提高机械零件抗疲劳强度的措施
濮良贵《机械设计》(第10版)教材辅导书(机械零件的强度)【圣才出品】
第3章机械零件的强度3.1 复习笔记【知识框架】【通关提要】本章主要介绍了材料的疲劳曲线和疲劳极限的计算以及零件的极限应力线图和疲劳强度的计算，简单介绍了零件的抗断裂强度、接触强度及可靠性的计算。
学习时需要理解并重点掌握疲劳曲线和极限应力线图中各点坐标及疲劳强度（疲劳极限）的计算。
此处容易出计算题。
考生还需把握变应力的循环特性、零件疲劳极限的影响因素、提高疲劳强度的措施等细节内容，多以选择题、填空题和简答题的形式出现，复习时需把握其具体内容，重点记忆。
【重点难点归纳】一、材料的疲劳强度1．材料的疲劳特性（1）描述方法：①最大应力σmax；②应力循环次数N；③应力比（或循环特性）r （σmin/σmax）。
（2）测定方法：在材料的标准试件上加上一定应力比的等幅变应力（r＝－1的对称循环应力或是r＝0的脉动循环应力），通过试验，记录出在不同最大应力σmax对应的试件疲劳破坏所经历的应力循环次数N，把试验的结果用图表达出来，就得到材料的疲劳特性曲线。
2．σ-N疲劳曲线（见表3-1-1）表3-1-1 σ-N疲劳曲线的含义3．等寿命疲劳曲线等寿命疲劳曲线描述的是在一定的应力循环次数N下，疲劳极限的应力幅值σa与平均应力σm的关系。
常用极限应力线图近似代替。
材料和零件的极限应力线图的含义及比较如表3-1-2所示。
表3-1-2 材料和零件的极限应力线图的含义及比较二、机械零件的疲劳强度1．影响机械零件疲劳极限的因素由于机械零件在几何尺寸和形状、加工质量和表面强化工艺等方面与材料试件存在一定的差异，所以零件的疲劳极限小于材料试件的疲劳极限。
材料对称循环弯曲疲劳极限σ－1与零件对称循环弯曲疲劳极限σ－1e的比值，称为综合影响系数Kσ，即Kσ＝σ－1/σ－1e。
Kσ可用Kσ＝（kσ/εσ＋1/βσ－1）/βq计算。
其中，kσ为零件的有效应力集中系数（下标σ表示在正应力条件下，下同）；εσ为零件的尺寸及截面形状；βσ为零件的表面质量系数；βq为零件的强化系数。
机械设计期末复习题(填空简答题)
习题一1.按照连接类型不同，常用的不可拆卸联接类型分为__焊接__、__铆接__、__粘接_和过盈量大的配合。
2.联轴器根据_直径_、__转速_和_转矩__选择。
3.当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时，就会出现流体摩擦、边界摩擦和干摩擦同时存在的现象，这种摩擦状态称为_混合摩擦_。
4.润滑油的最主要性能指标是_粘度__，而润滑脂的主要性能指标是__稠度___。
5.不随时间变化的应力称为_静应力__，随时间变化的应力称为_变应力_，具有周期性的变应力称为_循环变应力_。
6.理论上为_点___接触或__线___接触的零件，在载荷作用下，接触处局部产生的应力称为接触应力。
7.机械零件的设计准则主要有___强度_____准则、____刚度____准则、___寿命___准则、____振动稳定性___准则和___可靠性___准则。
8.常用的工程材料有以下主要类型：_金属材料_、__陶瓷材料__、__高分子材料_和_复合材料_等。
9.由于向心轴承的基本额定动载荷是在__径向__载荷下通过试验得到的，因而称为径向基本额定动载荷。
10.滚动轴承接触角越大，承受__轴向__载荷的能力也越大。
11.在滚动轴承部件的组合设计中，对于工作温度变化不大的短轴，宜采用_两端固定_的支承方式。
12.滚动轴承基本代号左起第一位为__类型代号_，左起第二位为_宽度系列代号_，左起第三位为_直径系列代号_，左起第四五位为_内径代号_。
13.有一滚动轴承部件，已知轴劲圆周速度v=3m/s，采用脂润滑，则宜选用_毛毡圈_密封；若v=6m/s，采用油润滑，则宜选用_唇形圈_密封（提示：均为接触式密封）。
14.滚动轴承的额定寿命是指可靠性为__90%__的寿命。
15.径向滑动轴承的条件性计算主要是限制压强、__速度_和__pv值___不超过许用值。
16.对非液体摩擦滑动轴承，为防止轴承过度磨损，应校核__P__，为防止轴承温升过高产生胶合,应校核__PV___。
第三章 机械零件的强度 - 青岛科技大学机电工程学院
第三章机械零件的强度
一、分析与思考题
3-1 试举例说明什么零件的疲劳破坏属于低周疲劳破坏，什么零件的疲劳破坏属高周疲劳破坏。
3-2 在材料的疲劳曲线上，为何需要人为规定一循环基数N0，并将对应的极限应力称为材料的疲劳极限?
3-3 弯曲疲劳极限的综合影响系数Kσ的含义是什么?它与哪些因素有关?它对零件的疲劳强度和静强度各有何影响?
3-4 在单向稳定变应力下工作的零件，如何确定其极限应力?
3-5 疲劳损伤线性累积假说的含义是什么?写出其数学表达式。
3-6 影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些?提高机械零件疲劳强度的措施有哪些? 二、设计计算题
3-7 一零件由45钢制成，材料的力学性能为：σs=360MPa，σ-1=300 MPa，ψσ=0.2。
已
知零件上的最大工作应力σmax=190MPa，最小工作应力σmin=110MPa，应力变化规律为σ
=常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数K d=2.0，试分别用图解法和计算法确定该零件的计m
算安全系数。
题3-7图
3-8 某材料受弯曲变应力作用，其力学性能为：σ-1=350MPa，m=9，N0=5×106。
现用此材
料的试件进行试验，以对称循环变应力σl=500MPa作用104次，σ2=400MPa作用105次，
σ3=300MPa作用106次。
试确定：
(1)该试件在此条件下的计算安全系数；
(2)如果试件再作用σ=450MPa的应力，还能循环多少次试件才破坏?。
§3-1 材料的疲劳特性.
通过对大量结构断裂事故分析表明，结构内部裂纹和缺陷的存在是 导致低应力断裂的内在原因。
对于高强度材料，一方面是它的强度高（即许用应力高），另一方 面则是它抵抗裂纹扩展的能力要随着强度的增高而下降。因此，用传统 的强度理论计算高强度材料结构的强度问题，就存在一定的危险性。 断裂力学——是研究带有裂纹或带有尖缺口的结构或构件的强度和 变形规律的学科。准确的说，上述裂纹是指宏观裂纹，即用肉眼或低倍 显微镜能看得见的裂纹。工程中常认为裂纹尺寸大于0.1mm,就称为宏 观裂纹。断裂力学建立了构件的裂纹尺寸、工作应力以及材料抵抗裂纹 扩展能力三者之间的定量关系。
z r s
m s rN N s rm N 0 C
s rN s r （N N D )
有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为：
s rN s
m N0 r Nr
K Ns r
式中， sr、N0及m的值由材料试验确定。KN寿命系数.
三、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）
材料的疲劳特性
不同应力比时材料的疲劳极限也不相同，可用极限应力线图表示。
第三章 机械零件的强度
§3-1 材料的疲劳特性
§3-2 机械零件的疲劳强度计算 §3-3 机械零件的抗断裂强度 §3-4 机械零件的接触强度
材料的疲劳特性
二、 s－N疲劳曲线 疲劳极限：应力循环特性r一定时，应力经 过N次循环而材料不发生疲劳破坏的最大应 力。 r一定时，极限应力与应力循环次数的关系 曲线称为疲劳曲线。
二、 材料的疲劳曲线
材料的疲劳特性
材料的疲劳特性
疲劳曲线
机械零件的疲劳大多发生在s－N曲线的 CD段，可用下式描述：
m s rN N C ( NC N ND ) D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着 无限寿命区其方程为：
机械设计 第九版 第03章
σmax﹣最大法向应力值 σ'max﹣最大法向应力极限值
σa﹣法向应力幅值 σ'a﹣法向应力幅值的极限值
S﹣安全系数
Sca﹣计算安全系数 Sτ﹣切向应力安全系数
Sσ﹣法向应力安全系数
五、提高机械零件疲劳强度的措施
机械零件的疲劳强度计算5
(1) 降低零件上的应力集中的影响。零件上应尽量避免 带尖角的孔或槽，在阶梯杆截面的突变处要用圆弧过渡
1. 应力比为常数：r=C
r为常数
也为常数
只有过原点的射线满足关系
当工作点是位于AOG区域的M时，零件的疲劳强度条件为 推导见下页 当工作点是位于GOC区域的N时，零件的疲劳强度条件为 静强度校核
公式推导
D E B
2.平均应力为常数：σm=C
当工作点是位于AOHG区域的M时，零件的疲劳强度条件为 推导见下页 当工作点是位于GCH区域的N时，零件的疲劳强度条件为
一、零件的极限应力线图
机械零件的疲劳强度计算1
由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强 化因素等的影响 材料试件的疲劳极限
>
零件的疲劳极限
定义综合影响系数为材料试件的疲劳极限与零件的疲 劳极限的比值。
材料对称循环 弯曲疲劳极限 综合影响系数
s 1 Ks s 1e
>1 零件对称循环 弯曲疲劳极限
计算举例 假设某种钢材承受500MPa对称循环应力时，循环次数 为10万次，400MPa时，循环次数为12万次，300MPa时，循 环次数为14万次，现在500MPa作用2万次， 400MPa时作用 3万次， 300MPa作用7万次，问是否损坏？ 应力 500 400 300 循环次数 10万 12万 14万 实际作用次数 2万 3万 7万 损伤率 20% 25% 50%
第2章机械零件的强度.
第2章机械零件的强度一、选择题1.零件受变载荷作用时，则在其内部____；零件受静载荷作用时，则在其内部____。
A.只会产生静应力B. 只会产生变应力C. 可能产生静应力，也可能产生变应力发生选B，C第2章机械零件的强度第1节变应力与静应力的特点来源：来源：机械设计学习要点与习题解析P142.对于受循环变应力作用的零件，影响疲劳破坏的主要因素是____。
A.最大应力B. 平均应力C. 应力幅D.最小应力选C第2章机械零件的强度第1节应力的特点来源：机械设计学习与考研辅导P73.四个结构和材料完全相同的零件甲乙丙丁，若承受的最大应力也相同，而应力特性系数分别等于0.1+、0、5.0-、0.1-，其中，最可能先发生失效的是____。
A.甲B. 乙C. 丙D.丁选D第2章机械零件的强度第3节应力特性系数的判别来源：机械设计学习与考研辅导P74.某截面形状一定的零件，当其尺寸增大时，疲劳极限值将随之____。
A.增高B.降低C. 不变D.规律不定选B第2章 机械零件的强度第3节疲劳极限的判别来源：机械设计学习与考研辅导P75.一对啮合的传动齿轮，单向回转，则齿面接触应力按____变化。
A.对称循环B.循环特性r=0.5C.脉动循环D. 循环特性r=－0.5选C第2章 机械零件的强度第4节接触应力的判别来源：机械设计学习与考研辅导P76.塑性材料制成的零件，进行静强度计算时，其极限应力为____。
A. s σB. b σC. 0σD. 1-σ选A第2章 机械零件的强度第2节极限应力的判别来源：机械设计学习与考研辅导P77.下列四种叙述中____是正确的。
A.变应力只能由变载荷产生B. 静载荷不能产生变应力C. 变应力是由静载荷产生D. 变应力是由变载荷产生，也可能由静载荷产生选D第2章 机械零件的强度第1节应力及载荷的判别来源：机械设计习题集P18.变应力特性可用max σ﹑min σ﹑m σ﹑a σ﹑r 等五个参数中的任意____来描述。
%E7%AC%AC%E4%B8%89%E7%AB%A0%20%20%E6%9C%BA%E6%A2%B0%E9%9B%B6%E4%BB%B6%E7%9A%84%E5%BC%BA%E5%BA%A6[1]
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45°
minN
N I
45°
C
求AG与MM3´的交点:
m
1e
1 ae e me me ae K K
' me ae min m a
lime max
强度条件: S ca
lime s s S ca S max m a min 2 a
c）工作应力位于OAJ区域内
min ——为负值，工程中罕见，故不作考虑。
注意：
1）若零件所受应力变化规律不能肯定，一般采用 γ =C的 情况计算
2）上述计算均为按无限寿命进行零件设计，若按有限寿 命要求设计零件时，即应力循环次数104<N<No时，这 时上述公式中的极限应力应为有限寿命的疲劳极限 N ， m 0
（3-24）
b)工作应力点位于IGC区域 极限应力为屈服极限 按静强度计算 ∵极限应力点为 N 3 ( me , ae )
L
a A M M' 3
J G N' 3
O minM
45°
minN
N I
45°
C
m
me ae s lime
静强度条件
工作点：
'ae
D
G
M或N
∴过原点与工作应力点M或N作连线交ADGＣ于M1´和N1´ 点，, M1´和N1´点即为所求的极限应力点
计算安全系数和强度条件：
a A M' 1 M N 'me N' 1 C m
a)当工作应力点位于OAG内 极限应力为疲劳极限，
'ae
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。
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提高机械零件抗疲劳强度的措施
要提高机械零件的抗疲劳强度，以下是一些措施：
1. 材料选择：选择高强度、耐疲劳性能好的材料。
常用的高强度材料包括钢、铝合金、钛合金等。
2. 表面处理：通过表面处理方法（如喷砂、酸洗、镀膜等）来提高材料表面的硬度和耐疲劳性能。
3. 加工工艺：采用合适的加工工艺，避免切削加工过程中产生过大的应力集中区域，减少缺陷和微裂纹的产生。
4. 热处理：通过热处理（如淬火、回火等）来改善材料的晶体结构和性能，提高抗疲劳强度。
5. 设计优化：在机械零件的设计过程中，要考虑到应力分布均匀、减少应力集中和避免应力集中的设计要求，通过减小几何尺寸、增加圆角、加强连接等方式来提高零件的抗疲劳强度。
6. 缺陷检测与处理：及早发现机械零件的缺陷（如裂纹、疏松等），采取适当的方法进行修复或更换。
最重要的是，进行适当的质量控制，确保机械零件制造过程中的每个环节都符合标准要求，以提高机械零件的抗疲劳强度。