旋转弯曲疲劳强度与对称弯曲疲劳强度
旋转弯曲疲劳强度与对称弯曲疲劳强度是材料疲劳性能的两个重要指标。在材料应用过程中，这两个参数可以用来评估材料在实际工况下的疲劳寿命和安全性能。下面将详细介绍这两个指标的定义、计算方法以及对材料性能的影响。
1.旋转弯曲疲劳强度是指材料在应力和应变周期循环加载下，在固定角度内的弯曲疲劳寿命。这种加载方式通常适用于旋转机械设备中的转轴等工件。旋转弯曲疲劳强度的计算方法包括基于极限弯曲应力的S-N曲线法和应变解析法等。
2.对称弯曲疲劳强度是指材料在应力和应变周期循环加载下，受到对称弯曲作用时的疲劳寿命。这种加载方式通常适用于结构工程中的梁、悬臂梁等构件。对称弯曲疲劳强度的计算方法一般采用极限弯曲应力与抗弯强度之间的关系。
旋转弯曲疲劳强度和对称弯曲疲劳强度的计算方法和影响因素有一些共同之处，但也存在一些差异。
对于旋转弯曲疲劳强度的计算，常用的方法是使用极限弯曲应力(Smax)与材料疲劳极限强度(Se)之间的关系来进行。根据经验公式，可以得到一个经验关系式：Smax=kf·Se。其中，kf是修正系数，用来考虑一些影响因素，如载荷分布不均匀、表面质量和加工状态等。修正系数的确定需要结合实际情况，可以通过试验和经验公式来确定。
对于对称弯曲疲劳强度的计算，一般采用抗弯强度(Sb)来替代极限弯曲应力，即Smax=kf·Sb。这是因为对称弯曲加载下的构件受力情况具有对称性，疲劳寿命与材料的抗弯强度有直接关系。
在实际应用中，材料的微观结构和强度对旋转弯曲疲劳强度和对称弯曲疲劳强度都有显著的影响。一般来说，粗晶材料的疲劳强度较低，微观平行放射晶体结构的金属材料，其疲劳强度较高。此外，材料的加工工艺也会对疲劳强度产生影响。例如，热处理过程中的残余应力会降低材料的疲劳强度。
此外，载荷情况也对旋转弯曲疲劳强度和对称弯曲疲劳强度产生影响。例如，旋转弯曲加载下的材料通常会出现应力集中的情况，导致疲劳寿命较短。而对称弯曲加载下的材料，由于应力分布均匀，疲劳寿命较长。
综上所述，旋转弯曲疲劳强度和对称弯曲疲劳强度是评估材料疲劳性能的重要指标。它们的计算方法和影响因素有一些共同之处，同时也存在一些差异。在实际应用中，需要综合考虑材料的微观结构、强度和载荷情况等因素来评估材料的疲劳寿命和安全性能。
第一章绪论 分析与思考题 1-1 机器的基本组成要素是什么? 1-2 什么是零件?什么是构件?什么是部件?试各举三个实例。 1-3 什么是通用零件?什么是专用零件?试各举三个实例。 1-4 机械设计课程研究的内容是什么? 第二章机械设计总论 分析与思考题 2-1 一台完整的机器通常由哪些基本部分组成?各部分的作用是什么? 2-2 设计机器时应满足哪些基本要求?设计机械零件时应满足哪些基本要求? 2-3 机械零件主要有哪些失效形式?常用的计算准则主要有哪些? 2-4 什么是零件的强度要求?强度条件是如何表示的?如何提高零件的强度? 2-5 什么是零件的刚度要求?刚度条件是如何表示的?提高零件刚度的措施有哪些? 2-6 零件在什么情况下会发生共振?如何改变零件的固有频率? 2-7 什么是可靠性设计?它与常规设计有何不同?零件可靠度的定义是什么? 2-8 机械零件设计中选择材料的原则是什么? 2-9 指出下列材料的种类，并说明代号中符号及数字的含义：HTl50，ZG230-450， 65Mn，45，Q235，40Cr，20CrMnTi，ZCuSnl0Pb5。 2-10 机械的现代设计方法与传统设计方法有哪些主要区别? 第三章机械零件的强度 一、选择与填空题 3-1 零件表面的强化处理方法有_________________、___________________、_________________等。 3-2 零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之____________。 (1)增高 (2)不变 (3)降低 3-3 机械零件受载时，在_____________________处产生应力集中，应力集中的程度通常随材料强度的增大而___________________。 3-4在载荷和几何形状相同的情况下，钢制零件间的接触应力_____________铸铁零件间的接触应力。 3-5 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值__________。 (1)相等 (2)不相等 (3)是否相等与材料和几何尺寸有关 二、分析与思考题 3-6 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。 3-7 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? 3-8 图示各零件均受静载荷作用，试判断零件上A点的应力是静应力还是变应力；并确定应力比r的大小或范围。
旋转弯曲疲劳标准 旋转弯曲疲劳标准是指在工程领域中，对于材料或结构在旋转弯曲 载荷下的疲劳性能进行评估和标准化的一种方法。旋转弯曲疲劳是指 材料或结构在受到交替或周期性旋转弯曲载荷作用下，逐渐失去强度 和耐久性的现象。这种疲劳现象在许多工程领域中都是非常重要的， 因为它可能导致材料或结构的失效和损坏。 旋转弯曲疲劳标准的制定是为了保证工程材料和结构在使用过程中 的可靠性和安全性。通过对材料或结构在旋转弯曲载荷下的疲劳性能 进行评估，可以确定其使用寿命和安全边界，从而指导工程设计和材 料选择。 旋转弯曲疲劳标准的制定通常包括以下几个方面的内容： 首先是载荷的定义和描述。旋转弯曲载荷是指材料或结构在旋转或 弯曲过程中所受到的力或力矩。在制定疲劳标准时，需要明确载荷的 大小、方向和作用方式，以便进行准确的评估和比较。 其次是疲劳寿命的评估方法。疲劳寿命是指材料或结构在旋转弯曲 载荷下能够承受的循环次数或时间。评估疲劳寿命的方法通常包括实 验测试和数值模拟两种。实验测试是通过对材料或结构进行循环加载，观察其失效情况来评估疲劳寿命。数值模拟则是通过建立数学模型， 利用计算机仿真技术来预测材料或结构的疲劳寿命。 此外，还需要确定疲劳强度和安全系数。疲劳强度是指材料或结构 在旋转弯曲载荷下能够承受的最大应力或应变。安全系数是指在设计
和使用过程中，将实际载荷与疲劳强度之间的比值，用于保证材料或结构的安全性和可靠性。确定疲劳强度和安全系数的方法通常是基于统计学和概率论的理论，结合实验数据和工程经验进行分析和计算。 最后，还需要制定相应的测试方法和评估标准。测试方法是指对材料或结构进行实验测试的具体步骤和要求。评估标准是指根据测试结果，对材料或结构的疲劳性能进行评估和分类的依据。测试方法和评估标准的制定需要考虑到实际工程应用的需求和条件，以及相关国际和行业标准的要求。 总之，旋转弯曲疲劳标准的制定对于保证工程材料和结构的可靠性和安全性具有重要意义。通过对材料或结构在旋转弯曲载荷下的疲劳性能进行评估和标准化，可以为工程设计和材料选择提供科学依据，从而提高工程的质量和可持续发展能力。
机 械 设 计 自 测 题 ------------------------------------------------------------------------------------------ 一、判断题 1．滚动轴承的基本额定寿命是指滚动轴承的任一元件出现疲劳点蚀前轴承运转的总转数或一定转速下的 工作小时数。（ × ） 2．传动轴只承受弯矩作用，心轴只承受扭矩作用。（ × ） 3．相互啮合的齿轮，齿面接触强度一定相等，齿根弯曲疲劳强度一般不等。（ × ） 4．滚动轴承的当量动载荷是指轴承寿命为106转时，轴承所能承受的最大载荷。（ × ） 5．凸缘联轴器和齿式联轴器都可以补偿两轴的安装误差。（ × ） 6．只要是啮合传动，则其瞬时传动比不变。（ × ） 7．对于蜗杆传动，其传动中心距公式为()122 1z z a += 。（ × ） 8．蜗杆传动本质上属于齿轮传动，因此其传动比公式也为12/d d i =。（ × ） 9．在分度圆直径不变的情况下，齿轮的齿数越大则其齿根弯曲疲劳强度越小。（ ∨ ） 10．能减振的联轴器一定能缓冲，能缓冲的联轴器一定能减振。（ × ） 11．齿轮软、硬齿面以HB350为界，是因为软、硬齿面齿轮的设计准则不同。（ × ） 12．与斜齿轮一样，蜗杆传动正确啮合的条件之一是蜗杆螺旋角等于蜗轮螺旋角。（ × ） 13．动压润滑向心轴承的最小油膜厚度总是出现在外载荷的作用线上。（ × ） 14．当轴的刚度不够时，可改用强度大的合金钢代替原来的碳素钢来提高刚度。（ × ） 15．从有利于滚动轴承寿命的角度看，外圈固定内圈转动比内圈固定外圈转动好。（ ∨ ） 二、选择题 1．按齿面接触强度设计齿轮时，应将（ b ）中较小者代入设计公式。 a. FP1/Y Fa1Y sa1与FP2/Y Fa2Y sa2 b. HP1与HP2 c. FP1与FP2 d. HP1/Y Fa1Y sa1与 HP2/Y Fa2Y sa2 2．下列直径、直径系列相同的四种轴承中，( b )极限转速最高；( a )承受径向载荷最大；( c )能够 同时承受较大的径向与轴向载荷；( a )完全不能承受轴向力。 a. 向心短圆柱滚子轴承 b. 深沟球轴承 c. 圆锥滚子轴承 d. 单向推力球轴承 3．开式齿轮传动常见的失效形式是（ b ）。 a. 齿面疲劳点蚀 b. 齿面磨损 c. 齿面胶合 d. 齿面塑性变形 4．蜗杆传动单位时间内的发热量，是以（ d ）来进行计算的。 a. 润滑油的工作温度和流量 b. 润滑油的工作温度和环境温度 c. 润滑油的工作温度和箱体散热能力 d. 传递功率和传动效率 5．使用弯扭合成当量弯矩法计算转轴强度时，采用校正系数 是考虑到（ a ）。 a. 扭转切应力可能不是对称循环应力 b. 弯曲应力可能不是对称循环应力 c. 轴上有键槽 d. 轴上有应力集中 6．滚动轴承主要承受径向力、轴向力较小而转速较高时，应优先考虑选用( a )。 a. 深沟球轴承 b. 调心球轴承 c. 角接触球轴承 d. 推力球轴承 7．圆柱螺旋拉伸弹簧受载时，其簧丝截面主要受（ c ）。 a. 拉应力 b. 压应力 c. 切应力 d. 弯曲应力 8．相互啮合的一对圆柱齿轮，通常将小齿轮的齿宽取得略大于大齿轮的齿宽，其主要目的是（ c ）。
第一章绪论 1-1机器的基本组成要素是什么？ 答：机械零件 1-2什么是零件？什么是构件？什么是部件？试各举三个实例。 答：零件是组成机器的不可拆的基本单元，即制造的基本单元。如齿轮、轴、螺钉等。 构件是组成机器的运动的单元，可以是单一整体也可以是由几个零件组成的刚性结构，这些零件之间无相对运动。如内燃机的连杆、凸缘式联轴器、机械手的某一关节等。 部件是由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体，如减速器、离合器、联轴器。 1-3什么是通用零件？什么是专用零件？ 答：通用零件在各种机器中经常都能用到的零件，如：齿轮、螺钉、轴等。 在特定类型的机器中才能用到的零件，如：涡轮机的叶片、内燃机曲轴、减速器的箱体等。 1-4机械设计课程研究的内容是什么？ 答：机械系统设计的基础知识和一般尺寸和参数的通用零件设计方法。 第二章机械设计总论 2-1答：一台完整的机器通常由原动机、执行部分和传动部分三个基本部分组成。原动机是驱动整部机器以完成预定功能的动力源；执行部分用来完成机器的预定功能；传动部分是将原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。2-2答：设计机器应满足使用功能要求、经济性要求、劳动保护要求、可靠性要求及其它专用要求。 设计机械零件应满足避免在预定寿命期内失效的要求、结构工艺性要求、经济性要求、质量小的要求和可靠性要求。 2-3答：机械零件常见的失效形式：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。 常用的计算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。 2-4答：强度要求为确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形。强度条件为 []σσ ≤ 。 提高机械零件的强度，可以采取：a、采用强度高的材料，使零件具有足够的截面尺寸；b、合理地设计零件的截面形状，增大截面的惯性矩；c、采用热处理和化学处理方法，提高材料的力学性能；d、提高运动零件的制造精度，降低工作时的动载荷；e、合理配置零件的位置，降低作用于零件上的载荷等。 2-9答： HT150：灰铸铁，抗拉强度为150MPa ZG230-450：铸钢，屈服强度为230 MPa,抗拉强度为450 MPa 65Mn：优质碳素结构钢，含碳量为0.65%，含锰量<1.5% 45：优质碳素结构钢，含碳量为0.45% Q235：普通碳素结构钢，屈服强度为235 MPa 40Cr：中碳合金钢，含碳量为0.40%，含铬量<1.5%
1、为什么轮齿的弯曲疲劳裂纹首先发生在齿根受拉伸一侧？ 解题要点： （1）齿根弯曲疲劳强度计算时，将轮齿视为悬臂梁，受载荷后齿根处产生的弯曲应力最大。 （2）齿根过渡圆角处尺寸发生急剧变化，又由于沿齿宽方向留下加工刀痕产生应力集中。 （3）在反复变应力的作用下，由于齿轮材料对拉应力敏感，故疲劳裂纹首先发生在齿根受拉伸一侧。 2、有一闭式齿轮传动，满载工作几个月后，发现硬度为200~240HBS 的齿轮工作表面上出现小的凹坑。试问：（1）这是什么现象？（2）如何判断该齿轮是否可以继续使用？（3）应采取什么措施？ 解题要点： （1）已开始产生齿面疲劳点蚀，但因“出现小的凹坑”，故属于早期点蚀。 （2）若早期点蚀不再发展成破坏性点蚀，该齿轮仍可继续使用。 （3）采用高粘度的润滑油或加极压添加剂于没中，均可提高齿轮的抗疲劳点蚀的能力。 3、一对齿轮传动，如何判断大、小齿轮中哪个齿面不易产生疲劳点蚀？哪个轮齿不易产生弯曲疲劳折断？并简述其理由。 解题要点： （1） 大、小齿轮的材料与热处理硬度及循环次数N 不等，通常21HP HP σσ>， 而21H H σσ=，故小齿轮齿面接触强度较高，则不易出现疲劳点蚀。 （2）比较大、小齿轮的 1 11 Sa Fa FP Y Y σ与 2 22 Sa Fa FP Y Y σ，若 1 11 Sa Fa FP Y Y σ< 2 22 Sa Fa FP Y Y σ，则表明小齿的弯 曲疲劳强底低于大齿轮，易产生弯曲疲劳折断；反之亦然。 4、图为两级斜齿圆柱齿轮减速器，已知条件如图所示。试问： （1） 低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间 轴Ⅱ上两齿轮所受的轴向力相反？ （2） 低速级小齿轮的螺旋角β2应取多大值，才能使 轴Ⅱ轴上轴向力相互抵？
第二章机械零件的工作能力和计算准则 一、选择题 1 机械设计课程研究的内容只限于____________。 （1）专用零件和部件（2）在高速、高压、环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件（3）在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件（4）标准化的零件和部件 2 下列四种叙述中___________是正确的。 （1）变应力只能由变载荷产生（2）静载荷不能产生变应力 （3）变应力是由静载荷产生的（4）变应力是由变载荷产生的，也可能由静载荷产生 3 变应力特性可用ζmax、ζmin、ζm、ζa、r等五个参数中的任意___________来描述。 （1）一个（2）两个（3）三个（4）四个 4 零件的工作安全系数为___________。 （1）零件的极限应力比许用应力（2）零件的极限应力比零件的工作应力（3）零件的工作应力比许用应力（4）零件的工作应力比零件的极限应力 5 机械零件的强度条件可以写成___________。 （1）ζ≤[ζ]，η≤[η]或Sζ≤[S]ζ，Sη≤[S]η （2）ζ≥[ζ]，η≥[η]或Sζ≥[S]ζ，Sη≥[S]η （3）ζ≤[ζ]，η≤[η]或Sζ≥[S]ζ，Sη≥[S]η （4）ζ≥[ζ]，η≥[η]或Sζ≤[S]ζ，Sη≤[S]η 式中ζ、η是危险截面处的最大应力；[ζ]、[η]是许用应力；Sζ、Sη是危险截面处的实际安全系数；[S]ζ、[S]η分别为正应力和切应力时的许用安全系数。 6 一直径d=18mm的等截面直杆，杆长为800mm，受静拉力F=36kN，杆材料的屈服点ζs=360MPa，取许用安全系数[S]ζ=1.8，则该杆的强度___________。 （1）不足（2）刚好满足要求（3）足够 7 一直径d=25mm的等截面直杆，受静拉力F=40kN,杆的材料45钢，ζs＝320MPa，许用安全系数[S]ζ＝1.6，则该零件的许用载荷为___________kN。 （1）25 （2）98.17 （3）157.08 （4）251.33 8 在进行疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的___________。 （1）屈服点（2）疲劳极限（3）强度极限（4）弹性极限 9 两圆柱体相接触，接触面为矩形，接触面宽度中心处的最大接触应力ζHmax与载荷F的关系为ζHmax∝___________。 （1）F （2）F2 （3）F1/3（4）F1/2 第三章机械零件的疲劳强度设计
第十章疲劳强度概述 以上各章主要研究构件的静强度问题，这自然是构件安全性设计最基本的、也是解决的 最好的一环。但是在实际中，结构失效的原因往往并不是其静强度不足，而是材料的疲劳（fatigue ）与断裂（fracture ）。这方面有许多惨痛的例子，如1954年世界上第一架喷气客机 —英国的彗星号，在投入飞行不到二年，就因其客舱的疲劳破坏而坠入地中海；又如在1967年，美国西弗吉尼亚的Point Pleasant桥因其一根拉杆的疲劳而突然毁坏；最近（2002年）在空中解体、坠入台湾海峡彭湖海域的台湾华航波音747宽体客机也是因其机翼与机身连接部 位的疲劳破坏而引起的；等等。所以，研究构件的疲劳强度具有重要的意义。 所谓疲劳，是指构件中的某点或某些点承受交变应力，经过足够长的时间（或次数）累 积作用之后，材料形成裂纹或完全断裂这样一个发展和变化过程。所谓交变应力（或循环应 力），是指随时间循环变化的应力。交变应力随时间变化的历程称为应力谱，当然，应力谱源 自载荷谱，它们或是周期性的（图10.1a），或是随机性的（图10.1b）。 图10.1 理论与实验研究均表明，构件在交变应力下的疲劳破坏, 与静应力下的失效有本质区别，疲劳破坏具有以下特点： ?破坏时应力低于材料的强度极限，甚至低于材料的屈服应力； ?破坏是一个积累损伤的过程，即需经历多次应力循环后才能出现； ?即使是塑性材料，破坏时一般也无明显的塑性变形，即表现为脆性断裂； ?在破坏的断口上，通常呈现两个区域，一个是光滑区域，另一个是粗粒状区 域。例如, 图10.2
车轴疲劳破坏的断口如图 10.2所示。 以上现象可以通过疲劳破坏的形成过程加以说明。原来，当交变应力的大小超过一定限 度并经历了足够多次的交替重复后， 在构件内部应力最大或材质薄弱处， 将产生细微裂纹（即 所谓疲劳源），这种裂纹随应力循环次数增加而不断扩展，并逐渐形成宏观裂纹。在扩展过程 中，由于应力循环变化，裂纹两表面的材料时而互相挤压，时而分离，或时而正向错动，从 而形成断口的光滑区。另一方面，由于裂纹不断扩展，当达到其临界长度时，构件将发生突 然断裂，断口的粗粒状区就是突然断裂造成的。因此，疲劳破坏的过程又可理解为疲劳裂纹 萌生、逐渐扩展和最后断裂的过程。 本章主要研究构件在交变应力作用下的疲劳强度，以及构件的疲劳寿命估算。 10.1交变应力循环特征 在一个应力循环中，应力的极大值与极小值，分别称为最大应力和最小应力。最大应力 Gax 与最小应力 Gin 的代数平均值，称为平均应力，并用 6表示，即 (10-1) 最大应力与最小应力的代数差之半，称为应力幅，并用 ；二表示，即 (10-2) 交变应力的变化特点，可用比值 r 表示，并称为 应力比或循环特征，即 (10-3) 试验表明，r 对材料的疲劳强度有直接影响。在交变应力中，如果最大应力与最小应力 的等值反向，即 匚max - -；「min ，其应力比「= -1 （图10.3b ），则称为对称交变应力。在交变应力 中，如果最小应力 Cmin 为零，其应力比r =0 （图10.3C ） ，则称为脉动交变应力。除对称循环 恒幅交变应力是交变应力最常见的情况（图 化。 10.3a ）。应力在两个极限值之间周期性的变 图 10.3 (b) 2
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。 3．2 疲劳曲线和疲劳极限应力图 3.2.1疲劳曲线 在循环特性r下的变应力，经过N次循环后，材料不发生破坏的应力最大值称为疲劳极限。表示循环次数N与疲劳极限间的关系曲线，称为疲劳曲线。若坐标系取为双对数坐标，则疲劳曲线为一折线。 3.2．2 疲劳极限应力图
1金属材料的性能 金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料在使用过程中反映出来的特性，它决定金属材料的应用范围、安全可靠性和使用寿命。使用性能又分为机械性能、物理性能和化学性能。工艺性能是指金属材料在制造加工过程中反映出来的各种特性，是决定它是否易于加工或如何进行加工的重要因素。 在选用金属材料和制造机械零件时，主要考虑机械性能和工艺性能。在某些特定条件下工作的零件，还要考虑物理性能和化学性能。 1.1金属材料的机械性能 各种机械零件或者工具，在使用时都将承受不同的外力，如拉力、压力、弯曲、扭转、冲击或摩擦等等的作用。为了保证零件能长期正常的使用，金属材料必须具备抵抗外力而不破坏或变形的性能，这种性能称为机械性能。即金属材料在外力作用下所反映出来的力学性能。金属材料的机械性能是零件设计计算、选择材料、工艺评定以及材料检验的主要依据。 不同的金属材料表现出来的机械性能是不一样的。衡量金属材料机械性能的主要指标有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。 1.1.1强度 金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为强度。按外力作用的方式不同，可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗扭强度等。一般所说的强度是指抗拉强度。它是用金属拉伸试验方法测出来的。 1.1.2刚性与弹性 金属材料在外力作用下，抵抗弹性变形的能力称为刚性。刚性的大小可用材料的弹性模量（E）表示。弹性模量是金属材料在弹性变形范围内的规定非比例伸长应力（σρ）与规定非比例伸长率（ερ）的比值。所以材料的弹性模量（E）愈大，刚性愈大，材料愈不易发生弹性变形。但必须注意的是：材料的刚性与零件的刚度是不同的，零件的刚度除与材料的弹性模量有关外，还与零件的断面形状和尺寸有关。例如，同一种材料的两个零件，弹性模量E虽然相同，但断面尺寸大的零件不易发生弹性变形，而断面尺寸小的零件则易发生弹性变形。 零件在使用过程中，一般处于弹性变形状态。对于要求弹性变形小的零件，如泵类主轴、往复机的曲轴等，应选用刚性较大的金属材料。对于要求弹性好的零件，如弹簧则可通过热处理和合金化的方法，达到提高弹性的目的。 1.1.3硬度 金属材料抵抗集中负荷作用的性能称为硬度。换句话说，硬度是金属材料抵抗硬物压入的能力。材料的硬度是强度、塑性和加工硬化倾向的综合反映。硬度与强度之间往往有一定的概略比例关系，并在很大程度上反映出材料的耐磨性能。此外，硬度测定方法简便，不需制备特殊的试样，可以直接在零件上进行测定，而不损坏工件。所以硬度通常在生产上作为热处理质量检验的主要方法。 1.1.4冲击韧性 有些机器零件在工作时，如齿轮换挡、设备起动、刹车等，往往受到冲击负荷的作用；还有
第二章 机械零件的强度 2-1 基础知识 一、材料的疲劳特性 材料的疲劳特性可用最大应力max σ、应力循环次数N 、应力比（或循环特性）min max (/)r σσ来描述。机械零件材料的抗疲劳性能是通过试验来测定的。把试验结果用图2-l 或图2-2来表达，就得到材料的疲劳特性曲线。图2-l 描述了在一定的应力比r 下，疲劳极限（以最大应力max σ表征）与应力循次数N 的关系曲线，通常称为N σ-曲线。图2-2描述的是在一定的应力循环次数N 下，极限平均应力m σ与极限应力幅值a σ的关系曲线。这一曲线实际上也反映了在特定寿命条件下，最大应力m a x m a σσσ=+与应力比()/()m a m a r σσσσ=-+的关系，故常称其为等寿命曲线或极限应力线图。 图2-l 材料疲劳曲线之一（N σ-曲线）
图2-2 材料疲劳曲线之二（等寿命曲线） 在循环次数约为l03以前，相应于图2-1中的曲线AB 段，是材料试件发生破坏的最大应力值基本不变，或者说下降得很小，因此我们可以把在应力循环次数310N ≤时的变应力强度看作是静应力强度的状况。 曲线的BC 段，随着循环次数的增加使材料发生疲劳破坏的最大应力将不断下降。仔细检查试件在这一阶段的破坏断口状况，总能见到材料已发生塑性变形的特征。C 点相应的循环次数大约在410左右。这一阶段的疲劳破坏，因为这时已伴随着材料的塑性变形，所以用应变一循环次数来说明材料的行为更为符合实际。因此，人们把这一阶段的疲劳现象称为应变疲劳。由于应力循环次数相对很少，所以也叫做低周疲劳。对绝大多数通用零件来说，当其承受变应力作用时，其应力循环次数总是大于4 10的。所以我们不讨论低周疲劳问题。 1、N σ-疲劳曲线 图2-1中曲线CD 段代表有限寿命疲劳阶段。在此范围内，试件经过一定次数的交变应力作用后总会发生疲劳破坏。曲线CD 段上任何一点所代表的疲劳极限，称为有限寿命疲劳极限，用符号rN σ表示。脚标r 代表该变应力的应力比，N 代表相应的应力循环次数。曲线CD 段可用式（2-1）来描述： m rN N C σ= （2-l ） 如果作用的变应力的最大应力小于D 点的应力，则无论应力变化多少次，材料都不会破坏。故D 点以后的线段代表了试件无限寿命疲劳阶段，可用式（2-2）描述： rN r σσ∞= （D N N >） （2-2） 式中r σ∞表示D 点对应的疲劳极限，常称为持久疲劳极限。D 点所对应的循环次数，对于各种工程材料来说，大致在67102510?之间。由于D N 有时很大，所以人们在做疲劳试验时，常规定一个循环次数0N （称为循环基数），用0N 和与0N 相对应的疲劳极限rN σ代表D N 和r σ∞这样，式（2-1）可改写为 0m m rN r N N C σσ== （2-1a ）
旋转弯曲疲劳强度与对称弯曲疲劳强度 旋转弯曲疲劳强度与对称弯曲疲劳强度是材料疲劳性能的两个重要指标。在材料应用过程中，这两个参数可以用来评估材料在实际工况下的疲劳寿命和安全性能。下面将详细介绍这两个指标的定义、计算方法以及对材料性能的影响。 1.旋转弯曲疲劳强度是指材料在应力和应变周期循环加载下，在固定角度内的弯曲疲劳寿命。这种加载方式通常适用于旋转机械设备中的转轴等工件。旋转弯曲疲劳强度的计算方法包括基于极限弯曲应力的S-N曲线法和应变解析法等。 2.对称弯曲疲劳强度是指材料在应力和应变周期循环加载下，受到对称弯曲作用时的疲劳寿命。这种加载方式通常适用于结构工程中的梁、悬臂梁等构件。对称弯曲疲劳强度的计算方法一般采用极限弯曲应力与抗弯强度之间的关系。 旋转弯曲疲劳强度和对称弯曲疲劳强度的计算方法和影响因素有一些共同之处，但也存在一些差异。
对于旋转弯曲疲劳强度的计算，常用的方法是使用极限弯曲应力(Smax)与材料疲劳极限强度(Se)之间的关系来进行。根据经验公式，可以得到一个经验关系式：Smax=kf·Se。其中，kf是修正系数，用来考虑一些影响因素，如载荷分布不均匀、表面质量和加工状态等。修正系数的确定需要结合实际情况，可以通过试验和经验公式来确定。 对于对称弯曲疲劳强度的计算，一般采用抗弯强度(Sb)来替代极限弯曲应力，即Smax=kf·Sb。这是因为对称弯曲加载下的构件受力情况具有对称性，疲劳寿命与材料的抗弯强度有直接关系。 在实际应用中，材料的微观结构和强度对旋转弯曲疲劳强度和对称弯曲疲劳强度都有显著的影响。一般来说，粗晶材料的疲劳强度较低，微观平行放射晶体结构的金属材料，其疲劳强度较高。此外，材料的加工工艺也会对疲劳强度产生影响。例如，热处理过程中的残余应力会降低材料的疲劳强度。 此外，载荷情况也对旋转弯曲疲劳强度和对称弯曲疲劳强度产生影响。例如，旋转弯曲加载下的材料通常会出现应力集中的情况，导致疲劳寿命较短。而对称弯曲加载下的材料，由于应力分布均匀，疲劳寿命较长。
JX4D30曲 轴 强 度 计 算 发动机开发部 汪恩波 曲轴的强度直接影响发动机寿命，因此曲轴强度计算是发动机设计 的重要环节。最近几年来，随着计算机及其软件技术的发展，出现了许多先进的曲轴强度计算方法，但在设计的初始阶段，目前普遍采用上午还是曲轴强度估算法。 RICARDO 计算方法 该计算方法有两点假定： （一） 曲轴的每一个曲拐是相互独 立的，不受其轴其他部分受力的影响，并以简支梁的形式支撑在主轴承上。 （二） 曲轴所受力是以点负荷的形 式作用在曲轴上。 已知条件 连杆轴颈 d=53 宽l=33 主轴颈 D=70 宽l=31 曲臂厚 h=19.5 宽B=110 重叠度 A=9.05 连杆长L=158mm 曲柄半径52.45mm 活塞行程 S=104.9mm 圆角半径 R=3.5mm 缸径d=95.4mm 发动机转速额定转速 n=3600,r/min; 发动机最高转速 n=4200r/min 最高燃烧压力max p =160bar; 最大平均有效压力me p =12.222bar; 活塞连杆组往复质量 m1=1.3195,kg; 活塞连杆组旋转质量m2=0.8925kg. 曲轴材料 S53C 屈服强度 δs=588 Mpa 抗拉强度 δb=660 Mpa 重叠度的定义： 重叠度2 P J D D S A +-=的定义（P D 为连杆轴颈直径，J D 为主轴径直径，S 为活塞行程）
弯曲应力计算 1． 曲轴受力计算 压缩上止点时的曲轴作用力 max max max 2 p j L R F F F F F +=== 式中，j F 为活塞连杆组往复惯性力；p F 为燃气作用力（N ）; max L F 、max R F 为左右两侧主轴承支撑力的最大值（N ） 22 52122 5[1]1018 23600104.9104.9[0.8925 1.31951]1019734.1 182158 j j n S F S m m L F ππ--=- ++ ?=-?++?=?（）（） 2max 22max max 4 95.4161143104 4 114310197346702222 p p p j F d p F d p N F F F N π π π === ??=++=== 排气上止点时的曲轴作用力 min min 29867.52 j j F F F F N == = 2、单个曲拐三个危险截面（A-A 、B-B 、C-C ）上的弯矩 经过计算 a=19.25mm b=32.5mm c=40.5mm l=58mm 曲柄臂中央处（A-A ） max max A M F a ==67022x19.25=1290173.5Nmm min min A M F a ==9867.5x19.25=189939.75Nmm 连杆轴颈圆角处（B-B ） max max B M F b ==67022x32.5=2178215Nmm min min B M F b ==9867.5x32.5=314827.5Nmm
1.问：常见的齿轮传动失效有哪些形式？ 答：齿轮的常见失效为：轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形等。 2.问：在不改变材料和尺寸的情况下，如何提高轮齿的抗折断能力？ 答：可采取如下措施：1)减小齿根应力集中;2)增大轴及支承刚度;3)采用适当的热处理方法提高齿芯的韧性;4)对齿根表层进行强化处理。 3.问：为什么齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上？ 答：当轮齿在靠近节线处啮合时，由于相对滑动速度低形成油膜的条件差，润滑不良，摩擦力较大，特别是直齿轮传动，通常这时只有一对齿啮合，轮齿受力也最大，因此，点蚀也就首先出现在靠近节线的齿根面上。 4.问：在开式齿轮传动中，为什么一般不出现点蚀破坏？ 答：开式齿轮传动，由于齿面磨损较快，很少出现点蚀。 5.问：如何提高齿面抗点蚀的能力？ 答：可采取如下措施：1)提高齿面硬度和降低表面粗糙度;2)在许用范围内采用大的变位系数和,以增大综合曲率半径;3)采用粘度高的润滑油;4)减小动载荷。 6.问：什么情况下工作的齿轮易出现胶合破坏？如何提高齿面抗胶合能力？ 答：高速重载或低速重载的齿轮传动易发生胶合失效。措施为：1)采用角度变位以降低啮合开始和终了时的滑动系数;2)减小模数和齿高以降低滑动速度;3)采用极压润滑油;4)采用抗校核性能好的齿轮副材料;5)使大小齿轮保持硬度差;6)提高齿面硬度降低表面粗糙度。 7.问：闭式齿轮传动与开式齿轮传动的失效形式和设计准则有何不同？ 答：闭式齿轮传动：主要失效形式为齿面点蚀、轮齿折断和胶合。目前一般只进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算。开式齿轮传动：主要失效形式为轮齿折断和齿面磨损，磨损尚无完善的计算方法，故目前只进行弯曲疲劳强度计算，用适当增大模数的办法考虑磨损的影响。 8.问：硬齿面与软齿面如何划分？其热处理方式有何不同？ 答：软齿面：HB≤350，硬齿面：HB>350。软齿面热处理一般为调质或正火，而硬齿面则是正火或调质后切齿，再经表面硬化处理。
齿轮啮合传动时,接触疲劳强度不相等,而弯曲疲劳强度相等 在机械传动中，齿轮啮合是一种普遍而重要的传动方式。齿轮的作用是将动能转化为扭矩，以驱动机器或设备的运行。这种传动方式具有传动效率高、稳定性好等优点，但也存在着一些问题，比如齿轮表面的疲劳损伤问题。齿轮表面损伤的主要形式包括接触疲劳和弯曲疲劳，而这两种疲劳强度并不相等。本文将叙述接触疲劳和弯曲疲劳的差异，并探讨两种疲劳的实现、原因和预防。 齿轮的工作过程中会产生两种疲劳强度：接触疲劳和弯曲疲劳。接触疲劳是指齿轮表面由于压力和剪切力的作用而产生的疲劳损伤，而弯曲疲劳则是指由于反复弯曲变形而导致的疲劳损伤。这两种疲劳的强度不一样，接触疲劳通常大于弯曲疲劳。 接触疲劳的主要实现方式是循环疲劳，即当齿轮进行啮合时，由于表面接触产生的应力集中导致表面出现微裂纹，这些微裂纹在反复应力的作用下不断扩展，并逐渐发展成面裂。最终导致齿面的剥落、削蚀、磨损和齿面硬度的降低，严重影响齿轮的传动效能。 而弯曲疲劳的主要实现方式是弯曲循环，即齿轮扭转时由于齿面材料自身的弯曲变形而产生疲劳损伤。这种疲劳相对比较轻微，通常表现为表面微裂纹，随着时间的推移表面裂纹会更加显著。 接触疲劳是齿轮磨损的主要原因，其主要原因是因为齿面表面应力过高和润滑不良。应对接触疲劳问题，可以针对润滑问题
加强润滑措施，加大润滑油的黏度，使得润滑油在齿轮表面的附着力更高，这样就能减少表面的摩擦和磨损；或者通过表面处理来增大齿面的接触面积，从而使齿轮表面承受的压力均匀分布。 而弯曲疲劳主要是由于齿轮表面的载荷作用导致表面内部出现微裂纹而造成的。为了解决弯曲疲劳问题，可以采用对齿轮表面进行化学处理，使得材料的弯曲耐力变得更强；另外，也可以采用齿轮表面进行高温处理，使得表面硬度增大、且更加耐磨。 总体而言，齿轮啮合传动时，无论是接触疲劳还是弯曲疲劳，都是不可避免的问题。为了解决这些问题，我们需要对齿轮材料、制造工艺、润滑方式等方面进行全面的考虑和优化。只有这样，才能保证齿轮的正常运转，达到最优的传动效果。
金属构件的疲劳与疲劳断裂形式特征及失效分析总结疲劳断裂是金属构件断裂的主要形式之一，在金属构件疲劳断裂失效分析基础上形成和发展了疲劳学科。自从Wöhler的经典疲劳著作发表以来，人们充分地研究了不同材料在各种不同载荷和环境条件下试验时的疲劳性能。尽管大多数工程技术人员和设计人员已经注意到疲劳问题，而且已积累了大量的实验数据，目前仍然有许多设备和机器发生疲劳断裂。 疲劳设计现在已从无限寿命设计发展到有限寿命设计。零件、构件和设备的寿命估算，已成为疲劳强度的一个重要组成部分。疲劳已从一个古老的概念发展成为材料科学、力学和工程设计相结合的一门新兴学科——疲劳强度。 疲劳断裂的基本形式和特征 一、疲劳断裂失效的基本形式 机械零件疲劳断裂失效形式很多： •按交变载荷的形式不同可分为：拉压疲劳、弯曲疲劳、扭转疲劳、接触疲劳、振动疲劳等； •按疲劳断裂的总周次的大小 (Nf)可分为：高周疲劳 (Nf＞10⁵) 和低周疲劳 (Nf＜10⁴)； •按零件服役的温度及介质条件可分为：机械疲劳（常温、空气中的疲劳）、高温疲劳、低温疲劳、冷热疲劳及腐蚀疲劳等。 但其基本形式只有两种，即由切应力引起的切断疲劳及由正应力引起的正断疲劳。其它形式的疲劳断裂，都是由这两种基本形式在不同条件下的复合。 (1) 切断疲劳失效 切断疲劳初始裂纹是由切应力引起的。切应力引起疲劳初裂纹萌生的力学条件是：切应力/缺口切断强度≥1；正应力/缺口正断强度＜1。 切断疲劳的特点：疲劳裂纹起源处的应力应变场为平面应力状态；初裂纹的所在平面与应力轴约成45º角，并沿其滑移面扩展。
由于面心立方结构的单相金属材料的切断强度一般略低于正断强度，而在单向压缩、拉伸及扭转条件下，最大切应力和最大正应力的比值（即软性系数）分别为2.0、0.5、0.8，所以对于这类材料，其零件的表层比较容易满足上述力学条件，因而多以切断形式破坏。例如铝、镍、铜及其合金的疲劳初裂纹，绝大多数以这种方式形成和扩展。低强度高塑性材料制作的中小型及薄壁零件、大应力振幅、高的加载频率及较高的温度条件，都将有利于这种破坏形式的产生。 (2) 正断疲劳失效 正断疲劳的初裂纹，是由正应力引起的。初裂纹产生的力学条件是：正应力/缺口正断强度≥1，切应力/缺口切断强度＜1。 正断疲劳的特点：疲劳裂纹起源处的应力应变场为平面应变状态；初裂纹所在平面大致上与应力轴相垂直，裂纹沿非结晶学平面或不严格地沿着结晶学平面扩展。 大多数的工程金属构件的疲劳失效都是以此种形式进行的。特别是体心立方金属及其合金以这种形式破坏的所占比例更大；上述力学条件在试件的内部裂纹处容易得到满足，但当表面加工比较粗糙或具有较深的缺口、刀痕、蚀坑、微裂纹等应力集中现象时，正断疲劳裂纹也易在表面产生。高强度、低塑性的材料、大截面零件、小应力振幅、低的加载频率及腐蚀、低温条件均有利于正断疲劳裂纹的萌生与扩展。 二、疲劳断裂失效的一般特征 金属零件在使用中发生的疲劳断裂具有突发性、高度局部性及对各种缺陷的敏感性等特点。引起疲劳断裂的应力一般很低，断口上经常可观察到特殊的、反映断裂各阶段宏观及微观过程的特殊花样。 (1) 疲劳断裂的突发性 疲劳断裂虽然经过疲劳裂纹的萌生、亚临界扩展、失稳扩展三个元过程，但是由于断裂前无明显的塑性变形和其它明显征兆，所以断裂具有很强的突发性。即使在静拉伸条件下具有大量塑性变形的塑性材料，在交变应力作用下也会显示出宏观脆性的断裂特征，因而断裂是突然进行的。 (2) 疲劳断裂应力很低
第三章机械零件的疲劳强度设计 1 一、多项选择题 3－145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）417 3－2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）2.83 3－3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）增加（2）不变（3）减少 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）较高的（2）与较低的（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、应力集中和载荷状态（3）表面状态、零件的绝对尺寸 和应力集中（4）材料、热处理方法和零件的绝对尺寸。 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____________。
疲劳试验的数据处理 堵百城 【摘要】With 45 steel as an example, the data processing steps in fatigue test were introduced, including sample data sorting, scatter plot chart drawing, fatigue equation and curve building with regression analysis, the calculation of relative error and residual standard deviation, and reliability-fatigue stress-life equations and curves establishing. The highlight of the discussion is to use matching method for stress of censored life; and establish the fatigue equation with decimal power, with the relative error instead of significant inspection.%以45钢为例,介绍了疲劳试验数据处理的步骤:整理样本数据,画散点图,用回归分析建立疲劳方程和曲线,计算相对误差,计算残差标准差,建立可靠度一疲劳应力一寿命方程和曲线.讨论的重点是用配对法求得的应力作为截尾寿命的应力；建立带小数幂的疲劳方程；用相对误差代替显著性检验.【期刊名称】《理化检验-物理分册》 【年(卷),期】2013(049)003 【总页数】4页(P158-161) 【关键词】截尾寿命;数据处理;疲劳方程;疲劳曲线 【作者】堵百城 【作者单位】无锡市机电研究所,无锡214062 【正文语种】中文
网络教育学院 本科生毕业论文（设计） 题目：浅谈机械零件的疲劳强度 学习中心： 层次：专科起点本科 专业：机械设计制造及其自动化 年级：年季 学号： 学生： 指导教师： 完成日期：年月日
内容摘要 本文以机械零件的疲劳强度计算方法为切入点，首先阐述零件在工作中变应力的分类和变应力的参数，然后推导出变应力计算公式，进而讨论影响疲劳强度的因素以及提高疲劳强度的解决措施，最后介绍了疲劳强度在各领域中的应用。 关键词：疲劳强度；变应力；复合应力；可靠性
目录 内容摘要................................................................................................................ I 引言 (1) 1 变应力的分类 (2) 2 变应力参数 (3) 3 疲劳曲线 (4) 4 影响疲劳强度的因素 (5) 4.1应力集中的影响 (5) 4.2尺寸与形状的影响 (9) 4.3表面质量的影响 (9) 4.4表面强化的影响 (9) 4.4其他因素的影响 (10) 5 提高疲劳强度的解决措施 (11) 5.1提高构件表面质量 (11) 5.2提高构件表面强度 (11) 5.3豪克能技术 (11) 6 疲劳强度在各领域的应用以及前景展望 (12) 6.1 疲劳强度在机械零件中的应用 (12) 6.2 疲劳强度在航空航天领域的应用 (12) 6.3前景展望 (13) 结论 (15) 参考文献 (16)
引言 通用机械零件的强度分为静应力和变应力强度范畴。根据设计经验及材料的特性，通常认为在机械零件整个工作寿命期间应力变化次数小于103的通用零件，均可按静应力强度进行设计。本论文以下主要讨论零件在变应力下的疲劳、影响疲劳强度因素、疲劳强度计算等问题。 1954 年，世界上第一款商业客机de Havilland Comet 接连发生了两起坠毁事故，这使得“金属疲劳”一词出现在新闻头条中，引起公众持久的关注。这种飞机也是第一批使用增压舱的飞行器，采用的是方形窗口。增压效应和循环飞行载荷的联合作用导致窗角出现裂纹，随着时间的推移，这些裂纹逐渐变宽，最后导致机舱解体。Comet 空难夺去了68 人的生命，这场悲剧无时无刻不在提醒着工程师创建安全、坚固的设计。 自此以后，人们发现疲劳是许多机械零部件（例如在高强度周期性循环载荷下运行的涡轮机和其他旋转设备）失效的罪魁祸首。 1867年，德国的A.沃勒展示了用旋转弯曲试验获得的车轴疲劳试验结果，把疲劳与应力联系起来，提出了疲劳极限的概念，为常规疲劳设计奠定了基础。第二次世界大战中及战后，通过对当时发生的许多疲劳破坏事故的调查分析，逐渐形成了现代的常规疲劳强度设计。1945年，美国的M.A.迈因纳提出了线性损伤积累理论。1953年，美国的A.K.黑德提出了疲劳裂纹扩展理论。之后，计算带裂纹零件的剩余寿命的具体应用，形成了损伤容限设计。20世纪60年代，可靠性理论开始在疲劳强度设计中应用。 在常规疲劳强度设计中，有无限寿命设计（将工作应力限制在疲劳极限以下，即假设零件无初始裂纹，也不发生疲劳破坏，寿命是无限的）和有限寿命设计（采用超过疲劳极限的工作应力，以适应一些更新周期短或一次消耗性的产品达到零件重量轻的目的，也适用于宁愿以定期更换零件的办法让某些零件设计得寿命较短而重量较轻）。损伤容限设计是在材料实际上存在初始裂纹的条件下，以断裂力学为理论基础，以断裂韧性试验和无损检验技术为手段，估算有初始裂纹零件的剩余寿命，并规定剩余寿命应大于两个检修周期，以保证在发生疲劳破坏之前，至少有两次发现裂纹扩展到危险程度的机会。疲劳强度可靠性设计是在规定的寿命内和规定的使用条件下，保证疲劳破坏不发生的概率在给定值（可靠度）以上的设计，使零部件的重量减轻到恰到好处。