機械1、2、3章

1、機械設(shè)計機械設(shè)計 制造科學與工程學院制造科學與工程學院 馬詠梅馬詠梅 第一章第一章 機械設(shè)計概論機械設(shè)計概論 1-1 課程性質(zhì)和任務課程性質(zhì)和任務 一、機械設(shè)計的重要性一、機械設(shè)計的重要性 二、機器的組成二、機器的組成 1、從功能看、從功能看 三個基本部分、三個輔助部分三個基本部分、三個輔助部分 其它輔助系統(tǒng)：例如潤滑、顯示、照明等其它輔助系統(tǒng)：例如潤滑、顯示、照明等 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng) 操作系統(tǒng)和控制系統(tǒng)操作系統(tǒng)和控制系統(tǒng) 2、從制造安裝方面看：、從制造安裝方面看： 任何機械設(shè)備都是由許多機械零部件任何機械設(shè)備都是由許多機械零部件 組成的。組成的。 機械零件：機

2、械零件：是機械制造過程中不可分拆的是機械制造過程中不可分拆的 最小單元最小單元 通用零件通用零件 專用零件專用零件 傳動件傳動件 聯(lián)接件聯(lián)接件 支承件支承件 其其 它它 齒輪、蝸桿、帶、鏈齒輪、蝸桿、帶、鏈 螺栓、鍵、花鍵螺栓、鍵、花鍵 軸、軸承軸、軸承 聯(lián)軸器、彈簧、機架聯(lián)軸器、彈簧、機架 水輪機葉片、活塞、曲軸水輪機葉片、活塞、曲軸 本課程重點討論通用零件的設(shè)計。本課程重點討論通用零件的設(shè)計。 機械部件：機械部件：是機械制造過程中為完成同一目的而由若干協(xié)是機械制造過程中為完成同一目的而由若干協(xié) 同工作的零件組合在一起的組合體。例如：軸承，聯(lián)軸器。同工作的零件組合在一起的組合體。例如：軸承，

3、聯(lián)軸器。 三、課程簡介三、課程簡介 研究對象：研究對象： 簡單機械的設(shè)計簡單機械的設(shè)計 基本內(nèi)容：基本內(nèi)容：一般尺寸和常規(guī)使用條件，通用零件的設(shè)計理一般尺寸和常規(guī)使用條件，通用零件的設(shè)計理 論和方法、整機和部件設(shè)計的基本知識。論和方法、整機和部件設(shè)計的基本知識?？傉摗⒙?lián)接件、總論、聯(lián)接件、 傳動件、軸系零件、其他零件。傳動件、軸系零件、其他零件。 課程性質(zhì)：課程性質(zhì)：是機械類專業(yè)學生必修的一門設(shè)計性質(zhì)的技術(shù)是機械類專業(yè)學生必修的一門設(shè)計性質(zhì)的技術(shù) 基礎(chǔ)課，是學習許多后續(xù)課程和從事機械設(shè)備設(shè)計的基礎(chǔ)。基礎(chǔ)課，是學習許多后續(xù)課程和從事機械設(shè)備設(shè)計的基礎(chǔ)。 具有承前啟后的作用。具有承前啟后的作用。

4、課程任務：課程任務：逐步培養(yǎng)正確的設(shè)計思想和創(chuàng)造性思維能力；逐步培養(yǎng)正確的設(shè)計思想和創(chuàng)造性思維能力； 了解國家的技術(shù)經(jīng)濟政策；掌握設(shè)計機械所必須的基本知了解國家的技術(shù)經(jīng)濟政策；掌握設(shè)計機械所必須的基本知 識、基本技能和基本方法；初步具備設(shè)計機械傳動裝置和識、基本技能和基本方法；初步具備設(shè)計機械傳動裝置和 簡單機械的能力（機械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計；零部件工作簡單機械的能力（機械系統(tǒng)的總體方案設(shè)計；零部件工作 能力設(shè)計；結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。）；具備綜合應用各種知識和能力設(shè)計；結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。）；具備綜合應用各種知識和 技術(shù)資料、處理機械設(shè)計中各種問題的能力；具備應用標技術(shù)資料、處理機械設(shè)計中各種問題的能力；

5、具備應用標 準、規(guī)范及手冊的能力。準、規(guī)范及手冊的能力。 學習方法學習方法 ： 著重基本概念的理解和基本設(shè)計方法的掌握，不強調(diào)系著重基本概念的理解和基本設(shè)計方法的掌握，不強調(diào)系 統(tǒng)的理論分析；統(tǒng)的理論分析； 著重理解公式建立的前提、意義和應用，不強調(diào)對理論著重理解公式建立的前提、意義和應用，不強調(diào)對理論 公式的具體推導；公式的具體推導； 注意密切聯(lián)系生產(chǎn)實際，努力培養(yǎng)解決工程實際問題的注意密切聯(lián)系生產(chǎn)實際，努力培養(yǎng)解決工程實際問題的 能力；能力； 應根據(jù)零部件的工作狀況進行受力和失效分析，并根據(jù)應根據(jù)零部件的工作狀況進行受力和失效分析，并根據(jù) 功能要求和設(shè)計約束，建立設(shè)計計算公式。功能要求和設(shè)

6、計約束，建立設(shè)計計算公式。 工作原理、結(jié)構(gòu)、工作原理、結(jié)構(gòu)、 類型、應用場合類型、應用場合 受力分析、受力分析、 失效形式失效形式 設(shè)計準則、設(shè)計準則、 設(shè)計計算設(shè)計計算 本課程的幾個特點本課程的幾個特點 涉及面廣涉及面廣 關(guān)系多關(guān)系多因與諸多先修課關(guān)系密切。因與諸多先修課關(guān)系密切。 要求多要求多強度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、經(jīng)濟性。強度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、經(jīng)濟性。 門類多門類多各類零件，各有特點，設(shè)計方法各異。各類零件，各有特點，設(shè)計方法各異。 公式多公式多計算多，有解析式、半解析式、經(jīng)驗的、半經(jīng)驗的及定義式。計算多，有解析式、半解析式、經(jīng)驗的、半經(jīng)驗的及定義式。 圖表多圖

7、表多結(jié)構(gòu)圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線圖、標準、經(jīng)驗數(shù)結(jié)構(gòu)圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線圖、標準、經(jīng)驗數(shù) 表。表。 實踐性強實踐性強不僅讀懂書就行，要多聯(lián)系實際，要注重實踐性環(huán)節(jié)。不僅讀懂書就行，要多聯(lián)系實際，要注重實踐性環(huán)節(jié)。 無重點無重點又都是重點，設(shè)計工作必須詳盡，細小的疏忽也會導致嚴重事又都是重點，設(shè)計工作必須詳盡，細小的疏忽也會導致嚴重事 故。故。 設(shè)計問題無統(tǒng)一答案設(shè)計問題無統(tǒng)一答案更多地談論誰設(shè)計得更好，要注意發(fā)展求異思維。更多地談論誰設(shè)計得更好，要注意發(fā)展求異思維。 第三節(jié) 2 教學過程的安排：教學過程的安排： 課堂教學：課堂教學：講課、習題課講課、習題課 后續(xù)實踐教學：后

8、續(xù)實踐教學：機械方案設(shè)計與組合創(chuàng)意實踐機械方案設(shè)計與組合創(chuàng)意實踐-2；綜合實踐；綜合實踐； 機械設(shè)計創(chuàng)意實踐機械設(shè)計創(chuàng)意實踐 參考書：參考書：機械設(shè)計課程設(shè)計機械設(shè)計課程設(shè)計楊從德編楊從德編 成都科技大學出成都科技大學出 版社版社 ；機械設(shè)計學習指南機械設(shè)計學習指南馬詠梅編馬詠梅編 自編教材。自編教材。 1-2 設(shè)計機器的基本原則和設(shè)計程序設(shè)計機器的基本原則和設(shè)計程序 一、設(shè)計機器時應滿足的要求一、設(shè)計機器時應滿足的要求 1、 功能要求功能要求 2、 經(jīng)濟性要求經(jīng)濟性要求 3、 安全性要求安全性要求 4、 可靠性要求可靠性要求 5、 人機工程和造型設(shè)計要求人機工程和造型設(shè)計要求 6、 低噪音要

9、求低噪音要求 7、 其它要求其它要求 二、設(shè)計方法和設(shè)計程序二、設(shè)計方法和設(shè)計程序 方法：方法： 1、內(nèi)插式設(shè)計、內(nèi)插式設(shè)計 2、外推式設(shè)計、外推式設(shè)計 3、開發(fā)性設(shè)計、開發(fā)性設(shè)計 設(shè)計程序設(shè)計程序 設(shè)計任務設(shè)計任務 調(diào)查研究調(diào)查研究 開發(fā)計劃書開發(fā)計劃書 試驗研究試驗研究 技術(shù)設(shè)計技術(shù)設(shè)計 樣機試制、實驗樣機試制、實驗 技術(shù)經(jīng)濟評價技術(shù)經(jīng)濟評價 生產(chǎn)設(shè)計生產(chǎn)設(shè)計 小批試制小批試制 正式投產(chǎn)正式投產(chǎn) 銷售服務銷售服務 調(diào)查決策階段調(diào)查決策階段 研研 究究 設(shè)設(shè) 計計 階階 段段 試制階段試制階段投產(chǎn)銷售階段投產(chǎn)銷售階段 三、技術(shù)經(jīng)濟評價三、技術(shù)經(jīng)濟評價 技術(shù)評價：技術(shù)評價：對工作性能、可靠性、

10、使用維對工作性能、可靠性、使用維 護性等進行評價。護性等進行評價。 （滿分總分數(shù)） （評定總分數(shù)） 技術(shù)價值） max ( p p x x=1 最好最好 x=0.8以上以上 好好 x=0.6以下以下 不合格不合格 經(jīng)濟評價：經(jīng)濟評價：成本、利潤、投資回收期等。成本、利潤、投資回收期等。 H H H H y ）（允許制造費用的 （實際制造費用） （理論制造費用） 經(jīng)濟價值） 70%7 . 0 ( 1 y=1 最高最高 1-3 機械零件設(shè)計概述機械零件設(shè)計概述 一、設(shè)計機械零件應滿足的基本要求：一、設(shè)計機械零件應滿足的基本要求： 1、 滿足對零件的使用要求，并且在預定壽命內(nèi)不失效。滿足對零件的使用

11、要求，并且在預定壽命內(nèi)不失效。 應保證零件有足夠的強度、剛度、壽命。應保證零件有足夠的強度、剛度、壽命。 2 、工藝性好、工藝性好 設(shè)計的結(jié)構(gòu)應便于加工和裝配。設(shè)計的結(jié)構(gòu)應便于加工和裝配。 3 、經(jīng)濟性好、經(jīng)濟性好 零件應有合理的生產(chǎn)加工和使用維護的成本。零件應有合理的生產(chǎn)加工和使用維護的成本。 4、質(zhì)量小的要求、質(zhì)量小的要求 質(zhì)量小則可節(jié)約材料，質(zhì)量小則靈活、輕便。質(zhì)量小則可節(jié)約材料，質(zhì)量小則靈活、輕便。 5、可靠性要求、可靠性要求 應降低零件發(fā)生故障的可能性（概率）。應降低零件發(fā)生故障的可能性（概率）。 機械零件設(shè)計的一般步驟 二二 、機械零件設(shè)計的一般程序、機械零件設(shè)計的一般程序 選擇零

12、件類型、結(jié)構(gòu) 計算零件上的載荷 確定計算準則 選擇零件的材料 確定零件的基本尺寸 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 校 核 計 算 畫出零件工作圖 寫出計算說明書 名義載荷：名義載荷：理想工作條件下的載荷。理想工作條件下的載荷。 計算載荷：計算載荷：作用于零件的實際載荷。作用于零件的實際載荷。 設(shè)計計算：設(shè)計計算：根據(jù)零件的工作情況和工作能力準則給出安全條根據(jù)零件的工作情況和工作能力準則給出安全條 件，求出在此安全條件下所允許的零件危險剖面尺寸，件，求出在此安全條件下所允許的零件危險剖面尺寸， 以此為基礎(chǔ)使結(jié)構(gòu)具體化。以此為基礎(chǔ)使結(jié)構(gòu)具體化。 校核計算：校核計算：先草擬出零件的初步結(jié)構(gòu)布局和有關(guān)尺寸，再根先草擬

13、出零件的初步結(jié)構(gòu)布局和有關(guān)尺寸，再根 據(jù)工作能力準則校核可能的危險剖面是否安全。據(jù)工作能力準則校核可能的危險剖面是否安全。 強度條件（或剛度）強度條件（或剛度） 設(shè)計計算設(shè)計計算 尺寸尺寸 尺寸尺寸 校核計算校核計算 強度條件（或剛度）強度條件（或剛度） 計算載荷計算載荷名義載荷名義載荷 = K 載荷系數(shù)載荷系數(shù) ？ 失效失效喪失工作能力或達不到設(shè)計要求的性能，不僅僅指喪失工作能力或達不到設(shè)計要求的性能，不僅僅指 破壞。破壞。 強度強度是零件在載荷作用下抵抗斷裂、塑性變形及表面失是零件在載荷作用下抵抗斷裂、塑性變形及表面失 效（磨損、腐蝕除外）的能力。效（磨損、腐蝕除外）的能力。 剛度剛度是指

14、零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。 失效的主要形式：失效的主要形式： 斷裂。斷裂。如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂 表面點蝕。表面點蝕。工作表面片狀剝落工作表面片狀剝落 塑性變形。塑性變形。零件發(fā)生永久性變形零件發(fā)生永久性變形 過大彈性變形過大彈性變形 過度磨損過度磨損 過大振動和噪聲、過熱等過大振動和噪聲、過熱等 強度問題強度問題 剛度問題剛度問題 耐磨性問題耐磨性問題 軸承內(nèi)圈斷裂軸承內(nèi)圈斷裂 齒輪輪齒斷裂齒輪輪齒斷裂 齒面接觸疲勞齒面接觸疲勞 軸瓦磨損軸瓦磨損 齒輪齒面塑形變形齒輪齒面塑形變形 軸承外圈塑性變形軸承外圈塑性變形 工作能

15、力工作能力不失效條件下零件的安全工作限度。不失效條件下零件的安全工作限度。 這個限度通常是以零件承受載荷的大小來表示，這個限度通常是以零件承受載荷的大小來表示， 所以又常稱為所以又常稱為“承載能力承載能力” 50 kN 吊鉤最大起重量吊鉤最大起重量50 kN 工作能力或承載能力工作能力或承載能力50 kN 設(shè)計計算準則：設(shè)計計算準則：設(shè)計機械零件時，保證零件不產(chǎn)生時效所設(shè)計機械零件時，保證零件不產(chǎn)生時效所 依據(jù)的基本準則。依據(jù)的基本準則。 主要有：強度準則、剛度準則、壽命準則、振動穩(wěn)定主要有：強度準則、剛度準則、壽命準則、振動穩(wěn)定 性準則、可靠性準則。性準則、可靠性準則。 2-1 載荷和應力分

16、類載荷和應力分類 一、載荷分類一、載荷分類 1、靜載荷與變載荷、靜載荷與變載荷 靜載荷：靜載荷：不隨時間變化或變化極為緩慢的載荷。不隨時間變化或變化極為緩慢的載荷。 變載荷：變載荷：隨著時間作周期性變化或非周期性變隨著時間作周期性變化或非周期性變 化的載荷。化的載荷。 2、名義載荷與計算載荷、名義載荷與計算載荷 第二章第二章 機械零件的工作能力和計算機械零件的工作能力和計算 二、應力的分類二、應力的分類 靜應力靜應力 變應力變應力 不隨時間改變或變化緩慢，不隨時間改變或變化緩慢，只能在靜載荷作只能在靜載荷作 用下產(chǎn)生。用下產(chǎn)生。 隨時間作周期性或非周期性變化，隨時間作周期性或非周期性變化，可由

17、變可由變 載荷作用產(chǎn)生，也可由靜載荷作用產(chǎn)生。載荷作用產(chǎn)生，也可由靜載荷作用產(chǎn)生。 變應力變應力 穩(wěn)定變應力穩(wěn)定變應力周期性循環(huán)變應力周期性循環(huán)變應力 非穩(wěn)定變應力非穩(wěn)定變應力非周期性循環(huán)變應力非周期性循環(huán)變應力 穩(wěn)定變應力穩(wěn)定變應力 非對稱循環(huán)變應力非對稱循環(huán)變應力 對稱循環(huán)變應力對稱循環(huán)變應力 脈動循環(huán)變應力脈動循環(huán)變應力 表征變應力的五個基本參數(shù)：表征變應力的五個基本參數(shù)： 最大應力：最大應力： 最小應力：最小應力： 平均應力：平均應力： 應力幅：應力幅： 循環(huán)特性：循環(huán)特性： 可用任意兩個參數(shù)來表示變應力的大小。可用任意兩個參數(shù)來表示變應力的大小。 max min 2 )( minma

18、x m 2 )( minmax a max min r =常數(shù)常數(shù) t t max min a m max a m max a min 對稱循環(huán)變應力對稱循環(huán)變應力 r=-1 m= 0; a=max脈動循環(huán)變應力脈動循環(huán)變應力r=0 m=a=max / 2 非對稱循環(huán)變應力非對稱循環(huán)變應力r 0 且且 | r | 1靜應力靜應力r=+1 O tO O t O 在靜載荷作用下，隨時間在靜載荷作用下，隨時間t t變化的變應力舉例。變化的變應力舉例。 在靜載荷作用下，在靜載荷作用下， 隨時間隨時間t變化的變變化的變 應力舉例應力舉例 名義應力：名義應力：根據(jù)名義載荷，由材料力學的計算公式求出的機根據(jù)

19、名義載荷，由材料力學的計算公式求出的機 械零件剖面上的應力。械零件剖面上的應力。 計算應力：計算應力：根據(jù)計算載荷求得的應力。根據(jù)計算載荷求得的應力。 2.2 機械零件的強度機械零件的強度 一、兩種判斷零件強度的方式一、兩種判斷零件強度的方式 安全系數(shù)：安全系數(shù)：極限應力與危險剖面處的最大應力的比值。極限應力與危險剖面處的最大應力的比值。 許用安全系數(shù)：許用安全系數(shù)：極限應力與許用應力的比值。極限應力與許用應力的比值。 應力判別式：應力判別式： S lim S lim SS lim SS lim 安全系數(shù)判別式：安全系數(shù)判別式： （2.1） （2.2） 二、靜應力作用下的強度問題二、靜應力作用

20、下的強度問題 主要失效形式：主要失效形式：斷裂或塑性變形斷裂或塑性變形 強度條件：強度條件： 或或 塑性材料：塑性材料： ss limlim ; 許用應力：許用應力： lim 、lim 極限應力極限應力 s 安全系數(shù)安全系數(shù) lim = s ；lim = s 脆性材料：脆性材料： lim = B ；lim = BB、B 材料強度極限材料強度極限 s、s 材料屈服極限材料屈服極限 三、變應力作用下的強度問題三、變應力作用下的強度問題 主要失效形式：疲勞破壞主要失效形式：疲勞破壞 強度條件：強度條件： s lim lim = ？ 疲勞破壞與零件的變應力循環(huán)次數(shù)有關(guān)疲勞破壞與零件的變應力循環(huán)次數(shù)有關(guān)

21、 疲勞極限疲勞極限 ：在循環(huán)特性為在循環(huán)特性為r的變應力作用下，經(jīng)過的變應力作用下，經(jīng)過N次次 循環(huán)后，材料不發(fā)生破壞的應力最大值。循環(huán)后，材料不發(fā)生破壞的應力最大值。 rN 四、許用安全系數(shù)四、許用安全系數(shù) 影響因素：影響因素： 1、 與載荷及應力計算有關(guān)的因素與載荷及應力計算有關(guān)的因素 2、 與材料機械性能有關(guān)的因素與材料機械性能有關(guān)的因素 3、 與零件重要性有關(guān)的因素與零件重要性有關(guān)的因素 五、提高零件強度的措施五、提高零件強度的措施 1、 在制造工藝方面在制造工藝方面 2、 在結(jié)構(gòu)方面在結(jié)構(gòu)方面 降低載荷集中降低載荷集中 1）去掉容易引起載荷集中的材料）去掉容易引起載荷集中的材料 圖圖

22、2.4輪齒載荷分布輪齒載荷分布 2）提高分度精度）提高分度精度 3）自動調(diào)節(jié)載荷分布）自動調(diào)節(jié)載荷分布 4）并列零件不能過多）并列零件不能過多 5）限制接觸寬度）限制接觸寬度 a）普通滑動軸承）普通滑動軸承b）自動調(diào)心滑動軸承）自動調(diào)心滑動軸承 圖圖2.5滑動軸承載荷分布滑動軸承載荷分布 采用等強度結(jié)構(gòu)采用等強度結(jié)構(gòu) 圖圖2.6軸的等強度外形和實際外形軸的等強度外形和實際外形 圖圖2.7等強度標準螺釘和螺母等強度標準螺釘和螺母 選用合理截面選用合理截面 減小應力集中減小應力集中 1）尺寸差要小）尺寸差要小 2）增大過渡圓角半徑）增大過渡圓角半徑 3）增加卸載結(jié)構(gòu)）增加卸載結(jié)構(gòu) 圖圖2.8用卸載

23、孔減少缺口處的應力集中用卸載孔減少缺口處的應力集中 圖圖2.9用卸載槽減緩力流的集中用卸載槽減緩力流的集中 機機械零件的接觸強度 2.3 2.3 機械零件的表面強度機械零件的表面強度 一、表面接觸強度一、表面接觸強度 當兩零件以點、線相接處時，其接觸的局部會引起較大當兩零件以點、線相接處時，其接觸的局部會引起較大 的應力。這局部的應力稱為接觸應力。的應力。這局部的應力稱為接觸應力。 擠壓應力是面接觸引起的應力，是二向應力狀態(tài)，而接觸擠壓應力是面接觸引起的應力，是二向應力狀態(tài)，而接觸 應力是三向應力狀態(tài)。應力是三向應力狀態(tài)。 接觸應力的特點接觸應力的特點：僅在局部很小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生很大的應力。：僅

24、在局部很小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生很大的應力。 2 2 2 1 2 1 21 Hmax 11 11 b F EE 對于線接觸的情況，其接觸應力對于線接觸的情況，其接觸應力 可用赫茲應力公式計算?？捎煤掌潙接嬎?。 兩接觸體材料的彈兩接觸體材料的彈 性模量性模量 接觸線長度接觸線長度 綜合曲率綜合曲率 半徑半徑 當零件在循環(huán)接觸條件下工作時，接觸表面當零件在循環(huán)接觸條件下工作時，接觸表面 的失效屬于疲勞損壞，稱為的失效屬于疲勞損壞，稱為表面疲勞磨損（點表面疲勞磨損（點 蝕）蝕）。 齒面接觸疲勞齒面接觸疲勞 判斷金屬接觸疲勞強度的指標為判斷金屬接觸疲勞強度的指標為接觸疲勞極限接觸疲勞極限。即在規(guī)。即在規(guī)

25、定的應力循環(huán)次數(shù)下材料不發(fā)生點蝕現(xiàn)象時的最大應力。定的應力循環(huán)次數(shù)下材料不發(fā)生點蝕現(xiàn)象時的最大應力。 二、提高接觸疲勞強度的主要措施二、提高接觸疲勞強度的主要措施 1、增大接觸表面的綜合曲率半徑；、增大接觸表面的綜合曲率半徑； 2、采用內(nèi)接觸；、采用內(nèi)接觸； HHmax 強度條件：強度條件： 3、將點接觸改為線接觸；、將點接觸改為線接觸； 4、使零件表面硬度增大；、使零件表面硬度增大； 5、降低零件的表面粗造度；、降低零件的表面粗造度； 6、采用粘度高的潤滑油。、采用粘度高的潤滑油。 圖圖2.13圓弧齒輪嚙合圓弧齒輪嚙合 三、表面擠壓強度三、表面擠壓強度 圖圖2.14銷軸聯(lián)接銷軸聯(lián)接 pp A

26、 F 四、表面磨損強度四、表面磨損強度 1、限制工作表面的壓強、限制工作表面的壓強 pp pvpv vv 2、限制、限制pv值值 3、限制滑動速度、限制滑動速度 五、提高表面磨損強度的主要措施五、提高表面磨損強度的主要措施 1、正確選用摩擦材料；、正確選用摩擦材料； 2、提高表面硬度；、提高表面硬度； 3、降低表面粗糙度；、降低表面粗糙度； 4、采用有效的潤滑劑和潤滑方式；、采用有效的潤滑劑和潤滑方式； 5、表面鍍層、涂漆；、表面鍍層、涂漆； 6、防止異物落入摩擦表面間；、防止異物落入摩擦表面間； 7、限制工作溫度過高。、限制工作溫度過高。 第第3 3章章 機械零件的疲勞強度機械零件的疲勞強度

27、 初始裂紋初始裂紋 疲勞區(qū)疲勞區(qū) (光滑光滑) 粗糙區(qū)粗糙區(qū) 軸軸 疲勞強度計算方法：疲勞強度計算方法： 安全安全壽命設(shè)計法壽命設(shè)計法 在規(guī)定的工作期間內(nèi)，不允許零件出現(xiàn)疲勞裂紋，一旦在規(guī)定的工作期間內(nèi)，不允許零件出現(xiàn)疲勞裂紋，一旦 出現(xiàn)，即認為零件失效。出現(xiàn)，即認為零件失效。 破損破損安全設(shè)計法安全設(shè)計法 允許零件存在裂紋，但須保證在規(guī)定的工作周期內(nèi)能安允許零件存在裂紋，但須保證在規(guī)定的工作周期內(nèi)能安 全可靠的工作。全可靠的工作。 3.13.1疲勞斷裂特征疲勞斷裂特征 疲勞斷裂分為兩個階段：疲勞斷裂分為兩個階段： 第一階段第一階段產(chǎn)生初始裂紋，形成產(chǎn)生初始裂紋，形成 疲勞源；疲勞源； 第二階

28、段第二階段裂紋擴展發(fā)生斷裂。裂紋擴展發(fā)生斷裂。 表表3.1應力相同、表面應力集中程度不同的試件在受載形式不同時應力相同、表面應力集中程度不同的試件在受載形式不同時 的疲勞斷裂截面的疲勞斷裂截面 N rN r NN0 疲勞曲線疲勞曲線 N 應力循環(huán)次數(shù)應力循環(huán)次數(shù) rN 疲勞極限（對應于疲勞極限（對應于N） r 疲勞極限（對應于疲勞極限（對應于N0） 有限壽命區(qū)有限壽命區(qū)無限壽命區(qū)無限壽命區(qū) 常數(shù)N m rN 0 N m r 由此得：由此得： 與應力狀態(tài)有關(guān)與應力狀態(tài)有關(guān) 的指數(shù)的指數(shù) 3.23.2疲勞曲線和極限應力圖疲勞曲線和極限應力圖 3.2.13.2.1疲勞曲線（疲勞曲線（-N-N曲線）曲

29、線） 式中，式中， r 、N0及及m的值由材料試驗確定。的值由材料試驗確定。 m 0 rrN N N 0 m rN r NN m 0 N k N N 稱為壽命系數(shù)稱為壽命系數(shù) N0 循環(huán)基數(shù)（一般規(guī)定為循環(huán)基數(shù)（一般規(guī)定為 ） 7 10 幾點說明：幾點說明： r又稱為材料的疲勞極限。對稱循環(huán)：又稱為材料的疲勞極限。對稱循環(huán)：r=-1； 脈動循環(huán)脈動循環(huán)：r=0 m是雙對數(shù)坐標上的疲勞曲線的斜率是雙對數(shù)坐標上的疲勞曲線的斜率 rrN 0 lg-lg lgN-lgN m （3.3） 例題例題3.13.1 已知已知45鋼的鋼的-1=300MPa，N0107 ，m=9，用，用 雙對數(shù)坐標繪出該材料的疲

30、勞曲線圖。雙對數(shù)坐標繪出該材料的疲勞曲線圖。 解：在雙對數(shù)坐標上取一點解：在雙對數(shù)坐標上取一點B，其坐標為，其坐標為 7 0 lg10lgN lg300lg 1 - 過過B作斜率等于作斜率等于-1/9 的直線，即為所求的直線，即為所求 的疲勞曲線。的疲勞曲線。 總結(jié)：總結(jié)：疲勞曲線是有限壽命疲勞極限和應力循環(huán)次數(shù)之間疲勞曲線是有限壽命疲勞極限和應力循環(huán)次數(shù)之間 的個關(guān)系曲線，它反映了材料抵抗疲勞斷裂的能力。通常的個關(guān)系曲線，它反映了材料抵抗疲勞斷裂的能力。通常 分為有限壽命區(qū)和無限壽命區(qū)，以循環(huán)基數(shù)為界，利用疲分為有限壽命區(qū)和無限壽命區(qū)，以循環(huán)基數(shù)為界，利用疲 勞曲線可以對只需要工作一定期限的

31、零件進行有限壽命設(shè)勞曲線可以對只需要工作一定期限的零件進行有限壽命設(shè) 計，以期減小零件尺寸和重量。計，以期減小零件尺寸和重量。 3.2.23.2.2疲勞極限應力圖疲勞極限應力圖 材料在不同循環(huán)特性下的疲勞極限可以用極限應力圖表材料在不同循環(huán)特性下的疲勞極限可以用極限應力圖表 示。示。 amr am am max min r 極限平均應力極限平均應力 極限應力幅極限應力幅 3.6 塑性材料疲勞極限應力圖塑性材料疲勞極限應力圖 常用的簡化方法：常用的簡化方法： 以對稱循環(huán)疲勞極限點以對稱循環(huán)疲勞極限點A（0，-1 -1 ）和靜應力的強度 ）和靜應力的強度 極限點極限點F（ B B ，0）作與脈動疲

32、勞極限點）作與脈動疲勞極限點B（ 0/2 ，0/2 ） 的連線，所得折線的連線，所得折線ABF即為簡化的極限應力圖。即為簡化的極限應力圖。 折線上各點：橫坐標為極限平均應力，縱坐標為極限應力幅。折線上各點：橫坐標為極限平均應力，縱坐標為極限應力幅。 直線直線ES為塑性屈服極限曲線，為塑性屈服極限曲線，sammax 總結(jié)：總結(jié)：根據(jù)材料在各種循環(huán)特性下的疲勞實驗結(jié)果，可以根據(jù)材料在各種循環(huán)特性下的疲勞實驗結(jié)果，可以 繪制出以平均應力和應力幅為坐標的疲勞極限應力曲線。繪制出以平均應力和應力幅為坐標的疲勞極限應力曲線。 利用極限應力圖可以判斷零件是否發(fā)生失效，并進一步分利用極限應力圖可以判斷零件是否

33、發(fā)生失效，并進一步分 析引起零件失效的原因。析引起零件失效的原因。 表表3.2鋼、灰鑄鐵和輕金屬的極限應力經(jīng)驗計算式鋼、灰鑄鐵和輕金屬的極限應力經(jīng)驗計算式 3.3 3.3 影響機械零件疲勞強度的主要因素影響機械零件疲勞強度的主要因素 3.3.1 3.3.1 應力集中的影響應力集中的影響 ）（1q1k ）（1q1k 有效應力有效應力 集中系數(shù)集中系數(shù) 材料對應力集材料對應力集 中的敏感系數(shù)中的敏感系數(shù) 理論應力理論應力 集中系數(shù)集中系數(shù) a）拉伸情況）拉伸情況b）彎曲情況）彎曲情況 圖圖3.9 平板肩部圓角處的理論應力集中系數(shù)平板肩部圓角處的理論應力集中系數(shù) 在結(jié)構(gòu)上，減緩零件幾何尺寸的突變、增

34、大過渡圓角在結(jié)構(gòu)上，減緩零件幾何尺寸的突變、增大過渡圓角 半徑、增加卸載結(jié)構(gòu)等都可降低應力集中，提高零件的疲半徑、增加卸載結(jié)構(gòu)等都可降低應力集中，提高零件的疲 勞強度。勞強度。 強度極限越強度極限越 高的鋼敏感系數(shù)高的鋼敏感系數(shù) q值越大，對應值越大，對應 力集中越明顯。力集中越明顯。 1kk 鑄鐵：鑄鐵： ) 10.6(k1k 若同一剖面上有若同一剖面上有 幾個應力集中源，則幾個應力集中源，則 應選擇影響最大者進應選擇影響最大者進 行計算。行計算。 圖圖3.10 鋼的敏感系數(shù)鋼的敏感系數(shù) 3.3.2 3.3.2 尺寸的影響尺寸的影響 尺寸對疲勞強度的影響可用尺寸系數(shù)尺寸對疲勞強度的影響可用尺

35、寸系數(shù) 表示，表示， ， 零件截面的尺寸越大，其疲勞強度越低。零件截面的尺寸越大，其疲勞強度越低。 圖圖3.11 鋼的尺寸系數(shù)鋼的尺寸系數(shù) 圖圖3.12 鑄鐵的尺寸系數(shù)鑄鐵的尺寸系數(shù) 3.3.3 3.3.3 表面狀態(tài)的影響表面狀態(tài)的影響 零件表面越粗糙，其疲勞強度越低。零件表面越粗糙，其疲勞強度越低。 表面狀態(tài)對疲勞強度的影響，可用表面狀態(tài)系數(shù)表面狀態(tài)對疲勞強度的影響，可用表面狀態(tài)系數(shù) 來來 表示。表示。 ， 圖圖3.13 鋼的表面狀態(tài)系數(shù)鋼的表面狀態(tài)系數(shù) 4 . 06 . 0 鋼的強度極限越高，表面狀態(tài)對疲勞強度的影響越大鋼的強度極限越高，表面狀態(tài)對疲勞強度的影響越大 。 鑄鐵對表面狀態(tài)很不

36、敏感，鑄鐵對表面狀態(tài)很不敏感， 1 殘余拉應力會降低疲勞強度。殘余拉應力會降低疲勞強度。 3.3.4 3.3.4 綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù) 零件的應力集中，尺寸及表面狀態(tài)只對零件的應力集中，尺寸及表面狀態(tài)只對應力幅有影響應力幅有影響，對，對 平均應力影響不大平均應力影響不大， k )k( D k )k( D 在計算時，零件的工作應力幅要乘以綜合影響系數(shù)，或材在計算時，零件的工作應力幅要乘以綜合影響系數(shù)，或材 料的極限應力幅除以綜合影響系數(shù)。料的極限應力幅除以綜合影響系數(shù)。 3.43.4許用疲勞極限應力圖許用疲勞極限應力圖 3.4.13.4.1穩(wěn)定變應力和非穩(wěn)定變應力穩(wěn)定變應力和非穩(wěn)定變應力 穩(wěn)

37、定變應力：穩(wěn)定變應力：在循環(huán)過程中，在循環(huán)過程中， ， 和周期都不隨時間變和周期都不隨時間變 化的變應力?；淖儜Α?m a 非穩(wěn)定變應力：非穩(wěn)定變應力： ， 和周期其中任意一參數(shù)隨時間變化和周期其中任意一參數(shù)隨時間變化 的應力。它是由載荷和工作轉(zhuǎn)速變化造成的。的應力。它是由載荷和工作轉(zhuǎn)速變化造成的。 m a 規(guī)律性非穩(wěn)定變應力：規(guī)律性非穩(wěn)定變應力：作周期性規(guī)律變化的應力。作周期性規(guī)律變化的應力。 隨機性非穩(wěn)定變應力：隨機性非穩(wěn)定變應力：隨機變化的應力。隨機變化的應力。 圖圖3.16 隨機性非穩(wěn)定變應力及其直方圖隨機性非穩(wěn)定變應力及其直方圖 圖圖3.15 規(guī)律性非穩(wěn)定變應力及其直方圖規(guī)律性非

38、穩(wěn)定變應力及其直方圖 圖圖3.14 穩(wěn)定變應力及其直方圖穩(wěn)定變應力及其直方圖 3.4.23.4.2許用疲勞極限應力圖許用疲勞極限應力圖 ) )k( k (0A D 1N ，) )k(2 k 2 k (B D 0N0N ， 圖圖3.17許用疲勞極限應力圖許用疲勞極限應力圖 3.4.3 3.4.3 工作應力的增長規(guī)律工作應力的增長規(guī)律 1、r=C （簡單加載）（簡單加載） 圖圖3.18 三種工作應力增長規(guī)律三種工作應力增長規(guī)律r=常數(shù)常數(shù) 2、 =C （復雜加載）（復雜加載） m 3、 （復雜加載）（復雜加載） C min 圖圖3.18 三種工作應力增長規(guī)律三種工作應力增長規(guī)律 m=常數(shù)常數(shù)min

39、=常數(shù)常數(shù) 3.5 3.5 穩(wěn)定變應力時安全系數(shù)的計算穩(wěn)定變應力時安全系數(shù)的計算 3.5.1 3.5.1 單向應力狀態(tài)時的安全系數(shù)單向應力狀態(tài)時的安全系數(shù) 常數(shù) r1 r1 minmax minmax m a r1 r1 tg m a 圖圖3.19 r=常數(shù)時安全系數(shù)計算簡圖常數(shù)時安全系數(shù)計算簡圖 1、圖解法、圖解法 最大應力安全系數(shù)最大應力安全系數(shù) ： OC CO HCOH CGOG S am am max max 平均應力安全系數(shù)平均應力安全系數(shù) ： OH OG S m m m 應力幅安全系數(shù)應力幅安全系數(shù) ： HC CG S a a a am SSS 1 1 1 1 1 1 OC CO

40、MC CL OM OL MCOM CLOL S 2、解析法、解析法 m a D 1N 0N D 0N D 1N k k 2 k k2 k k k )()()( m DD 1N a k 1 (k k )() 0 01 2 等效系數(shù)或等效系數(shù)或 敏感系數(shù)敏感系數(shù) m DD 1N a k 1 (k k )() 0 01 2 a a m m a m D 1N a (k k ) a maD 1N a a a S (k k S ) a maD 1N a a a S (k k S ) maDae k )( maDae k )( SS ma S SS ma S 塑性變形只需按靜強度計算塑性變形只需按靜強度計算

41、 總結(jié)：總結(jié)：在在r=r=常數(shù)的情況下，當工作應力點位于常數(shù)的情況下，當工作應力點位于 OAEOOAEO區(qū)域內(nèi)時，對應的許用極限應力點落在區(qū)域內(nèi)時，對應的許用極限應力點落在 AEAE直線上，可能發(fā)生的失效形式為疲勞破壞，直線上，可能發(fā)生的失效形式為疲勞破壞， 故應按疲勞強度計算。當工作應力點位于故應按疲勞強度計算。當工作應力點位于OESOOESO區(qū)區(qū) 域內(nèi)時，對應的許用極限應力點落在域內(nèi)時，對應的許用極限應力點落在ESES直線上，直線上， 可能發(fā)生的失效形式為塑性變形，應按靜強度計算。可能發(fā)生的失效形式為塑性變形，應按靜強度計算。 計算時，常不易判斷工作點所在區(qū)域，為安全起見，計算時，常不易判

42、斷工作點所在區(qū)域，為安全起見， 兩種方法都要計算。兩種方法都要計算。 脆性材料不驗算屈服強度安全系數(shù)。脆性材料不驗算屈服強度安全系數(shù)。 例題例題3.2 一桿件如圖一桿件如圖3.20所示，受脈動循環(huán)拉所示，受脈動循環(huán)拉 力力 ，r=常數(shù)，材料為常數(shù)，材料為40Mn鋼，調(diào)質(zhì)處理，鋼，調(diào)質(zhì)處理， 200HB230HB，B735MPa，S471MPa，圓角精銑加，圓角精銑加 工工(相當于精車相當于精車)，要求應力循環(huán)次數(shù)不低于，要求應力循環(huán)次數(shù)不低于5 ，求圓角，求圓角 處危險截面的安全系數(shù)處危險截面的安全系數(shù)S。 5 10 N1030NF 5 解：解： 1、求、求 和和 m a 2 mm210025

43、84A 0FminN103F 5 max 0 A Fmin min MPa143 2100 103 A F 5 max max 0r max min MPa5 .71 2 143 2 max am 2、求、求 和和1 - 0 MPa30173541. 041. 0 B1 - MPa5123017 . 17 . 1 10 3、求、求kN 39. 1 105 10 N N k 9 5 7 m 0 N 4、求圓角處、求圓角處 D )k( 56. 2 85. 068. 0 48. 1k )k( D 48. 1) 175. 1 (64. 01) 1(q1k q=0.64 75. 1 68. 0 0.85

44、 5、用圖解法求安全系數(shù)、用圖解法求安全系數(shù) MPa4 .163 56. 2 30139. 1 )k( k D 1N MPa139 56. 22 51239. 1 )k(2 k D 0N MPa8 .355 2 51239. 1 2 k 0N A（0，163.4) B（355.8，139） S（471，0） 14. 2 100 214 OC CO SS a 6、用解析法求安全系數(shù)、用解析法求安全系數(shù) 計算疲勞強度安全系數(shù)計算疲勞強度安全系數(shù) 14. 2 71.50.17671.52.56 30139. 1 )(k k SS maD 1N a 176. 0 512 51230122 0 01 計

45、算屈服強度安全系數(shù)計算屈服強度安全系數(shù) 29. 3 5 .715 .71 471 S ma S 例例2 已知某鋼材的機械性能為已知某鋼材的機械性能為 。 （1）試按比例繪制該材料的簡化疲勞極限應力圖；）試按比例繪制該材料的簡化疲勞極限應力圖； （2）由該材料制成的零件，承受非對稱循環(huán)應力，其應力）由該材料制成的零件，承受非對稱循環(huán)應力，其應力 循環(huán)特性循環(huán)特性r=0.3，工作應力，工作應力 ，零件的有效應，零件的有效應 力集中系數(shù)力集中系數(shù) ，零件的尺寸系數(shù)，零件的尺寸系數(shù) ，表面狀，表面狀 態(tài)系數(shù)態(tài)系數(shù) ，按簡單加載情況在該圖中標出工作應力點，按簡單加載情況在該圖中標出工作應力點 及對應的極

46、限應力點；及對應的極限應力點； （3）判斷該零件的強度是否滿足要求？）判斷該零件的強度是否滿足要求？ 500MPa 1- 1000MPa S 800MPa 0 800MPa max 49. 1k 83. 0 1 解：解： （1）繪制材料的簡化疲勞極限應力圖。）繪制材料的簡化疲勞極限應力圖。 S（1000，0） E A（0，500） B（400，400） 135 O a m A（0， ） B（ ， ） S（ ，0） 1 - 2/ 0 2/ 0 S A（0，500） B（400，400） S（1000，0） （2）繪制零件的許用極限應力圖）繪制零件的許用極限應力圖 1k N ) )k( k (0A

47、A D 1N ， k )k( D ) )k(2 k 2 k (BB D 0N0N ， S點不必進行修正點不必進行修正 A（0，278.5） B（400，222.8） S （1000，0） S（1000，0） E A（0，500） B（400，400） 135 O a m A（0，278.5） B（400，222.8） S （1000，0） A（0，278.5） B（400，222.8） E （3）確定工作應力點）確定工作應力點M的坐標。的坐標。 240MPa8003 . 0r maxmin 280MPa 2 240800 2 minmax a 520MPa 2 240800 2 minmax

48、m 工作應力點的坐標為工作應力點的坐標為M（520，280） S（1000，0） E A（0，500） B（400，400） 135 O a m A（0，278.5） B（400，222.8） S （1000，0） A（0，278.5） B（400，222.8） E M（520，280） M（520，280） M M點落在疲勞安全區(qū)點落在疲勞安全區(qū)OAE以外，該零件發(fā)生疲勞破壞。以外，該零件發(fā)生疲勞破壞。 例例3 某軸只受穩(wěn)定交變應力作用，工作應力某軸只受穩(wěn)定交變應力作用，工作應力 材料的機械性能材料的機械性能 ， ，軸上危險截面的，軸上危險截面的 ， ， 。 （1）繪制材料的簡化極限應力圖；

49、）繪制材料的簡化極限應力圖； （2）用作圖法求極限應力及安全系數(shù)（按）用作圖法求極限應力及安全系數(shù)（按r=c加載和無限壽加載和無限壽 命考慮）；命考慮）； （3）?。┤=1.3，試用計算法驗證作圖法求出的，試用計算法驗證作圖法求出的 ， 及及S值，并校驗此軸是否安全。值，并校驗此軸是否安全。 240MPa max 40MPa min 450MPa 1- 800MPa s 700MPa 0 3 . 1k 78. 0 1 a m 解：解： （1）繪制材料的極限應力圖）繪制材料的極限應力圖 S（800，0） E A（0，450） B（350，350） 135 O a m A（0，450） B（35

50、0，350） S（800，0） S（800，0） E A（0，450） B（350，350） 135 O a m A（0，450） B（350，350） S（800，0） （2）繪制零件的極限應力圖）繪制零件的極限應力圖 A（0，270） B（350，210） S（800，0） A（0，270） B（350，210） （3）在圖上標出工作應力點）在圖上標出工作應力點M 100MPa 2 40240 2 minmax m 140MPa 2 40240 2 minmax a 工作應力點的坐標為工作應力點的坐標為M（100，140） （4）由作圖法求極限應力及安全系數(shù)）由作圖法求極限應力及安全系數(shù)

51、（2）繪制零件的極限應力圖）繪制零件的極限應力圖 A（0，270） B（350，210） S（800，0） S（800，0） E A（0，450） B（350，350） 135 O a m A（0，450） B（350，350） S（800，0） A（0，270） B（350，210） M（100，140） M（100，140） M M（170，241） 71. 1 170 291 OM MO SS a （5）用計算法驗證）用計算法驗證 r1 r1 tg m a 167. 0 240 40 r max min 4 . 1 167. 01 0.1671 m a m DD 1N a )k( 1 )

52、(k k 2857. 0 700 70045022 0 01 667. 1 78. 0 3 . 1k )k( D a a m m 5MPa.240 140 100 2857. 0667. 1 450 )(k k a m D 1N a 8MPa.171 4 . 1 5 .240 4 . 1 a m 3 . 1S718. 1 1002857. 0140667. 1 450 )(k k S maD 1N a 此軸疲勞強度達到安全要求此軸疲勞強度達到安全要求 3.6規(guī)律性非穩(wěn)定變應力時機械零件的疲勞強度規(guī)律性非穩(wěn)定變應力時機械零件的疲勞強度 3.6.1 疲勞損傷積累假說疲勞損傷積累假說 設(shè)零件受規(guī)律性

53、非穩(wěn)定變應設(shè)零件受規(guī)律性非穩(wěn)定變應 力力 、 、 ； 1 2 n 各應力作用的循環(huán)次數(shù)分別各應力作用的循環(huán)次數(shù)分別 為為 、 、 ; 1 N 2 N n N 各應力單獨作用下材料發(fā)生各應力單獨作用下材料發(fā)生 疲勞破壞的應力循環(huán)次數(shù)分疲勞破壞的應力循環(huán)次數(shù)分 別為別為 、 、 ； 1 N 2 N n N 變應力各循環(huán)一次，壽命損傷率分別為變應力各循環(huán)一次，壽命損傷率分別為 、 、 1 N 1 2 N 1 n N 1 各變應力循環(huán)各變應力循環(huán) 、 、 次后的損傷率分別為次后的損傷率分別為 、 、 。 1 N 2 N n N 1 1 N N 2 2 N N n n N N 疲勞損傷積累假說的表達式疲

54、勞損傷積累假說的表達式 1 N N N N N N n n 2 2 1 1 1 N N n 1i i i 或或 3.6.2 等效穩(wěn)定變應力和壽命系數(shù)等效穩(wěn)定變應力和壽命系數(shù) v v N 等效應力等效應力 循環(huán)循環(huán) 次的損傷效應等同于非穩(wěn)定變應力下次的損傷效應等同于非穩(wěn)定變應力下 各應力各應力 分別循環(huán)分別循環(huán) 次的總效應。次的總效應。 i i N i n 1i m i v m v NN i m n 1i v i v NN 0 m rv m rv NN m v 0 N N N k rNr m v 0 rv k N N m n 1i i m v i 0 m v 0 N N N N N k 3.6.

55、3 規(guī)律性非穩(wěn)定變應力時安全系數(shù)的計算步驟規(guī)律性非穩(wěn)定變應力時安全系數(shù)的計算步驟 取等效應力取等效應力 等于非穩(wěn)定變應力中作用時間最長的和等于非穩(wěn)定變應力中作用時間最長的和(或或)起起 主要作用的應力主要作用的應力 ，并取，并取 的應力幅的應力幅 和平均應力和平均應力 相應地等于相應地等于 的應力幅的應力幅 和平均應力和平均應力 。 v i v av mv i ai mi 求等效循環(huán)次數(shù)求等效循環(huán)次數(shù) 。 v N 求等效循環(huán)次數(shù)時的壽命系數(shù)求等效循環(huán)次數(shù)時的壽命系數(shù) 和疲勞極限和疲勞極限 。 N k rv 按等效應力計算疲勞強度安全系數(shù)。按等效應力計算疲勞強度安全系數(shù)。 按最大非穩(wěn)定變應力計算

56、塑性材料屈服強度安全系數(shù)。按最大非穩(wěn)定變應力計算塑性材料屈服強度安全系數(shù)。 例題例題3.3 圖圖3.23a為一機械工作時的載荷變化圖為一機械工作時的載荷變化圖(稱為載荷譜稱為載荷譜)， 在一零件上相應引起規(guī)律性非穩(wěn)定對稱循環(huán)彎曲應力在一零件上相應引起規(guī)律性非穩(wěn)定對稱循環(huán)彎曲應力(圖圖 3.23b)，設(shè)計時近似用三級穩(wěn)定對稱循環(huán)彎曲應力來模，設(shè)計時近似用三級穩(wěn)定對稱循環(huán)彎曲應力來模 擬，擬， 、 、 ，在每一工作，在每一工作 周期內(nèi)各應力均作用一次，已工作了周期內(nèi)各應力均作用一次，已工作了 周期，零件材料在周期，零件材料在 循環(huán)循環(huán) 時，時， 。求。求1)零件的總壽命損傷率；零件的總壽命損傷率；

57、2)估估 計零件剩余壽命還能工作多少周期。計零件剩余壽命還能工作多少周期。 600MPa 1 550MPa 2 450MPa 3 5 10 7 10 400MPa 1- 解：解：1、求總壽命損傷率、求總壽命損傷率F 0 m 1-i m i NN m i 1 0i NN 5 9 7 1 1060. 2 600 400 10N 5 9 7 2 1069. 5 550 400 10N 5 9 7 3 1064.34 450 400 10N 5 321 10NNN 總壽命損傷率總壽命損傷率 59. 0 1064.34 10 1069. 5 10 102.60 10 N N N N N N F 5 5

58、5 5 5 5 3 3 2 2 1 1 2、求剩余工作周期、求剩余工作周期R N 壽命剩余率壽命剩余率 R=1-F=1-0.59=0.41 3 R 2 R 1 R N N N N N N R 70000 1069. 51060. 21064.341060. 21064.341069. 5 1064.341069. 51060. 2 41. 0 NNNNNN NNN RN 555555 555 213132 321 R 例題例題3.4 轉(zhuǎn)軸截面上的非穩(wěn)定對稱循環(huán)彎曲應力如圖轉(zhuǎn)軸截面上的非穩(wěn)定對稱循環(huán)彎曲應力如圖3.24 所示。轉(zhuǎn)軸工作時間所示。轉(zhuǎn)軸工作時間 為為200h，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n為為100r

59、/min。材料為。材料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理鋼，調(diào)質(zhì)處理200HB， ， ，求壽，求壽 命系數(shù)命系數(shù) 、疲勞極限、疲勞極限 和安全系數(shù)和安全系數(shù) 。 h t 270MPa 1 5 . 2k D N k 1v- a S 解：解：1、求壽命系數(shù)、求壽命系數(shù) 取取m9 選定等效應力選定等效應力 80MPa 2v 求各變應力循環(huán)次數(shù)求各變應力循環(huán)次數(shù) 180000200 20 3 10060t t t 60n60ntN h 1 h11 600000200 20 10 10060t t t 60n60ntN h 2 h22 420000200 20 7 10060t t t 60n60ntN h 3 h3

60、3 求等效循環(huán)次數(shù)求等效循環(huán)次數(shù) 77 999 i m 3 1i v i v 1010194. 0 6 . 16000001341105 420000 80 20 600000 80 80 180000 80 100 NN 求壽命系數(shù)求壽命系數(shù) 2 . 1 10194. 0 10 N N k 9 7 7 m v 0 N 2、求疲勞極限、求疲勞極限 324MPa2702 . 1k 1N1v- 3、求安全系數(shù)、求安全系數(shù) 80MPa av 0 mv 62. 1 805 . 2 2702 . 1 )(k k S mvavD 1N a 本章難點：本章難點： 穩(wěn)定循環(huán)簡單變應力時極限應力和安全系數(shù)的確定