù)和安全系數(shù) 。ht270MPa15 . 2kDNk1v-aS解：解：1、求壽命系數(shù)、求壽命系數(shù)取取m9 選定等效應(yīng)力選定等效應(yīng)力 80MPa2v 求各變應(yīng)力循環(huán)次

28、數(shù)求各變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)18000020020310060ttt60n60ntNh1h11600000200201010060ttt60n60ntNh2h2242000020020710060ttt60n60ntNh3h33求等效循環(huán)次數(shù)求等效循環(huán)次數(shù)77999im31iviv1010194. 06 . 160000013411054200008020600000808018000080100NN求壽命系數(shù)求壽命系數(shù) 2 . 110194. 010NNk977mv0N2、求疲勞極限、求疲勞極限324MPa2702 . 1k1N1v-3、求安全系數(shù)、求安全系數(shù)80MPaav0mv62. 1805 .

29、 22702 . 1)(kkSmvavD1Na本章難點：本章難點： 穩(wěn)定循環(huán)簡單變應(yīng)力時極限應(yīng)力和安全系數(shù)的確定。穩(wěn)定循環(huán)簡單變應(yīng)力時極限應(yīng)力和安全系數(shù)的確定。1、當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=N0的對稱循環(huán)變應(yīng)力時的極限應(yīng)力的對稱循環(huán)變應(yīng)力時的極限應(yīng)力和安全系數(shù)和安全系數(shù) 極限應(yīng)力為極限應(yīng)力為 1最大工作應(yīng)力最大工作應(yīng)力 amax安全系數(shù)安全系數(shù) a1S考慮應(yīng)力集中等因素的影響安全系數(shù)考慮應(yīng)力集中等因素的影響安全系數(shù) aD1)k(S2、當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=N0時的非對稱循環(huán)應(yīng)力的極限應(yīng)力和時的非對稱循環(huán)應(yīng)力的極限應(yīng)力和安全系數(shù)安全系數(shù)amramminammax)(21min

30、maxa)(21minmaxmmamaamammaxmin/1/1rtg1tg1rr1r1tg或或2/2/0m01a1aammmaa1amam1mmama1amr)(ma1mamama1maxr)()(SmaD1)k(SmaSmaxSS3、當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NN0時零件在變應(yīng)力下的極限應(yīng)力和安時零件在變應(yīng)力下的極限應(yīng)力和安全系數(shù)全系數(shù)常數(shù)0mrmrNNNrNm0rrNkNNmama1r)(m0NNNkmaD1N)k(kS1 -N1N-kaD1N)k(kS1、某齒輪傳動裝置如圖所示，輪、某齒輪傳動裝置如圖所示，輪1為主動輪，則輪為主動輪，則輪2的齒面的齒面接觸應(yīng)力按接觸應(yīng)力按 變化。

31、變化。A 對稱循環(huán)對稱循環(huán)B 脈動循環(huán)脈動循環(huán) C 循環(huán)特性循環(huán)特性r=-0.5的循環(huán)的循環(huán) D 循環(huán)特性循環(huán)特性r=+1的循環(huán)的循環(huán)O1O2O312、上圖所示的齒輪傳動裝置，輪、上圖所示的齒輪傳動裝置，輪1為主動輪，當(dāng)輪為主動輪，當(dāng)輪1作雙向回作雙向回轉(zhuǎn)時，則輪轉(zhuǎn)時，則輪1齒面接觸應(yīng)力按齒面接觸應(yīng)力按 變化。變化。A 對稱循環(huán)對稱循環(huán)B 脈動循環(huán)脈動循環(huán) C 循環(huán)特性循環(huán)特性r=-0.5的循環(huán)的循環(huán) D 循環(huán)特性循環(huán)特性r=+1的循環(huán)的循環(huán)3、兩等寬的圓柱體接觸，其直徑、兩等寬的圓柱體接觸，其直徑d1=2d2，彈性模量，彈性模量E1=2E2，則其接觸應(yīng)力值為則其接觸應(yīng)力值為 。A、H1 =H

32、2 B、H1 =2H2 C、H1 =4H2 D、H1 =H24、某四結(jié)構(gòu)及性能相同的零件甲、乙、丙、丁，若承受最、某四結(jié)構(gòu)及性能相同的零件甲、乙、丙、丁，若承受最大應(yīng)力大應(yīng)力max的值相等，而應(yīng)力循環(huán)特性的值相等，而應(yīng)力循環(huán)特性r分別為分別為+1、0、-0.5、-1，則其中最易發(fā)生失效的零件是，則其中最易發(fā)生失效的零件是 。A、甲、甲 B、乙、乙 C、丙、丙 D、丁、丁5、某鋼制零件材料的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限、某鋼制零件材料的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限-1=300MPa，若，若疲勞曲線指數(shù)疲勞曲線指數(shù)m=9，應(yīng)力循環(huán)基數(shù)，應(yīng)力循環(huán)基數(shù)N0=10 ，當(dāng)該零件工作的實，當(dāng)該零件工作的實際應(yīng)力循環(huán)次數(shù)際應(yīng)

33、力循環(huán)次數(shù)N=10 時，則按有限壽命計算，對應(yīng)于時，則按有限壽命計算，對應(yīng)于N的疲的疲勞極限勞極限-1N為為 MPa。75A、300B、428C、500.4D、430.56、在極限應(yīng)力圖中，工作應(yīng)力點、在極限應(yīng)力圖中，工作應(yīng)力點N的位置如圖所示。加載情的位置如圖所示。加載情況屬于況屬于min=常數(shù)情況，試用作圖法判定其材料的極限應(yīng)力取常數(shù)情況，試用作圖法判定其材料的極限應(yīng)力取為為 。NA(0，-1）ES(s,0)ma0A、BB、0C、-1D、s7、在圖示極限應(yīng)力圖中，、在圖示極限應(yīng)力圖中，M點位工作應(yīng)力點，應(yīng)力循環(huán)特性點位工作應(yīng)力點，應(yīng)力循環(huán)特性r=常數(shù)，常數(shù)，NO線與橫坐標(biāo)軸間夾角線與橫坐標(biāo)

34、軸間夾角=40，則該零件所受的應(yīng)，則該零件所受的應(yīng)力類行為力類行為 。MA(0，-1）ES(s,0)ma0NA、不變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力、不變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力B、變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力、變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力C、對稱循環(huán)變應(yīng)力、對稱循環(huán)變應(yīng)力D、脈動循環(huán)變應(yīng)力、脈動循環(huán)變應(yīng)力8、某結(jié)構(gòu)尺寸相同的零件，當(dāng)采用、某結(jié)構(gòu)尺寸相同的零件，當(dāng)采用 材料制造時，其有效材料制造時，其有效應(yīng)力集中系數(shù)最大。應(yīng)力集中系數(shù)最大。A、HT200 B、35號鋼號鋼 C、40CrNi D、45號鋼號鋼9、某截面形狀一定的零件，當(dāng)其尺寸增大時，其疲勞極限值、某截面形狀一定的零件，當(dāng)其尺寸增大時，其疲勞極限值將隨之將隨

35、之 。A、增高、增高 B、降低、降低C、不變、不變D、規(guī)律不定、規(guī)律不定10、對于承受簡單的拉、壓、彎及扭矩等體積應(yīng)力的零件，、對于承受簡單的拉、壓、彎及扭矩等體積應(yīng)力的零件，其相應(yīng)應(yīng)力與外載荷成其相應(yīng)應(yīng)力與外載荷成 關(guān)系；而對理論上為線接觸的兩關(guān)系；而對理論上為線接觸的兩接觸表面處的接觸應(yīng)力與法向外載荷成接觸表面處的接觸應(yīng)力與法向外載荷成 關(guān)系；對于理論關(guān)系；對于理論上為點接觸的接觸應(yīng)力與法向外載荷成上為點接觸的接觸應(yīng)力與法向外載荷成 關(guān)系。關(guān)系。A、線性、線性 B、F C、 F D、 F 1/31/22ACB1、機械零件設(shè)計計算的最基本計算準(zhǔn)則是、機械零件設(shè)計計算的最基本計算準(zhǔn)則是 。強度

36、強度2、機械零件的主要失效形式有、機械零件的主要失效形式有 、 、 、 。整體斷裂、表面破壞、變形量過大、破壞正常工作條件引起整體斷裂、表面破壞、變形量過大、破壞正常工作條件引起的失效。的失效。3、機械零件的表面損壞形式主要有、機械零件的表面損壞形式主要有 、 、 、 。磨損、壓潰、接觸疲勞、腐蝕。磨損、壓潰、接觸疲勞、腐蝕。4、產(chǎn)品樣機試驗完成后，為使設(shè)計達到最佳化，需對設(shè)計方、產(chǎn)品樣機試驗完成后，為使設(shè)計達到最佳化，需對設(shè)計方案進行案進行 評價和評價和 評價工作。評價工作。技術(shù)評價、經(jīng)濟評價技術(shù)評價、經(jīng)濟評價5、作用于機械零件上的名義載荷是指、作用于機械零件上的名義載荷是指 ，而設(shè)計，而設(shè)

37、計零件時，應(yīng)按零件時，應(yīng)按 進行計算，它和名義載荷間的關(guān)系進行計算，它和名義載荷間的關(guān)系式為式為 。根據(jù)額定功率用力學(xué)公式計算出的作用于零件上的載荷；根據(jù)額定功率用力學(xué)公式計算出的作用于零件上的載荷；計算載荷；計算載荷；計算載荷等于名義載荷剩以載荷系數(shù)計算載荷等于名義載荷剩以載荷系數(shù)K。6、提高機械零件強度的主要措施有、提高機械零件強度的主要措施有 （列舉三（列舉三項）。項）。合理布置零件；減小所受載荷；降低載荷集中；均勻載荷合理布置零件；減小所受載荷；降低載荷集中；均勻載荷分布；采用等強度結(jié)構(gòu)；選用合理截面、減小應(yīng)力集中。分布；采用等強度結(jié)構(gòu)；選用合理截面、減小應(yīng)力集中。7、判斷機械零件強度

38、的兩種方法是、判斷機械零件強度的兩種方法是 及及 ；其；其相應(yīng)的強度條件式分別為相應(yīng)的強度條件式分別為 及及 。判斷危險截面處的最大應(yīng)力是否小于或等于許用應(yīng)力；判斷危險截面處的最大應(yīng)力是否小于或等于許用應(yīng)力；判斷危險截面處的實際安全系數(shù)是否大于或等于許用安全系判斷危險截面處的實際安全系數(shù)是否大于或等于許用安全系數(shù)；數(shù)； SS8、在靜載荷作用下的機械零件，不僅可以產(chǎn)生、在靜載荷作用下的機械零件，不僅可以產(chǎn)生 應(yīng)力，應(yīng)力，也可能產(chǎn)生也可能產(chǎn)生 應(yīng)力。應(yīng)力。靜應(yīng)力；變應(yīng)力靜應(yīng)力；變應(yīng)力9、在變應(yīng)力工況下，機械零件的強度失效是、在變應(yīng)力工況下，機械零件的強度失效是 ；這種損；這種損壞的斷面包括壞的斷面包括 和和 兩部分。兩部分。疲勞斷裂；光滑區(qū)；粗糙區(qū)。疲勞斷裂；光滑區(qū)；粗糙區(qū)。10、在靜應(yīng)力工況下，機械零件的強度失效是、在靜應(yīng)力工況下，機械零件的強度失效是 或或 。塑性變形；斷裂塑性變形；斷裂11、機械零件的表面強度主要指、機械零件的表面強度