一主要内容与基本要求

1、第二章 机械零件的强度（自学）重要基本概念1疲劳破坏及其特点 疲劳破坏：在远低于材料抗拉强度极限的交变应力作用下工程材料发生破坏。疲劳破坏的特点： 1）在循环变应力多次反复作用下发生； 2）没有明显的塑性变形； 3）所受应 力远小于材料的静强度极限； 4）对材料组成、零件形状、尺寸、表面状态、使用条件和工作环境敏 感。具有突发性、高局部性和对缺陷的敏感性。2疲劳破坏与静强度破坏的区别，强度计算的区别 静强度破坏是由于工作应力超过了静强度极限，具体说，当工作应力超过材料的屈服极限就发 生塑性变形，当超过强度极限就发生断裂。而疲劳破坏时，其工作应力远小于材料的抗拉强度极限， 其破坏是由于变应力对材

2、料损伤的累积所致。交变应力每作用一次，都对材料形成一定的损伤，损 伤的结果是形成小裂纹。这种损伤随着应力作用次数的增加而线性累积，小裂纹不断扩展，当静强 度不够时发生断裂。静强度计算的极限应力值是定值。而疲劳强度计算的极限应力是变化的，随着循环特性和寿命 大小的改变而改变。3影响机械零件疲劳强度的因素 影响机械零件疲劳强度的因素主要有三个：应力集中、绝对尺寸和表面状态。 应力集中越大，零件的疲劳强度越低。在进行强度计算时，引入了应力集中系数 k 来考虑其影 响。当零件的同一剖面有几个应力集中源时，只取其中（应力集中系数）最大的一个用于疲劳强度 计算。另外需要注意：材料的强度极限越高，对应力集中

3、越敏感。零件的绝对尺寸越大，其疲劳强度越低。因为绝对尺寸越大，所隐含的缺陷就越多。用绝对尺 寸系数 考虑其影响。零件的表面状态直接影响疲劳裂纹的产生，对零件的疲劳强度非常重要。表面越粗糙，疲劳强度越低。 表面强化处理可以大大提高其疲劳强度。 在强度计算中， 有表面状态系数 来考虑其影响。 需要注意：这三个因素只影响应力幅，不影响平均应力，因此不影响静强度。4线性疲劳损伤累积的主要内容 材料在承受超过疲劳极限的交变应力时，应力每循环作用一次都对材料产生一定量的损伤，并 且各个应力的疲劳损伤是独立进行的，这些损伤可以线性地累积起来，当损伤累积到临界值时，零 件发生疲劳破坏。精选例题与解析例 2-1

4、 某轴受稳定交变应力作用，最大应力max =250 MPa ，最小应力 min = -50 MPa，已知轴的材料为合金调质钢，其对称循环疲劳极限1=450MPa ，脉动循环疲劳极限0 =700MPa ，屈服极限 S =800MPa ，危险截面的 k =1.40 ， =0.78， =0.9，试求：（1） 绘制材料的简化疲劳极限应力线图，并在图上标出工作应力点的位置。（2） 材料疲劳极限的平均应力 rm 和极限应力副 ra值（按简单加载） 。(3)若取 S =1.3 ，校核此轴疲劳强度是否安全。解：(1)材料的简化极限应力线图如例 2-1 图所示mmaxmin25050100MPa22maxmin

5、25050a150MPa22标出工作应力点 M(100 ， 150) 如图所示。(2) 求材料的 rm 和 ra在图中延长 Om 交 AE 于 M1，得材料的极限应力点，M1 点坐标值即为所求。联立：其中：ara 和 1 ra rmmrm2 1 02 450 700 = 0.2857700解得：ra =378MPa ，rm =252MPa(3) 校核强度S = k 1 ka4501.37 S =1.3 1.4150 0.2857 1000.78 0.9疲劳强度满足要求。例 2-2 某零件用 45Mn2=0.25 ，k =1， =0.85，制造，材料的力学性能为： B= 900MPa ， S=

6、750MPa ， 1= 410 MPa，=0.8。问该零件受脉动循环变应力作用时，其极限应力 0C 为多少？解题注意要点：1求的是零件受脉动循环变应力时的极限应力； 2极限应力等于极限应力点 M(例 2-2图)的坐标和； 3脉动循环时平均应力等于应力幅。k1解： 综合影响系数： K k 1 1.470.85 0.8因为，脉动循环时 a m ，和直线 A E 方程联立，可求得1 K 0a 0m即： 0a 0m代入已知数据：解得： 0a 0m 238.37 MPa 则：零件受脉动循环变应力作用时，其极限应力为0C 0m 0a 2 238.37 476.74 MPa。M点的坐标。例 2-6 一转轴受

7、规律性非稳定变应力作用，轴的材料为 45 钢调质，已知 B = 600 MPa ，1 =250MPa ， N 0 =107，m = 9，k =1.76 ， =0.78， =0.95，=0.34。零件承受三个变应力作用，各个应力的 m 、 a 、及循环次数 n 依次为： 1) m1=20MPa， a1= 120MPa ，n1= 3 104；2)46m2 =20MPa ， a2= 110MPa ， n2 =7 104；3) m3=20MPa， a3= 90MPa ， n3 =4 106 。取许用安 全系数 S =1.5，试校核该轴的疲劳强度。解： 综合影响系数： K k 1.76 2.380.78

8、 0.95 将各个应力等效为材料的对称循环变应力：ad1Ka1m12.38120 0.34 20292.4 MPaad2Ka2m22.38110 0.34 20268.6 MPaad3Ka3m32.3890 0.34 20221 MPa因为 ad3 1，对材料不起损伤作用，忽略不计。9268.6 47 104 62603292.4(1) 用当量循环次数法nNvi1材料对应于有限寿命m 292.4 9 4ni =3 104ad1 i 292.4N v的疲劳极限1Nv 为：N01=Nv19 107250 439.362603安全系数为：Sa1dN1v 243929.34 1.502=S ，疲劳强度

9、刚好满足要求。1Nv KN 1(2) 用当量应力法292.4 9292.43 104268.6 9292.47 104292.4 166.4 MPa则安全系数为：1 250S ca 166.4 1.502= S ，疲劳强度刚好满足要求。自测题与答案、选择题2-1 下列四种叙述中， 是正确的。A变应力只能由变载荷产生C静载荷不能产生变应力2-2 发动机连杆横截面上的应力变化规律如题B变应力只能由静载荷产生D变应力也可能由静载荷产生2-2 图所示，则该变应力的循环特性系数r为A 0.24B 0.24C 4.17D 4.172-3.A应力的变化规律如题 2-2 图所示，则应力副a 和平均应力 m 分

10、别为 _ a = 80.6 MPa ， m = - 。49.4 MPaa = 80.6 MPa ， m = 49.4 MPaBCa = 49.4 MPa ， m = -80.6 MPaDa= -49.4 MPa，m= -80.6 MPa2-4.变应力特性可用 max 、 min 、 m 、a和r 五个参数中的任意 _来描述。A一个B两个C三个D四个2-5 零件的工作安全系数为 。A零件的极限应力比许用应力B零件的工作应力比许用应力C零件的极限应力比零件的工作应力D零件的工作应力比零件的极限应力2-6 机械零件的强度条件可以写成 _ 。或 ， ABCDS S ， S S ,S S , S S ,

11、S S S SS SS S2-7 A在进行材料的疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的 屈服点B疲劳极限C强度极限D弹性极限2-8 45 钢的对称疲劳极限 1 =270MPa ，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。A 539B135C 175D4172-9 有一根阶梯轴，用 45 钢制造，截面变化处过度圆角的应力集中系数 k =1.58 ，表面状态 系数 = 0.82，尺寸系数 =0.68，则其疲劳强度综合影响系数 K = 。A 0.35B0.88C 1.14D2.832-10 零件的截面形状一定，

12、如绝对尺寸（横截面尺寸）增大，疲劳强度将随之 。A增高B不变C降低D提高或不变2-11 当形状、尺寸、结构相同时，磨削加工的零件与精车加工相比，其疲劳强度 。A较高B较低C相同D相同或较低2-12 绘制零件的 m - a极限应力简图时，所必须的已知数据是 。A1,0,S，kB1,0,， KC1,0,S， KD1,S,， k题 2-13 图M 所在 ON 线与横轴之间的夹角 =2-13 在图示的 m- a 极限应力简图中，如工作应力 点 M 所在的 ON 线与横轴间夹角=45 ，则该零件受的是 。A不变号的非对称循环变应力B变号的非对称循环变应力C对称循环变应力D脉动循环变应力2-14 在上题所

13、示零件的极限应力简图中，如工作应力点90，则该零件受的是 。A脉动循环变应力B对称循环变应力C变号的非循环变应力D不变号的非对称循环变应力2-15 在应力变化中，如果周期、应力幅和平均应力有一个变化，则称为 。A稳定变应力 B非稳定变应力C非对称循环变应力D脉动循环变应力2-16 在静应力作用下，塑性材料的极限应力为 。A BB SC 0D 12-17 已知 45 钢调质后的力学性能为：B= 620 MPa， S=350 MPa， 1=280 MPa， 0 = 450MPa，则为 。A 1.6B2.2C 0.24D0.262-18 塑性材料在脉动循环变应力作用下的极限应力为 。A BB SC

14、0D 12-19 对于受循环变应力作用的零件，影响疲劳破坏的主要应力成分是A最大应力B最小应力C平均应力D应力幅2-20 零件表面经淬火、氮化、喷丸及滚子碾压等处理后、其疲劳强度A提高B不变C降低D高低不能确定、填空题2-21 影响机械零件疲劳强度的因素有： 、 、 。2-22 根据是否随时间变化， 将载荷分为 和两类。同理，应力也分为 和 两大类。2-23 变载荷一定产生 应力。变应力既可能由 载荷产生，也可能由 载荷产生。但是静应力一定是由 载荷产生的。2-24 应力幅与平均应力之和等于 ，应力幅与平均应力之差等于 ，最小应力与最大应力之比称为 。2-25 r = - 1的变应力称为 变应

15、力， r = 0 的变应力称为 变应力，当 r = 1 时称为 应力，当 r = 其它值时称为 变应力。三、简答题2-26 什么是稳定变应力和非稳定变应力？2-27 什么是材料的疲劳极限（又称无限寿命疲劳极限）？如何表示？2-28 极限应力线图有何用处？2-29 双向稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算如何进行？2-30 如何提高机械零件的疲劳强度？四、分析计算题2-31 一钢制轴类零件的危险剖面承受 max 200 MPa， min 100 MPa，综合影响系数 K =2，材料的 S 400 MPa， 1 250 MPa， 0400 MPa。试：1）画出材料的简化极限应力线图，并判定零件的破坏

16、形式。2）按简单加载计算该零件的安全系数。2-32一钢制零件，危险剖面承受的工作应力max= 300 MPa ， min = -150 MPa ，有效应力集中系数 k =1.4，绝对尺寸系数= 0.91，表面状态系数= 1。材料的 B= 800 MPa， S= 520 MPa，1= 450 MPa，= 0.5，材料常数 m = 9，循环基数 N0 = 107，求该零件在有限寿命 N =105时的计算安全系数。五、参考答案1选择题9-1D ；9-2B ；9-3A ；9-4B ；9-5C ；9-6C ；9-7B ；9-8A ；9-9D ；9-10C ；9-11A ；9-12C ；9-13D ；9-

17、14B ；9-15B ；9-16B ；9-17C ；9-18C ；9-19D ；9-20A ；2填空题9-21应力集中绝对尺寸表面状态9-22静载荷变载荷静应力 变应力9-23变变静静9-24最大应力最小应力应力循环特性9-25对称循环脉动循环静 非对称循环63简答题2-26 周期、应力副、平均应力均不改变的变应力称为稳定变应力，若其中之一变化称为非稳 定变应力。2-27 用一组材料相同的标准试件进行疲劳实验，当试件受无限次循环应力作用下而不发生疲 劳破坏时的最大应力称作材料的疲劳极限，用 r 表示， r 为应力循环特征。2-28 确定零件材料的破坏形式；确定零件、材料的极限应力；计算零件的安全系数。2-29 分别计算两个单向稳定变应力的安全系数S 和 S ，然后计算零件的计算安全系数 Sca 。其强度条件为：ScaS * S S S2S22-30 设法减小零件的应力集中，减小零件的绝对尺寸，对零件进行表面强化4分析计算题2-31 解题要点：(1) 材料的简化极限应力线图如题 2-31 解图所示 max min 200 100 50 MPa2max min 200 100 150 MPa2标出工作应力点 M( 100， 破坏。(2)