2.3　影响疲劳强度的主要因素

在上一节中介绍的疲劳曲线和疲劳极限是标准试件的疲劳性能，而实际零件与标准试件有很大差别。影响机械零件疲劳强度的因素很多，如应力集中、尺寸效应、表面状态、环境介质、加载顺序和频率等，尤其以前3种最为重要。

2.3.1　应力集中的影响

机械零件受载时，在几何形状突然变化处（如圆角、孔、凹槽、缺口等）将产生应力集中，这些位置的微裂纹萌生和扩展更为容易、迅速，因此会明显降低材料的疲劳极限。

在应力集中处（见图2-8），最大的局部应力σmax与名义应力σ的比值称为理论应力集中系数。对应力集中的敏感还与零件材料有关，常用有效应力集中系数kσ、kτ来考虑应力集中对疲劳强度的影响。

式中　ασ、ατ——理论应力集中系数；

q——考虑材料对应力集中感应程度的敏感系数。

ασ、ατ和q等数据均可从有关资料中查到。

强度极限越高的钢敏感系数q值越大，说明对应力集中越敏感。而铸铁零件由于内部组织不均匀，对应力集中的敏感性接近于零，计算时可取q=0。

若在同一截面上同时有几个应力集中源时，应采用其中最大有效应力集中系数进行计算。

2.3.2　尺寸效应

零件尺寸越大，则其疲劳强度越低，这种现象称为尺寸效应。原因是尺寸大时，材料晶粒粗，出现缺陷的概率大，加工后表面冷作硬化层相对较薄，容易形成疲劳裂纹。

零件的尺寸效应对疲劳强度的影响可用尺寸系数εσ和ετ来表示，尺寸系数越小表示疲劳强度降低越大。

2.3.3　表面状态的影响

零件的表面状态包括表面粗糙度和表面处理的情况。表面状态对疲劳强度的影响可用表面状态系数βσ和βτ来表示。一般钢的强度极限越高，表面越粗糙，表面状态系数越低，疲劳强度也越低。

铸铁对加工后的表面状态不敏感，故可取βσ=βτ=1。

此外，还可以采取下列措施改善表面状态，提高零件的疲劳强度，如淬火、渗氮、渗碳等热处理工艺，抛光、喷丸、滚压等冷作工艺。这些措施都有利于提高表面强度和产生残余压应力，而残余压应力有降低平均拉应力和减少初始裂纹产生和扩展的作用。改善后的表面状态系数可能大于1，一般计算时仍取1。

冷拉加工产生的残余拉应力，会降低疲劳强度。受到腐蚀的金属表面会产生腐蚀坑，从而形成应力集中源，故腐蚀也会降低疲劳强度。

2.3.4　综合影响系数

试验证明：应力集中、尺寸效应和表面状态只对应力幅有影响，对平均应力没有明显影响。通常将这三个系数合并为一个系数，即综合影响系数，并用（kσ）D或（kτ）D来表示。

在进行疲劳强度计算时，零件的工作应力幅要乘以综合影响系数，或者是材料的极限应力幅除以综合影响系数。