西工大機(jī)械設(shè)計(jì)第三章ppt課件

1、3-1 材料的疲勞強(qiáng)度3-2 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度3-3 機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度3-4 機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度材料疲勞的兩種類別材料的疲勞強(qiáng)度一、交變應(yīng)力的描述sm平均應(yīng)力； sa 應(yīng)力幅值；smax 最大應(yīng)力； smin 最小應(yīng)力；r 應(yīng)力比循環(huán)特性）2minmaxmsss2minmaxasssmaxminssr描述規(guī)律性的交變應(yīng)力可有5個(gè)參數(shù)，但其中只有兩個(gè)參數(shù)是獨(dú)立的。r = 1對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力r=0脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力r=1靜應(yīng)力 O疲勞曲線材料的疲勞強(qiáng)度機(jī)械零件的疲勞大多發(fā)生在sN曲線的CD段，可用下式描述：)=rDrNNN（點(diǎn)D以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著無(wú)限壽命區(qū)，其方程為

2、 由于ND很大，所以在作疲勞試驗(yàn)時(shí)，常規(guī)定一個(gè)循環(huán)次數(shù)N0(稱為循環(huán)基數(shù))，用N0及其相對(duì)應(yīng)的疲勞極限r(nóng)來(lái)近似代表ND和 r，于是有：CNN0mrmrN=有限壽命區(qū)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)N與疲勞極限srN的關(guān)系為：式中， sr、N0及m的值由材料試驗(yàn)確定。二、 sN疲勞曲線sN疲勞曲線詳細(xì)說(shuō)明)(=DCmrNNNNCNNN0rrN=m 0rNrNN =( )m極限應(yīng)力線圖材料的疲勞強(qiáng)度三、等壽命疲勞曲線極限應(yīng)力線圖） 機(jī)械零件材料的疲勞特性除用sN曲線表示外，還可用等壽命曲線來(lái)描述。該曲線表達(dá)了不同應(yīng)力比時(shí)疲勞極限的特性。在工程應(yīng)用中，常將等壽命曲線用直線來(lái)近似替代。用AGC折線表示零件材料的極限應(yīng)力線

3、圖是其中一種近似方法。AG直線的方程為smasssCG直線的方程為j為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)，其值由試驗(yàn)及下式?jīng)Q定：詳細(xì)介紹對(duì)于碳鋼，j0.10.2，對(duì)于合金鋼，j0.20.3。s1sajssm0012sssj機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算1機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度一、零件的極限應(yīng)力線圖 由于零件幾何形狀的變化、尺寸大小、加工質(zhì)量及強(qiáng)化因素等的影響，使得零件的疲勞極限要小于材料試件的疲勞極限。在不對(duì)稱循環(huán)時(shí)，s是試件與零件極限應(yīng)力幅的比值。 將零件材料的極限應(yīng)力線圖中的直線ADG 按比例向下移，成為右圖所示的直線ADG，而極限應(yīng)力曲線的 CG 部分，由于是按照靜應(yīng)力的要求來(lái)考慮的，故不須進(jìn)行修正。這

4、樣就得到了零件的極限應(yīng)力線圖。詳細(xì)介紹 以彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)s表示材料對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限-1與零件對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限-1e的比值，即e11sssK機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算2機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度二、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行零件疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，首先根據(jù)零件危險(xiǎn)截面上的 smax 及 smin確定平均應(yīng)力sm與應(yīng)力幅sa，然后，在極限應(yīng)力線圖的坐標(biāo)中標(biāo)示出相應(yīng)工作應(yīng)力點(diǎn)M或N。 根據(jù)零件工作時(shí)所受的約束來(lái)確定應(yīng)力可能發(fā)生的變化規(guī)律，從而決定以哪一個(gè)點(diǎn)來(lái)表示極限應(yīng)力。機(jī)械零件可能發(fā)生的典型的應(yīng)力變化規(guī)律有以下三種： 應(yīng)力比為常數(shù)：r=C 平均應(yīng)力為常數(shù)：sm=C 最小應(yīng)力為常數(shù)：sm

5、in=C詳細(xì)分析相應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力應(yīng)是極限應(yīng)力曲線上的某一個(gè)點(diǎn)所代表的應(yīng)力。),(amss計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為SSamammaxmaxcassssss規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算3機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度三、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算若應(yīng)力每循環(huán)一次都對(duì)材料的破壞起相同的作用，則應(yīng)力 s1 每循環(huán)一次對(duì)材料的損傷率即為1/N1，而循環(huán)了n1次的s1對(duì)材料的損傷率即為n1/N1。如此類推，循環(huán)了n2次的s2對(duì)材料的損傷率即為n2/N2，當(dāng)損傷率達(dá)到100%時(shí)，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對(duì)應(yīng)于極限狀況有：1332211NnNnNn用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算不穩(wěn)定變應(yīng)力非規(guī)律性規(guī)律性

6、按損傷累積假說(shuō)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算詳細(xì)分析機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算4機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度四、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 當(dāng)零件上同時(shí)作用有同相位的穩(wěn)定對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力sa 和ta時(shí)，由實(shí)驗(yàn)得出的極限應(yīng)力關(guān)系式為：12e1a2e1ass式中， ta及sa為同時(shí)作用的切向及法向應(yīng)力幅的極限值。若作用于零件上的應(yīng)力幅sa及ta如圖中點(diǎn)M表示，則由于此工作應(yīng)力點(diǎn)在極限以內(nèi)，未達(dá)到極限條件，因而是安全的。 由于是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，故應(yīng)力幅即為最大應(yīng)力?；【€ AMB 上任何一個(gè)點(diǎn)即代表一對(duì)極限應(yīng)力sa及ta。詳細(xì)推導(dǎo)計(jì)算安全系數(shù)：22caSSSSOMOMS機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算5機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度五、提高機(jī)械零件

7、疲勞強(qiáng)度的措施 在綜合考慮零件的性能要求和經(jīng)濟(jì)性后，采用具有高疲勞強(qiáng)度的材料，并配以適當(dāng)?shù)臒崽幚砗透鞣N表面強(qiáng)化處理。 適當(dāng)提高零件的表面質(zhì)量，特別是提高有應(yīng)力集中部位的表面加工 質(zhì)量，必要時(shí)表面作適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)處理。 盡可能降低零件上的應(yīng)力集中的影響，是提高零件疲勞強(qiáng)度的首要 措施。 盡可能地減少或消除零件表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對(duì)于延 長(zhǎng)零件的疲勞壽命有著比提高材料性能更為顯著的作用。減載槽 在不可避免地要產(chǎn)生較大應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)處，可采用減載槽來(lái)降低應(yīng)力集中的作用。機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度 在工程實(shí)際中，往往會(huì)發(fā)生工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力時(shí)所發(fā)生的突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為低應(yīng)力脆

8、斷。 對(duì)于高強(qiáng)度材料，一方面是它的強(qiáng)度高即許用應(yīng)力高），另一方面則是它抵抗裂紋擴(kuò)展的能力要隨著強(qiáng)度的增高而下降。因此，用傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論計(jì)算高強(qiáng)度材料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度問(wèn)題，就存在一定的危險(xiǎn)性。 斷裂力學(xué)研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強(qiáng)度和變形規(guī)律的學(xué)科。 通過(guò)對(duì)大量結(jié)構(gòu)斷裂事故分析表明，結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂紋和缺陷的存在是導(dǎo)致低應(yīng)力斷裂的內(nèi)在原因。為了度量含裂紋結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度，在斷裂力學(xué)中運(yùn)用了應(yīng)力強(qiáng)度因子KI或K、K）和斷裂韌度KIC (或KC、KC這兩個(gè)新的度量指標(biāo)來(lái)判別結(jié)構(gòu)安全性，即：KIKIC時(shí)，裂紋不會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展。KIKIC時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展。機(jī)機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度 當(dāng)兩零件以點(diǎn)、線相接觸時(shí)，其接觸的局部會(huì)引起較大的應(yīng)力。這局部的應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。 接觸應(yīng)力是不同于以往所學(xué)過(guò)的擠壓應(yīng)力的。擠壓應(yīng)力是面接觸引起的應(yīng)力，是二向應(yīng)力狀態(tài)，而接