第三章影响疲劳强度的因素.
钢材疲劳强度的影响因素
钢材疲劳强度的影响因素
钢材疲劳强度是指在循环荷载作用下，钢材所能承受的最大应力值。
疲劳强度的高低直接影响着钢材的使用寿命和安全性能。
那么，影响
钢材疲劳强度的因素有哪些呢？
1.材料的化学成分
钢材的化学成分是影响其疲劳强度的重要因素之一。
一般来说，含碳
量较高的钢材疲劳强度较低，而含硅、锰等元素的钢材疲劳强度较高。
此外，钢材中的夹杂物、氧化物等也会对疲劳强度产生影响。
2.材料的热处理状态
钢材的热处理状态也会影响其疲劳强度。
一般来说，经过正火、淬火
等热处理的钢材疲劳强度较高，而退火状态下的钢材疲劳强度较低。
3.应力水平
钢材的疲劳强度与应力水平密切相关。
在相同的应力水平下，钢材的
疲劳强度越高，其使用寿命也就越长。
因此，在设计和使用钢材时，
应根据实际情况选择合适的应力水平。
4.循环次数
循环次数也是影响钢材疲劳强度的因素之一。
在相同的应力水平下，循环次数越多，钢材的疲劳强度也就越低。
因此，在设计和使用钢材时，应尽量减少循环次数，以延长其使用寿命。
5.工作温度
钢材的工作温度也会影响其疲劳强度。
一般来说，钢材在低温下的疲劳强度较高，而在高温下的疲劳强度较低。
因此，在设计和使用钢材时，应根据实际情况选择合适的工作温度。
综上所述，钢材疲劳强度受多种因素的影响，其中材料的化学成分、热处理状态、应力水平、循环次数和工作温度是比较重要的因素。
在设计和使用钢材时，应根据实际情况选择合适的钢材材料和热处理状态，并合理控制应力水平和循环次数，以延长钢材的使用寿命和提高其安全性能。
影响螺栓疲劳强度的因素
影响螺栓疲劳强度的因素螺栓的疲劳强度是指螺栓在长期循环载荷作用下出现疲劳失效之前所能承受的最大应力。
螺栓的疲劳强度受到多种因素的影响，下面将对其中一些主要因素进行详细介绍。
1.材料特性：螺栓的材料特性是影响疲劳强度的关键因素之一、常见的螺栓材料有碳钢、合金钢、不锈钢等。
材料的强度、韧性、塑性以及材料的加工工艺都会对螺栓的疲劳强度产生影响。
2.载荷特性：载荷是螺栓疲劳失效的主要原因之一、对于螺栓来说，载荷可以分为静载荷和动载荷。
静载荷是指螺栓在不发生变化的情况下所受到的常态载荷，动载荷是指螺栓在变化的情况下所受到的周期性载荷。
静载荷对螺栓的疲劳强度影响较小，而动载荷对螺栓的疲劳强度影响较大。
3.加工质量：螺栓的加工质量是影响疲劳强度的重要因素之一、如果螺栓的加工不良，例如存在毛刺、裂纹、过热等问题，都会对螺栓的疲劳强度产生不利影响。
因此，在螺栓的加工过程中需要严格控制质量。
4.表面处理：表面处理是提高螺栓疲劳强度的有效方法之一、常见的表面处理方法有镀锌、喷涂、镀铬等。
这些表面处理方法可以增加螺栓的耐腐蚀性和耐疲劳性，从而提高螺栓的疲劳强度。
5.应力集中：螺栓中存在的缺陷和几何形状不均匀会导致应力集中，从而降低螺栓的疲劳强度。
因此，在设计螺栓连接时需要尽量避免应力集中的情况。
6.工作环境：螺栓的工作环境也会对其疲劳强度产生影响。
例如高温、湿润、腐蚀性环境会加速螺栓的疲劳失效。
因此，在设计螺栓连接时需要考虑工作环境因素，选择适当的材料和表面处理方法。
总之，螺栓的疲劳强度受到多种因素的影响，包括材料特性、载荷特性、加工质量、表面处理、应力集中和工作环境等。
在设计和使用螺栓连接时，需要综合考虑这些因素，确保螺栓的疲劳强度满足所需的要求。
第三章 影响疲劳强度的因素
• •
拉压缺口系数
Kf = (σ )
弯曲缺口系数
Kσ = (σ )
剪切缺口系数
Kτ =
K (τ −1 ) d
(σ −1 )d
K −1 d
(σ −1 )d
K −1 d
(τ −1 )d
主要的应力集中的影响特性： （1）钢的σb愈高，则有效应力集中系数Kσ及Kτ值愈 大。可见，高强度钢的Kσ及Kτ值比低碳钢大，所以应 力集中对刚强度钢的疲劳极限影响较大； （2）对于给定的直径d，圆角半径r愈小，则应力集 中愈严重。 （3）应力集中影响系数与σb之间的变化关系，可以 由已知的结果曲线插值得到；
3.4 其他因素的影响
（1）载荷类型：拉压最严重，其次是旋转载荷，弯曲载荷严重程度最小；
（2）加载频率： 正常频率——5～300Hz，一般认为在此加载频率范围内，疲劳 极限影响不考虑； 低频——0.1～5Hz：疲劳极限会降低； 高频——300～100000Hz：疲劳极限会升高。 加载频率影响还与加载应力有关，应力越高，频率影响越大。
这是因为大尺寸试件含有更多的疲劳损伤源裂纹萌生的概率就高从而导致疲劳强度下上面两个试样承受弯矩m的作用若两个试样的最大应力max相同对某一高应力区域来说大试样在此应力区域内的金属晶颗粒数要大于小试样在此应力区域的金属晶颗粒数对疲劳强度来说至少要有一定数量的晶粒达到某一应力极限值时才会产生疲劳裂纹
第三章 影响疲劳强度的因素
（3）载荷波形：主要是在高温腐蚀环境下影响较明显，主要是最大载荷停留 时间的影响；而一般的适用环境可以不考虑该影响。
q= K f −1 Kt −1
（3）敏感系数q和力流线 敏感系数q在0～1之间变化。
q=
K f −1 Kt −1
第3章 影响机械零件疲劳强度的因素
极限应力线图
极限应力线图用来表示平均应力对疲劳强度的影响 在疲劳设计中，常用平均应力折算系数将平均应力折算为等效应力 幅 常用的极限应力线图有三种
1 q 1 a / r 1 q 1 0 .6 a / r
赵少卞和王忠保公式
赵少卞和王忠保等人用Q235A、16Mn35、45#、40Cr、60Si2Mn等钢材对疲
劳缺口系数进行了系统的实验研究，提出的计算疲劳缺口系数的简单的单参数计 算公式：
K
Kt 0.88 AQb
(3 8)
a 1[1 ( m / b ) ]
2
(3 17)
(3 18)
各计算公式中
1899年的古1 m / s )
a 0.5( max min ) 1 R m 0.5( max min ) 1 R
tan
海夫图比史密斯图醒目，使用更 广泛。
等寿命图
表示相同寿命时不同
应力比下的疲劳极限 间关系的线图都是等
寿命图。即给定寿命
下σa、 σm 、
σmax 、 σmin 间关
表面加工系数β1 、腐蚀系数β2、表面强化系数β3。
表面加工系数β1 定义：具有某种加工表面的标准光滑试样与磨光（抛光）标准光滑试样的疲 劳极限之比
1 1 1 1
(3 11)
图表。加工方法对疲劳强度的影响是三种因素共同作用的结果，很难分别考 虑各自的影响，一般根据实验用图表来表示。 不同循环次数N下的β1-sb关系曲线
第3章机械零件的疲劳强度
(kt ) D
说明
t t
kt
应力集中、零件尺寸和表面状态都只对应力幅有影 响，即疲劳极限主要受应力幅的影响
第三节 许用疲劳极限应力图
稳定变应力和非稳定变应力 许用（零件）疲劳极限应力图 工作应力增长规律
一、稳定变应力和非稳定变应力
稳定变应力：在每次循环中，平均应力σm、应力幅σa
和周期T都不随时间变化的变应力
2
45°
O
s0
2
45°
F S
sS
sm
sB
三、工程中的简化极限应力图（2）
sa
A B
疲劳塑性失 效区
s -1 s 0
疲劳和 塑性安 全区
2
45°
O
s0
2
F
sS
S
sm
sB
三、工程中的简化极限应力图（3）
sa
A B
疲劳塑性失 效区
s -1 s 0
疲劳和 塑性安 全区
2
45°
O
s0
2
45°
F
sS
S
sm
sB
sa
A
B
E
s -1
s0
2
45°
O
s0
2
45°
sS
S
sm
F
sB
s AE上各点： max s lim s m s a
如果 s max s max 不会疲劳破坏
s ES上各点： lim s m s a s s 如果 s max s s 不会屈服破坏
第三章 机械零件的疲 劳强度
机械零件的疲劳强度设计方法
1、安全——寿命设计
金属材料疲劳强度
金属材料疲劳强度引言：金属材料在使用过程中经常会受到变形和应力的作用，长期使用后容易出现疲劳现象。
疲劳强度是评估材料在疲劳加载下的抗疲劳性能的重要指标。
本文将介绍金属材料疲劳强度的概念、影响因素以及测试方法。
一、疲劳强度的概念疲劳强度是指材料在循环加载下承受的最大应力，也称为疲劳极限。
其单位为MPa或N/mm²。
疲劳强度是金属材料的重要性能指标之一，对材料的使用寿命和可靠性有着重要影响。
二、影响因素1. 材料的组织结构：晶体结构的排列方式、晶粒大小和晶界的形态对疲劳强度有着显著影响。
晶粒越细小，晶界越强固，材料的疲劳强度越高。
2. 表面质量：表面缺陷如裂纹、划痕等会成为疲劳起始点，导致疲劳破坏的发生。
因此，良好的表面质量有助于提高疲劳强度。
3. 加工硬化：金属材料经过加工后，晶粒会细化，晶界也会变得更加强固，因此加工硬化能够提高材料的疲劳强度。
4. 温度：温度对金属材料的疲劳强度有一定影响。
一般情况下，随着温度的升高，材料的疲劳强度会降低。
5. 应力水平：应力水平是指材料在循环加载下所受到的应力大小。
较低的应力水平可以提高材料的疲劳强度。
三、测试方法1. S-N曲线法：该方法是目前应用最广泛的疲劳试验方法之一。
实验中通过不同应力水平下的循环加载，记录下材料的疲劳寿命，然后绘制S-N曲线，得出疲劳强度。
2. 破坏断口分析法：该方法通过观察材料的疲劳破坏断口来判断疲劳强度。
根据断口的形貌、特征来分析疲劳破坏的机制和强度。
3. 微观结构分析法：该方法通过显微镜、扫描电镜等工具对材料的微观结构进行观察和分析，进而推断疲劳强度。
结论：金属材料的疲劳强度是评估材料抗疲劳性能的重要指标。
疲劳强度受到多种因素的影响，如材料的组织结构、表面质量、加工硬化、温度和应力水平等。
为了准确评估材料的疲劳强度，可以采用S-N 曲线法、破坏断口分析法和微观结构分析法等测试方法。
通过研究和提高材料的疲劳强度，可以延长材料的使用寿命，提高产品的可靠性。
第三章 影响疲劳强度的因素
（3）由D/d<2时折算系数 ξ 曲线，可查得D/d＝1.1时得 折算系数ξ＝0.65 （4）将上述结果代入公式Kσ＝1+ξ（Kσ0-1），即可求得 该圆轴得有效应力集中系数 Kσ＝1+ξ（Kσ0-1）＝1+0.65×（2.10-1）＝1.72 零件外形改变得形式不同，其有效应力集中系数也 不同。其他各种形式（如油孔、键槽、螺纹）得有效应 力集中系数值，可查阅有关得“设计手册”。
• •
尺寸效应的影响可由对比试验测得。 设对称循环下，光滑大试样的疲劳极限为（σ－1）d，光滑小试样的疲劳极限 为σ－1，则两者的比值称为尺寸效应系数，用ε表示。 ε＝（σ－1）d/σ－1 Ε总是小于1的系数，对于拉压试样，可取ε＝1，表示不受尺寸影响。
• •Βιβλιοθήκη 3.3 表面光洁度表面光洁度对疲劳强度有很大的影响，零件经过加工后所造成的表面缺陷， 是引起应力集中的因素，因而降低了疲劳强度。 表面加工对疲劳极限的影响，可用“表面加工系数”β1表示。 β1是某种加工试样的疲劳极限与标准试样的疲劳极限的比值，他是一个小于 1的系数，表示疲劳极限降低的百分数。
主要的应力集中的影响特性： （4）下图中得所有曲线只适用于D/d＝2，d＝30～50mm的大试样情况， 当D/d<2时，有效应力集中系数按下式折算 Kσ＝1+ξ（Kσ0-1） Kτ＝1+ξ（Kτ0-1）
例，已知某矿车车轮轴为合金钢制造，其材料的抗拉强 度σb＝900MPa。如图所示，D＝44mm，d＝40mm，圆 角半径r＝2mm，确定此轴在弯曲对称循环时的Kσ值。 解： （1）车轴尺寸的几何关系 D/d＝44/40＝1.1 r/d＝2/40＝0.05 （2）由弯曲时有效应力集中关系数Kσ0曲线可知 对于σb＝500MPa的钢，Kσ0＝1.90 对于σb＝1200MPa的钢，Kσ0＝2.25 对于σb＝900MPa的钢，可用直线内插法求得 Kσ0＝1.90+(900-500)/(1200-500)×(2.25-1.90)＝2.10
第3章影响机械零件疲劳强度的因素
K f 1 12345
(3 3)
❖ 敏感系数法。世界通用的方法。利用理论应力集中系数Kt和疲劳缺口敏感系 数q来计算疲劳缺口系数。（比较重要的公式）
K f 1 q(Kt 1)
(3 4)
❖ 由于有缺口，使局部应力提高的倍数为Kt，使疲劳强度降低的倍数为Kf。
➢ 国外，通常把有效应力集中系数称为疲劳缺口系数，并常用Kf统一表示正应力和切 应力下的疲劳缺口系数。
❖ 有效应力集中系数(Kf)的其他叫法：疲劳缺口系数、疲劳强度降低系数。
确定有效应力集中系数Kf的方法
❖ 疲劳试验法。根据Kf的定义直接进行疲劳试验，得到相关的曲线（只适用于 一定的形状和材料）
q 1 1 a/r
q
1 1 0.6a / r
赵少卞和王忠保公式
赵少卞和王忠保等人用Q235A、16Mn35、45#、40Cr、60Si2Mn等钢材对疲 劳缺口系数进行了系统的实验研究，提出的计算疲劳缺口系数的简单的单参数计 算公式：
K
Kt 0.88 AQb
(3 8)
❖ 式中，A，b为与热处理方式有关的常数； Q为相对应力梯度。
➢ 1899年的古德曼直线
(3 17)
a 1(1 m / b )
(3 18)
➢ 1935年的索德贝尔格直线
a 1(1 m / s )
➢ 1950年的谢联先折线
(3 19)
1 R 0 时 a 1 m )
(3 20a)
R 0时
a
( 0
/
2)(1 '
)
'
m
)
机械设计简答题填空题
第二章．1、效。
主要表现为磨损.变形.断裂.蚀损2、什么是零件的工作能力？什么是零件的承载能力？承载能力。
3、什么是静载荷.变载荷.名义载荷.变应力？静载荷:大小，位置方向都不变或变化缓慢的载荷；动载荷指，大小位置和方向随时间变化的载荷。
名义载荷:的，平稳工作条件下作用在零件上的载荷，计算载荷:载荷系数k与名义载荷的乘积。
4、稳定循环变应力σmax，σmin，σa，σm，r数代表什么？列出据已知零件的σmax，σmin计算σa σm，及r公式σmax最大应力，σmin最小应力，σa应力幅，σm应力，r循环特性。
σa= （σmax- σmin）/2，σm=（σmax+ σmin）/2，r= σmin/σmax5、提高零件强度的措施有那些？工艺提高零件的表面质量减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸第三章．2、扩展直至发生疲劳断裂。
5、件疲劳强度的措施有哪些？答：1顺序和频率。
2)可能发生的初始裂纹的尺寸。
9、ψσ和ψτ俞高，ψσ和ψτ的值愈大还是愈小？对循环不对称性的敏感俞小第四章．1、低摩擦，减少磨损2、滑动摩擦可分分为哪几种？四种:干摩擦.流体摩擦.混合摩擦.边界摩擦3、根据磨损机理的不同，磨损通常可分为哪几种类型？们各有什么主要特点？反应。
4、机械零件的磨损过程分为那3长零件的寿命？温度过高。
第六章．3、成a转动。
4、哪些？答：1锁住和破坏螺纹副关系三种。
2）利用对顶螺母，胶接等等。
8、常用的提高螺纹联结强度的措施有那些？1、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅2改善螺纹牙上载荷分布不均的现象3减小应力集中的影响4避免附加弯曲应力5采用合理的制造工艺方法9，在螺栓连接中，匀？答：1.载荷分布不均匀的现象。
2.悬置螺母，环槽螺母，内斜螺母，钢丝螺母等等结构。
第七章．1、普通平键的公称长度L与工作长度l答：圆头平键工作长度l = L- bl = Ll = L -b/2,b的宽度2、键的剖面尺寸b×h和键的长度L是如何确定的？压传递转矩。
机械设计-第三章 机械零件的强度(疲劳)
AB（103前）：最大应力值变化很小，相当于静强度状况； BC（103-104）：N增加，σmax减小，有塑性变形特征—应变疲
劳，低周疲劳，不讨论； CD（>104）：有限寿命疲劳阶段 ,任意点的疲劳极限--有限寿
命疲劳极限σrN ，该曲线近似双曲线。
公式描述：
c,m—材料常数 D点后：材料不发生疲劳破坏，无限寿命疲劳阶段,
件的疲劳极限，用综合影响系数Kσ 表示。 如：对称循环弯曲疲劳极限的综合影响系数Kσ。 则：
σ －1试件的对称循环弯曲疲劳极限； σ －1e零件的对称循环弯曲疲劳极限。
不对称时：Kσ 是试件与零件的极限应力幅的比值。
零件的极限应力线图—ADGC 试件线图A’ D’ G’C—综合修正系数Kσ—零件线图ADGC
机械设计
第三章：机械零件的强度（疲劳强度）
主讲老师：吴克勤
第三章 机械零件的强度（疲劳）
一、材料的疲劳特性 1、 σ － N曲线 ①疲劳断裂：变应力下的零件损坏形式，与循环次数有关。 ②特征： σmax< σlim； 脆性材料和塑性材料都突然断裂； 损伤的积累。 ③疲劳极限：循环特征r一定时，应力循环N次后，材料不 发生破坏的最大应力σrN ； ④疲劳曲线：r一定的条件下，表示N与σrN 关系的曲线。
零件的极限应力曲线：
φσe－零件受循环弯曲应力时的材料常数； σ’ae －零件受循环弯曲应力时的极限应力幅； σ’me－零件受循环弯曲应力时的极限平均应力。
Kσ 为弯曲疲劳极限的综合影响系数
kσ－零件的有效应力集中系数（σ 表示在正应力条 件下）；
εσ － 零件的尺寸系数； βσ －零件的表面质量系数； βq －零件的强化系数。 上面所有的计算公式，同样适用于剪切应力。
影响零件疲劳强度的主要因素有
1.影响零件疲劳强度的主要因素有：应力集中、尺寸大小、表面加工质量。
2.静连接与动连接的强度计算区别：压溃（工作面上挤压应力强度校核）、过度磨损（工作面上压力强度校核）3.标准蜗杆传动中，蜗杆直径系数 q 与刚度的关系： d=mq( 模数*系数 )4．螺纹连接防松：一旦松动，轻者影响机器的正常运转，重者造成严重事故。
常用防松措施：摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系。
5.紧螺栓连接中，螺栓刚度对应力辐的影响：降低螺栓刚度或增加被连接件刚度可减小应力辐。
6.双键连接时，切向键两者夹角120－ 130 度，平键 180 度。
7不完全液体润滑径向滑动轴承，要进行验算轴承的平均压力p、轴承的 pv 值、滑动速度 v 条件性计算。
液体润滑径向滑动轴承。
8蜗杆传动中，蜗杆头数与传动效率及自锁性关系：头数越多，传动效率越高，自锁性越不好。
9.带传动中其他参数不变，只有小轮有两种速度，当传递功率不变时应按低速设计该带传动。
按低速的，当功率不变时，速度低的受力大，按力大的选择带传动，保证带的强度。
10.链传动中，为什么链条磨损后更容易从大链轮上脱落：磨损后节距变长，滚子沿大链轮外疲劳强度计算依据：疲劳损伤累移，大链轮容易发生掉链爬高现积假说。
象。
设计时减少大链轮齿数，减17. 为什么小链轮齿数不能选得少滚子沿大链轮的外移量。
过少、大链轮齿数不得过多：齿11.一双齿轮传动中， 1.5 倍。
数过少增加运动的不均匀性和12.在机械设计和使用机器时应动载荷，链条在进入和退出啮合遵从力求缩短磨合期、延长稳定时链接之间的相对转角增大，链磨损期、推迟剧烈磨损的到来。
传动的圆周力增大，从整体上加13.一对啮合的标准圆柱齿轮传速铰链和链轮的磨损。
过大增大动，若齿轮齿数分别为z1 小于了传动的整体尺寸、还容易发生z2,这对齿轮的弯曲应力 1 大于跳链和脱链的现象，从而影响链2. 条使用寿命。
14.普通紧螺栓连接受横向载荷18. 带传动发生打滑的原因：如作用，螺栓中受拉伸应力作用。
第3章 机械零件的疲劳强度
第3章机械零件的疲劳强度㈠基本内容：1. 疲劳断裂特征；2.疲劳曲线和疲劳极限应力图；3.影响机械零件疲劳强度的主要因素；4.许用疲劳极限应力图；5.机械零件的疲劳强度；6.稳定变应力时安全系数的计算；7.规律性非稳定变应力时机械零件的疲劳强度；㈡重点与难点：1重点：疲劳曲线和疲劳极限应力图；许用疲劳极限应力图；影响机械零件疲劳强度的主要因素；机械零件的疲劳强度；稳定变应力时安全系数的计算.2难点：绘制简化的零件疲劳极限应力图；根据许用疲劳极限应力图预测零件的失效；用图解法和解析法计算零件安全系数.㈢基本要求：1熟记疲劳曲线和疲劳极限应力图；2掌握材料的疲劳极限应力图与零件的许用疲劳极限应力图的区别；3掌握机械零件的疲劳强度的概念；4掌握零件的工作安全系数的计算方法.3.1 疲劳断裂特征在变应力下工作的零件，疲劳断裂是主要的失效形式之一。
表面无缺陷的金属材料，其疲劳断裂过程分为两个阶段：第一阶段是零件表面上应力较大处的材料发生剪切滑移，产生初始裂纹，形成疲劳源，疲劳源可以有一个或数个；第二阶段是裂纹尖端在切应力下发生反复塑性变形，使裂纹扩展直至发生疲劳断裂。
实际上，材料内部的夹渣、微孔、晶界以及表面划伤、裂纹、酸洗等都有可能产生初始裂纹。
因此一般说零件的疲劳过程是从第二阶段开始的，应力集中促使表面裂纹产生和发展。
疲劳断裂截面是由表面光滑的疲劳发展区和粗糙的脆性断裂区组成。
零件在变应力下反复变形，裂纹周期地压紧和分开，使疲劳发展区呈光滑状态，在电子显微镜下放大观察，有以疲劳源为中心，间隔为0．1 m一1 m的同心疲劳纹。
每一疲劳纹表示每次应力循环使裂纹延伸的结果。
人眼所见到的同心弧状前沿线是由于机器开停或载荷不稳定使裂纹前进不均衡所造成的。
当载荷稳定时，前沿线可能很轻微甚至没有。
此外，还可以看到自疲劳源向外辐射的条纹，称垄沟纹，粗糙的脆性断裂区是由于剩余截面静应力强度不足造成的。
截面大小与所受载荷有关。
钢材疲劳强度的影响因素
钢材疲劳强度的影响因素1. 引言钢材作为一种常见的结构材料，广泛应用于建筑、桥梁、汽车、航空等领域。
在使用过程中，钢材往往需要承受循环加载的作用，这会导致钢材的疲劳破坏。
疲劳破坏是由于材料在循环加载下产生的微小裂纹逐渐扩展，最终导致失效。
钢材的疲劳强度是指在循环加载下，材料能够承受的最大应力水平。
了解钢材疲劳强度的影响因素，对于设计和使用钢材结构具有重要的意义。
本文将综合论述影响钢材疲劳强度的主要因素，包括材料的组织结构、表面状态、加载条件和环境介质等。
通过深入研究这些影响因素，可以为改进钢材的疲劳强度提供理论依据和工程指导。
2. 影响因素2.1 材料的组织结构钢材的组织结构是影响其疲劳强度的重要因素之一。
一般来说，细晶粒的钢材具有较高的疲劳强度，而粗晶粒的钢材则具有较低的疲劳强度。
细晶粒的钢材由于晶界较多，能够阻碍裂纹的扩展，从而提高了疲劳强度。
此外，钢材的非金属夹杂物和缺陷也会对疲劳强度产生影响。
夹杂物和缺陷会导致应力集中，从而加速裂纹的扩展，降低了钢材的疲劳强度。
因此，在生产和加工过程中，需要通过适当的热处理和控制工艺参数，减少夹杂物和缺陷的形成。
2.2 表面状态钢材的表面状态对疲劳强度也有重要影响。
不良的表面加工和缺乏保护层会导致表面裂纹和腐蚀，从而降低钢材的疲劳强度。
因此，在使用钢材之前，需要采取适当的表面处理措施，例如喷涂防腐漆、镀锌等，以提高钢材的表面质量。
此外，表面的残余应力也会对疲劳强度产生影响。
残余应力可以通过冷加工、热处理等工艺产生，如果残余应力较大且处于表面附近，会导致应力集中和裂纹的扩展。
因此，对于需要承受循环加载的钢材结构，需要进行合适的残余应力处理，以减小其对疲劳强度的影响。
2.3 加载条件钢材的加载条件是影响其疲劳强度的重要因素之一。
加载条件包括加载幅值、加载频率和加载形式。
加载幅值是指循环加载中应力的最大值和最小值之间的差值。
一般来说，加载幅值越大，钢材的疲劳强度越低。
机械设计习题3
第三章机械零件的疲劳强度设计一、选择题3－1 45钢的持久疲劳极限σ-1＝270MPa,，设疲劳曲线方程的幂指数m=9，应力循环基数N0=5×106次，当实际应力循环次数N=104次时，有限寿命疲劳极限为____________MPa。
（1）539 （2）135 （3）175 （4）4173－2 有一根阶梯轴，用45钢制造，截面变化处过渡圆角的疲劳缺口系数Kσ=1.58，表面状态系数β＝0.28，尺寸系数εσ＝0.68，则其疲劳强度综合影响系数KσD=____________。
（1）0.35 （2）0.88 （3）1.14 （4）2.833－3 形状、尺寸、结构和工作条件相同的零件，采用下列不同材料制造：a）HT200；b）35钢；c）40CrNi钢。
其中设计零件的疲劳缺口系数最大和最小的分别是____________。
（1）a）和b）（2）c）和a）（3）b）和c）（4）b）和a）（5）a）和c）（6）c）和b）3－4 零件的截面形状一定，如绝对尺寸（横截面尺寸）增大，疲劳强度将随之____________。
（1）增高（2）不变（3）降低3－5 零件的形状、尺寸、结果相同时，磨削加工的零件与精车加工相比，其疲劳强度____________。
（1）较高（2）较低（3）相同3－6 零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后，其疲劳强度____________。
（1）增高（2）降低（3）不变（4）增高或降低视处理方法而定3－7 影响零件疲劳强度的综合影响系数KσD或KτD与____________等因素有关。
（1）零件的应力集中、加工方法、过载（2）零件的应力循环特性、应力集中、加载状态（3）零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中（4）零件的材料、热处理方法、绝对尺寸。
3－8 已知设计零件的疲劳缺口系数Kσ=1.3、尺寸系数εσ＝0.9、表面状态系数βσ＝0.8。
则疲劳强度综合影响系数KσD为____________。
3 第三章 机械零件的疲劳强度《机械设计》
C点的极限应力为
计算安全系数及疲劳强度条件为：
σ′ k N σ -1 max Sσ = = ≥ [S] σ max (Kσ ) Dσa + ψσ σ m
N点的极限应力点N’位于直线 E’S上， 有： σ'm a x = σ′ α + σ′ m = σs
这说明工作应力为N点时，首 先可能发生的是屈服失效。故 只需要进行静强度计算即可。 σS σS = ≥ [S] 强度计算公式为： Sσ = σ max σ a + σ m
三、规律性非稳定变应力时的疲劳强度计算 按损伤累积假说进行疲劳强度计算 不稳定 规律性 如汽车钢板弹簧的载荷与应力受载重量、行车速度、轮胎充气成都、路面状况、驾驶员水平等因素有关。 变应力 非规律性 用统计方法进行疲劳强度计算
σmax σ1 σmax σ2 σ3 σ4 n2 n3 σ1 σ2
σ-1∞ O n 1
2）当应力作用顺序是先小 后大时，等号右边值 >1； z ni 0 .7 ~ 2 .2 一般情况有： i 1 N i 极限情况：
ni 1 i 1 N i
z
1 m m m i 1 ( n n ... n ) 1 1 1 2 2 z z m m N 0 1 N 0 1
§机械零件的工艺性及标准化
1 何为工艺性？
所设计的零件便于加工且加工费用低
25
2、标准化
对产品的品种、规格、质量、检验等制订标准并加以实施。 1）产品品种规格的系列化： 2）零部件的通用化： 3）产品质量标准化： 标准化的意义：
在制造上可实行专业化大量生产，既可提高产品质量，又 可降低成本；
在设计方面可减小设计工作量； 在管理维修方面，可减小库存和便于更换损坏的零件。
机械零件的疲劳强度
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02
LgσrN
N0
03
04
σr
σrN
m lgN0 lgN
05
N
06
lgN
07
m
08
1
lgrNlgr
❖ 2.循环基数Ｎ０ 据材料性质不同Ｎ０取值也不同。通常金属的 Ｎ０取为107，随着材料的硬度↑，Ｎ０↑。有色金属及高强度合 金钢的疲劳曲线没有无限寿命区。
❖ ３. 不同循环特性ｒ时的疲劳曲线如图所示，ｒ↑→σrN↑、 （τrＮ↑）
a(kkN)D1(k1)Dm
21 0 0
m
m
a
a
m
m
a
a
a
(k
kN1 )D
m a
Saaa(k)DkNa1amkNa1eSa
2(ks )D
C m, a
c1
c
' 1
塑性安全区
O
H
G
影响零件疲劳强度的主要因素有
1.影响零件疲劳强度的主要因素有：应力集中、尺寸大小、表面加工质量。
2.静连接与动连接的强度计算区别：压溃（工作面上挤压应力强度校核）、过度磨损（工作面上压力强度校核）3.标准蜗杆传动中，蜗杆直径系数q与刚度的关系：d=mq(模数*系数) 4．螺纹连接防松：一旦松动，轻者影响机器的正常运转，重者造成严重事故。
常用防松措施：摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系。
5.紧螺栓连接中，螺栓刚度对应力辐的影响：降低螺栓刚度或增加被连接件刚度可减小应力辐。
6.双键连接时，切向键两者夹角120－130度，平键180度。
7不完全液体润滑径向滑动轴承，要进行验算轴承的平均压力p、轴承的pv值、滑动速度v条件性计算。
液体润滑径向滑动轴承。
8蜗杆传动中，蜗杆头数与传动效率及自锁性关系：头数越多，传动效率越高，自锁性越不好。
9.带传动中其他参数不变，只有小轮有两种速度，当传递功率不变时应按低速设计该带传动。
按低速的，当功率不变时，速度低的受力大，按力大的选择带传动，保证带的强度。
10.链传动中，为什么链条磨损后更容易从大链轮上脱落：磨损后节距变长，滚子沿大链轮外移，大链轮容易发生掉链爬高现象。
设计时减少大链轮齿数，减少滚子沿大链轮的外移量。
11.一双齿轮传动中，1.5倍。
12.在机械设计和使用机器时应遵从力求缩短磨合期、延长稳定磨损期、推迟剧烈磨损的到来。
13.一对啮合的标准圆柱齿轮传动，若齿轮齿数分别为z1小于z2,这对齿轮的弯曲应力1大于2.14.普通紧螺栓连接受横向载荷作用，螺栓中受拉伸应力作用。
15.带传动有效拉力与预紧力、包角、摩擦系数的关系：正比关系。
最小初拉力直接决定临界摩擦力的大小，增加摩擦系数和带轮的包角有利于增大临界摩擦力，相应地降低最小初拉力。
16单向规律性不稳定变应力的疲劳强度计算依据：疲劳损伤累积假说。
17.为什么小链轮齿数不能选得过少、大链轮齿数不得过多：齿数过少增加运动的不均匀性和动载荷，链条在进入和退出啮合时链接之间的相对转角增大，链传动的圆周力增大，从整体上加速铰链和链轮的磨损。
影响零件疲劳强度的主要因素有
1.影响零件疲劳强度的主要因素有：应力集中、尺寸大小、表面加工质量。
2.静连接与动连接的强度计算区别：压溃（工作面上挤压应力强度校核）、过度磨损（工作面上压力强度校核）3.标准蜗杆传动中，蜗杆直径系数q与刚度的关系：d=mq(模数*系数)4．螺纹连接防松：一旦松动，轻者影响机器的正常运转，重者造成严重事故。
常用防松措施：摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系。
5.紧螺栓连接中，螺栓刚度对应力辐的影响：降低螺栓刚度或增加被连接件刚度可减小应力辐。
6.双键连接时，切向键两者夹角120－130度，平键180度。
7不完全液体润滑径向滑动轴承，要进行验算轴承的平均压力p、轴承的pv值、滑动速度v条件性计算。
液体润滑径向滑动轴承。
8蜗杆传动中，蜗杆头数与传动效率及自锁性关系：头数越多，传动效率越高，自锁性越不好。
9.带传动中其他参数不变，只有小轮有两种速度，当传递功率不变时应按低速设计该带传动。
按低速的，当功率不变时，速度低的受力大，按力大的选择带传动，保证带的强度。
10.链传动中，为什么链条磨损后更容易从大链轮上脱落：磨损后节距变长，滚子沿大链轮外移，大链轮容易发生掉链爬高现象。
设计时减少大链轮齿数，减少滚子沿大链轮的外移量。
11.一双齿轮传动中，1.5倍。
12.在机械设计和使用机器时应遵从力求缩短磨合期、延长稳定磨损期、推迟剧烈磨损的到来。
13.一对啮合的标准圆柱齿轮传动，若齿轮齿数分别为z1小于z2,这对齿轮的弯曲应力1大于2.14.普通紧螺栓连接受横向载荷作用，螺栓中受拉伸应力作用。
15.带传动有效拉力与预紧力、包角、摩擦系数的关系：正比关系。
最小初拉力直接决定临界摩擦力的大小，增加摩擦系数和带轮的包角有利于增大临界摩擦力，相应地降低最小初拉力。
16单向规律性不稳定变应力的疲劳强度计算依据：疲劳损伤累积假说。
17.为什么小链轮齿数不能选得过少、大链轮齿数不得过多：齿数过少增加运动的不均匀性和动载荷，链条在进入和退出啮合时链接之间的相对转角增大，链传动的圆周力增大，从整体上加速铰链和链轮的磨损。
第三章影响疲劳强度的因素
第三章影响疲劳强度的因素疲劳是指持续工作或活动后感到精力不足、力不从心的状态。
疲劳强度指的是疲劳对个体的影响程度。
影响疲劳强度的因素多种多样，下面将从身体和心理两个方面进行介绍。
首先，身体因素对疲劳强度有着重要的影响。
身体因素主要包括身体状况和环境因素两大方面。
身体状况是指个体自身的生理状态。
首先，体力状况是影响疲劳强度的关键因素之一、体力较差的个体在相同的工作强度下容易感到疲劳，而体力较好的个体相对抗疲劳能力较强。
其次，慢性疾病的存在也会增加个体感到疲劳的程度，如心血管疾病、糖尿病等。
此外，个体年龄和性别也是影响疲劳强度的因素。
年轻人相对于中老年人在相同工作强度下耐受度较高，而女性相对于男性更容易感到疲劳。
环境因素是指个体所处的工作环境对疲劳强度的影响。
首先，工作强度是重要的环境因素。
长时间高强度的体力劳动容易导致疲劳。
其次，工作时间和工作方式也会影响个体的疲劳程度。
长时间、连续性的工作时间容易使人感到疲劳，而弹性工作时间和合理的休息安排可以减轻疲劳强度。
此外，工作环境的安全和舒适程度也会影响疲劳强度。
噪音、光线、温度等环境因素的不良状况会增加工作疲劳的程度。
其次，心理因素也对疲劳强度有很大的影响。
心理因素主要包括个体的情绪状态和认知状态。
情绪状态是指个体的情绪体验和情绪调节能力。
个体的情绪状态会影响对疲劳的感知和应对。
长时间处于焦虑、压力、沮丧等负面情绪状态下的个体更容易感到疲劳。
而积极的情绪状态和良好的情绪调节能力可以减轻疲劳强度。
认知状态是指个体的注意力、思维和记忆等认知能力。
认知疲劳是一种认知过程中的心理疲劳状态，对个体的认知能力产生负面影响。
长时间且高强度的认知任务会引起认知疲劳，增加疲劳强度。
而合理安排任务和适当调整认知负荷可以减轻认知疲劳和疲劳强度。
总之，影响疲劳强度的因素包括身体和心理两个方面。
身体因素主要包括体力状况、慢性疾病、年龄和性别等因素；而环境因素主要包括工作强度、工作时间和工作环境等因素。
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第三章形响疲劳强度的因素
M料的5・N曲找和報時W限.WffeKMK准）t消试柑W披埒性能-
而实际母件的尺寸、形状利衣Si倘况是各天各样的.勺标准试桦有鞭大雄别. 砂响机械歩件楝劳强哎的WS存la*,只屮七SW猱参丸下衣.
£Tr*rF工作温度、工作坏境
«.待*评应力状态、循环特征、《«效蛊、裁衙交变频率
♦丹■几河彤秋尺寸效应.統口效应
xn-AvruA.袤面光洁度.袤面防AtSb表面强化
材料本■化学成分，金《ffl织，秆《方向.内部缺陷
3J应力集中的影响
在机W琴件中-曲于结构上的《^求-不叩e兔地％花槽河.轴肩.孔.拐你
W口等不连续部分致枝栈面尿默发生灾变，由F零件戒构件几何彤状的不违续而
-JlfeJltXM力大得毛的WffW力的現象称为’•瞰力集＞
应力集中对銭芳《腹的影响兀.并H足各种影响W*中
忌上耍作出的W洽•它大大酵低了寧ft的披劳《度。
应力集中降低銭劳僅找的作用町以用载劳缺□集数耒杭征.
任静败荷低Wh-构件耳》应力《丈的严《卅«町以由-理论刈力集中系 ft- £表示，
儿可被宣头为険口根誌的ft%应力与切面上的名义应力之比（或最 大fi 变号名义应变
之比）即
<5 乂宾力•叩平坤麻R
*宁电W«0mi ■“ C2b*2r) 5 A ♦净 W 板 tf 2 • F/2b d
•应力集中对破劳强度的影*9町以用•境劳》1」系ttKe 仪力t
F
光淸试件的披劳强12
F ■缺口试件的疲劳强度
織把5SU 牛半均应力和长/fft <100 hftfjiQfte 为址本的披勞缺口系©• HJlQ 衣
•股悄况N 缺H 韓救超大于1的. -"底劳蛊度"均指金对称《环卞人试样的疲劳强
（1）理论应力集中系数
w O £
Kj ■ ----
J
<Wr
F
2r
A B
A B
A
A
拉压缺口系数 弯1111缺口系数
（6）： °（6）：
主要的应力集中的影响特性：
（1） 钢的Ob 愈高，则有效应力集中系数Ko 及Kt 值愈 大.可见，高强度钢的K 。
及匕值比低碳钢大，所以应 力集屮对刚强度钢的疲劳极限影响粒大； （2） 对于给定的直径儿圆角半径「愈小，则应力集 中愈严重。
（3） 应力集中影响系数与obZ 间的变化关系，可以 主要的应力集屮的影响特f 仪
<4）卞阳中得所有曲线只适用于D/d-2, d-30-50mni 的大试样请况, 廿DAU2时.有败应力集中系数按卜K 折算
<0=1+^ （KoO-1）
IJ
U — '~
•L i
剪切缺【1系数
山已知的结果曲线插值得到;
K T =1+^ (K X C-1)
例，己知某矿车车轮轴为合金钢制造，：It 材料的抗拉强 度ob=900MPao 如图所示，D=44mm, d=40mm,圆 角半径「=2mm.确定此轴在弯Illi 对称循环时的Ko 值。
解：
(1) 车轴尺寸的几何关系
D/d =44/40 = 1.1 i7d=2/40 = 0.05
(2) 由弯曲时有效应力集中关系数KoO 曲线可知 对于
Ob=500刚Pa 的钢，Koo=1.90 对-FOb=1200MPa 的钢，KOo=2.25 对于Ob=900MP3的钢.町用直线内插法求得
K%= 1.90+(900-500)/(1200-500) X (2.25-1.90) =2.10
■ XS
■
力
<
<3) lt|D/dv2时折算系数g
曲线，可査得D/d=l.l时得
折算系数£=0.65
<4)将上述结果代入公式OF托(KoO-l),即可求得该恻轴得有效应力集屮系数
Ka=l+^ ( KoO-1) =1+0.65 X (2.10-1) =1.72
零件外形改变得形式不同，其有效应力集中系数也
不同-其他各种形式(如油孔、键槽、螺纹)得有效应力集中系数值，可査阅有关得“设计手册”.
(3)敏感系数q和力流线
规任來研究理论应力集中系数Kt和疲劳缺口系数Kf之间的关系。
对干舉性较好的材料C如低碳钢)，其M氐干K,，但对弩!
性较羌的材料(如高碳钢).则Kf一般郁接近丁卞。
这是W为塑性材料在周部应力达到W服应力时.这些周部地区将产住塑性变形-从而减轻了应力集中的危害性。
为了対匕和％Z间在数值上的评价.常常引用所谓的"墩感系数”q，即
当应力集中对疲劳强度只冇微小的影响时，£应接 近于1,市上式町得q=0,说明试样对应力集中没右 什么敬感性。
当Kf 接近&时，q = l,农示试样对应力集中非常敏 感。
敏感系数q 不但与材料的类型有关，而且也和试样 的尺寸右•关。
对t 机屮常用的钳含金林料.怙tt 敏感系散的经於公式为
tf " ----------------
1+0.9/J
Nwber 通过大SM J 研朮T ：作认为. K 下同足与虑力悌度有关的, 井假设力在左一个小的范闊内取单均值：推荐用卜式近似计策
CfcA 全
tfcASr “*尸《4>
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20W 390 1 900 1 WO Z
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1 O.« 1
0.1
9.QSW
(3)敏感系数q 和力流线
敏感系数q 在0〜1Z 间变化。
WTftrfKwa- in栽度％壷髙・M/j*中a嫌芳电眼的彩响塞》背.所刘于A：交童W力F」：*的冬构件・尤MJiHlAfiliaWH制戍的塔枸ft ft讨11切』尽»«小炮力第中•
Rim. rt-btnWKtMUtflWRIflaiS^J.来用凹WRW.仗8»戏・.穩
必枣的孔或沟»配X在构件的低貨力区.專铃•
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T
试样W苓件的尺寸对破劳强度影响也很大・一般索说•布件和试样的尺『增丈W 披労强哎
这神强度W不件尺寸増大而》低的观衣称为《劳尺寸影亦称为尺寸效应.
（1）材料的机械强度杵施（包括«^nfi6）隨若材料断面的堀人而》腿・崖度缢剧越的
合金刚这#现象总朗显.扯燃它勺材料的冶金、热totL艺W金相俎歩件关•足由材料的内庄性庾决症的，而与军件的结枸•戟苛情况.冷加工过収无关，⑵零《件的MZ力梯度是逍成尺寸效应的.fc^Sihb如尺寸不W的试件*受力条件相1臥而危険戍样備应力tn 器，W大尺寸零件由于应力柿度W、二疲旁曙麼低，小试件由于应力柿麼大而线劳《度禹；⑶从M—毛坯上取卜的不同斷面的试样.大尺寸试件的蜒劳冬度低十小试件的-这是因为大尺寸试件含冇更氢的疫劳损仿谏.製纹Off生的《14?就岛，从而Fft娠劳事度!^
降-
■ M2 newflcw
上而两个试样•眾受弯G M的作用•芥两个试样的最大应力am«郴同・对集 -ft 应力K域来说.大试样庄此应力区域内的金W胡荻粒ft婴大f-协试样住此应力IX 域的佥風肘顺鈍tt,对疲劳强«来说.笔少耍仃•定数ft的禺粒达刘某一应力《限M.才合产临疲劳裂仅.
-衡以大试样产生疲劳裂纹的町能性就大，闪比大试样的债劳极覘陈低.
•乃一方【fth揣强哎钢的佥«馅卅iW純比较细4、. ft尺寸WM的情况下•《高应力P｛所包含的晶粒牛數越姜.这柑就理容丛形成出观域劳製蚊的条件。
W 化務强段钢受尺寸的老轲比低戟度M较为严《•
3・2尺寸效应
尺寸对緩劳强度的影响主晏由于以下三个版因,
• 尺寸效战的影响町由对比试轮测
•徴对称術坏F.比淆大诚样的疲苦《|1«为(6,)护比淆小试栉的«劳极》为刚苑者的比值称为尺寸效应系数•用e农示.
€= (O") JOf
• E总最小的集对于碗试样-UJ1U£=1.茨示爪受尺寸彭响•
1.0
04 、A 、、、1J 200-140rm、M O< 、•、■■
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33表血此洁度
农ffi比湖支对肢为a/ffd浪人的越杯苓件绘过加C后所iik皿的农耐缺陥・足引总应力集中的《斎・W而降低r嫩劳a度•
衣ifi加工对疲劳极PU的响•町用-泯fi加工系数"爲农示•
眄是某种加工试样的披劳极PR与标准试样的疫劳极限的比傅，他是一个小于丄的系《•衣歼4戈劳槪FU降低的百分《-
6“一具育》种加工舉®的标准光猜试样的《勞駁限(M R)；6—瞎
光的标准光滑试样的《劳极ffiCMpa).
3.4 Xt他因素的彫响
＜i）載荷关拉斤垠严載-具次是疑转戦荷.弓曲戟*5严舉程度tt小*
（2）on««i^i
诳常頤事一5-3OOHZ.-般认为ftttfin戟频率范国内，婕劳根
限彫响不君世；
低赖一一O・1、5H"疲劳ttHifJPyib
崗缄一一300-IOOOOOHZS疲劳极限倉歼1^«.
taJtt枚聿彫响还ijiju找樹力彳f关.应力直|鮎频举老响＜8人・（3）裁待波影：主雯是在岛址盛蚀坏境1^形晌较＞9IU.主婴担厳大枝待停册
时何的影*h而一般的适用环境町以不读影响•。