第三章機(jī)械零件的強(qiáng)度

1、第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度基本內(nèi)容：基本內(nèi)容：(1)材料的疲勞特性；(2)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算；(3)機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度；(4)機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度；第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度基本要求：(1)掌握靜應(yīng)力時機(jī)械零件的強(qiáng)度計算；(2)掌握變應(yīng)力時機(jī)械零件的強(qiáng)度計算；(3)掌握壽命系數(shù)的概念。重點(diǎn)難點(diǎn)：變應(yīng)力時機(jī)械零件的強(qiáng)度計算。第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度第一節(jié)第一節(jié) 材料的疲勞特性材料的疲勞特性一、基本概念1載荷 靜載荷靜載荷：不隨時間變化或隨時間緩慢變化的載荷。 動載荷動載荷：由于運(yùn)動中產(chǎn)生的慣性力和沖擊等引起的載荷。 名義載荷名義載荷： 在理想

2、平穩(wěn)條件下用力學(xué)公式求出的載荷。 計算載荷計算載荷：載荷系數(shù)K名義載荷。注意：計算載荷比名義載荷更接近于實(shí)際載荷。第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度2應(yīng)力靜應(yīng)力 r=+1變應(yīng)力循環(huán)變應(yīng)力隨機(jī)變應(yīng)力恒幅循環(huán)變應(yīng)力變幅循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)應(yīng)力 r1 脈動循環(huán)應(yīng)力 r=0非對稱循環(huán)應(yīng)力 maxminr循環(huán)特性循環(huán)特性第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度limsb Slim名義應(yīng)力名義應(yīng)力： 根據(jù)名義載荷求得的應(yīng)力。計算應(yīng)力計算應(yīng)力： 根據(jù)計算載荷求得的應(yīng)力，表示的是零件在工作中實(shí)際受到的應(yīng)力。 (靜應(yīng)力下，極限應(yīng)力為定值：（屈服許用應(yīng)力許用應(yīng)力：極限應(yīng)力極限應(yīng)力： 極限）或 （強(qiáng)度極限）

3、;變應(yīng)力下，極限應(yīng)力是變值） 第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度maxminmamaxminr穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力及特性：最大應(yīng)力：最小應(yīng)力：平均應(yīng)力：應(yīng)力幅值：循環(huán)特性： )(21minmaxm)(21minmaxa變應(yīng)力的關(guān)系：aamminmaxotT第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度020maxminram、10maxmaxminram、taar =-1maxminor =0aammaxtomin穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的類型及特性：穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的類型及特性：1）對稱循環(huán)變應(yīng)力：2）脈動循環(huán)變應(yīng)力： min m3) 非對稱循環(huán)變應(yīng)力：非對稱循環(huán)變應(yīng)力：4）靜應(yīng)力：）靜應(yīng)力： 1maxm

4、inrm、ot= =常數(shù)常數(shù)r =+1第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度二、材料的疲勞特性二、材料的疲勞特性bmaxs變應(yīng)力下，零件的損壞形式是疲勞斷裂。疲勞斷裂過程：疲勞斷裂過程： 很多機(jī)械零件受變應(yīng)力作用。即使變應(yīng)力的或 。而變應(yīng)力的每次循環(huán)也仍然會對零件造成輕微的損傷。隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加，當(dāng)損傷累積到一定程度時，零件表層產(chǎn)生微小裂紋；隨著循環(huán)次數(shù)增加，微裂紋逐漸擴(kuò)展；當(dāng)剩余材料不足以承受載荷時，突然脆性斷裂。第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度疲勞斷裂具有以下特征： 疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限低，甚至比屈服極限低; 疲勞斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突

5、然斷裂; 疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結(jié)果。 疲勞斷口分為兩個區(qū)：疲勞疲勞區(qū)和脆性斷裂區(qū)區(qū)和脆性斷裂區(qū)。斷裂面累積損傷處表面光滑，而折斷區(qū)表面粗糙。第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度maxNr材料的疲勞特性可用最大應(yīng)力、應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 、應(yīng)力比（循環(huán)特性）來描述。機(jī)械零件材料的抗疲勞性能是通過試驗(yàn)來測量的。 BNNDAN=1/4 104CmaxB103DNrmaxN曲線：在一定的應(yīng)力比下，疲勞極限（以最大應(yīng)力表示）與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線。 第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度Nma壽命曲線或極限應(yīng)力線圖壽命曲線或極限應(yīng)力線圖：在一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)下，平均應(yīng)力與應(yīng)力幅值的關(guān)系

6、曲線。Sam平均應(yīng)力平均應(yīng)力應(yīng)力幅應(yīng)力幅-1第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度N（一）、疲勞曲線BNNDAN=1/4 104CmaxB103D4/1Nb在原點(diǎn)處，對應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為，意味著。在加載到最大值時材料被拉斷。顯然該值為強(qiáng)度極限 。在AB段，靜應(yīng)力強(qiáng)度。第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度431010NBC段，這一階段的疲勞現(xiàn)象稱為應(yīng)變疲勞，也叫低周疲勞低周疲勞。BNNDAN=1/4 104CmaxB103D410CDD但絕大多數(shù)通用零件其承受的變應(yīng)力，循環(huán)次數(shù)的，應(yīng)在和以后兩段曲線所對應(yīng)總是大于高周疲勞高周疲勞的范疇，即的疲勞。第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)

7、度rNmaxNlim材料的疲勞極限材料的疲勞極限： 在應(yīng)力比為r的循環(huán)變。疲勞壽命疲勞壽命： 材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)不同，即與t、N幾個概念：應(yīng)力作用下，應(yīng)力循環(huán)N次后，材料不發(fā)生疲勞破壞時，所能承受的最大應(yīng)力 。次數(shù)。t不同或N不同時，疲勞極限有關(guān)。疲勞強(qiáng)度計算中，就是以疲勞極限作為 。 rNlim第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度CD段代表有限壽命疲勞階段，CD曲線上任何一點(diǎn)所代表的疲勞極限，稱為有限壽命疲勞極限，用 表示，腳標(biāo)r表示該變應(yīng)力的應(yīng)力比，N表示應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。rNCD段可用下式來描述:BNNDAN=1/4 104CmaxB103DCNmrN)(DCNNN第三章第

8、三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度 D點(diǎn)以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著無限壽命疲勞階段，也就是說，如果作用的變應(yīng)力的最大應(yīng)力小于D點(diǎn)的應(yīng)力，無論應(yīng)力循環(huán)多少次，材料都不會發(fā)生疲勞破壞。D點(diǎn)以后的線段可用下式描述：BNNDAN=1/4 104CmaxB103DrrN)(DNN rDN表示D點(diǎn)對應(yīng)的疲勞極限，。 稱為持久疲勞極限，D點(diǎn)所對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)為 。第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度0N0N0rNrDNr，稱為循環(huán)基數(shù)，用與相對應(yīng)的疲勞極限（簡稱 ）來近似代表和，上式可寫為：CNNmrmrN0r0NDCNNNrN作用：根據(jù)和可求得有限壽命區(qū)間內(nèi)任意）時的疲勞極限:循環(huán)次數(shù)N(Nrm

9、rrNKNN0NKrNrm式中為壽命系數(shù)，等于與的比值， 為材料常數(shù)，其值由試驗(yàn)決定：0N第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度206m6010)101 (N9m60105N9m7010N對于鋼材，在彎曲疲勞和拉壓疲勞時，在初步計算中，鋼制零件受彎曲疲勞時，大尺寸零件取中等尺寸零件取DrNrDCBAmaxBrNrNN0107104N=1/4 103N當(dāng)N大于疲勞曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)D所對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)ND時，上式中的N就取ND，就是第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度（二）、等壽命疲勞曲線（極限應(yīng)力線圖）（二）、等壽命疲勞曲線（極限應(yīng)力線圖）mSa-1簡化曲線之一簡化曲線之一sa簡化曲線之二簡化

10、曲線之二-145 mamramamrmaxmaxmin試件的試驗(yàn)條件：試件的試驗(yàn)條件：1）光滑、無應(yīng)力集中源；）光滑、無應(yīng)力集中源；2）標(biāo)準(zhǔn)尺寸。）標(biāo)準(zhǔn)尺寸。),(am),(am 當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N為定值時（為定值時（ N= N0 ），試驗(yàn)得出），試驗(yàn)得出 r 與與 r 的關(guān)系。的關(guān)系。通常是找通常是找 m與與 a 的關(guān)系，間接代表的關(guān)系，間接代表r 與與 r 的關(guān)系。的關(guān)系。第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度10am在作材料試驗(yàn)時，求出對稱循環(huán)和脈動循環(huán)時的疲勞極限和，把這兩個極限應(yīng)力標(biāo)在圖上。在對稱循環(huán)中：對稱循環(huán)疲勞極限對稱循環(huán)疲勞極限可以用縱坐標(biāo)上的A點(diǎn)表示。脈動循

11、環(huán)疲勞極限脈動循環(huán)疲勞極限可以用過原點(diǎn)所作的45直線上的D點(diǎn)表示。 amS 45 -10 /20 /245 DAGCO第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度amS 45 -10 /20 /245 DAGCO連接AD，其直線方程可由兩點(diǎn)式方程得出：稱為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的材料常數(shù). ，其中1ma0012第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度amS 45 -10 /20 /245 DAGCO橫坐標(biāo)上任意一點(diǎn)都代表應(yīng)力幅等于0的應(yīng)力，即靜應(yīng)力，取C點(diǎn)的坐標(biāo)值等于材料的 屈服極限S。 直線CG的方程為：Sma直線AG上任何一點(diǎn)代表了Smamax一定循環(huán)特性時的疲勞極限，CG上任何一點(diǎn)均代表其

12、最大應(yīng)力達(dá)到了屈服極限應(yīng)力，第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度amS 45 -10 /20 /245 DAGCO當(dāng)循環(huán)應(yīng)力參數(shù)（ma,落在OAGC以內(nèi)時，表示不會發(fā)生疲勞破壞，當(dāng)應(yīng)力點(diǎn)落在OAGC以外時，一定會發(fā)生疲勞破壞，而正好落在AGC折線上時，表示應(yīng)力狀況達(dá)到疲勞破壞的極限值。 ）第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算一、零件的極限應(yīng)力線圖零件的疲勞極限要小于材料試件的疲勞極限。1e1eK11設(shè)材料的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限為：零件的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限為： ，則彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù)：在不對稱循環(huán)時，K是

13、試件與零件極限應(yīng)力幅極限應(yīng)力幅的比值。 第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度am-1-1eGo/2零件的極限應(yīng)力曲線就以折線AGC表示： 直線AG的方程 或 1meaeK11meeaeeK直線CG的方程為： Smeae式中：ae為零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的極限應(yīng)力幅， me為零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的極限平均應(yīng)力， 第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度K為彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)，反映了：應(yīng)力集中、 e為零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的材料常數(shù)，計算公式為： 00121KKe尺寸因素、表面加工質(zhì)量及強(qiáng)化等因素的綜合影響結(jié)果。qkK1) 11(式中：k為零件的有效應(yīng)力集中系

14、數(shù)， 為零件的尺寸系數(shù)， 為零件的表面質(zhì)量系數(shù)， q為零件的強(qiáng)化系數(shù)。第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度若為切應(yīng)力情況，只需將上述公式中的用替換掉，就可得出極限應(yīng)力曲線的方程：11meeaeeK1meaeKSmeaee為零件受循環(huán)切應(yīng)力時的材料常數(shù)， 00121KKe為試件受循環(huán)切應(yīng)力時的材料常數(shù)， K剪切疲勞極限的綜合影響系數(shù)剪切疲勞極限的綜合影響系數(shù)，qkK1) 11(kq、 分別是切應(yīng)力情況下，零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)、尺寸系數(shù)、表面質(zhì)量系數(shù)、強(qiáng)化系數(shù)。1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0幾何

15、不連續(xù)處的圓角半徑幾何不連續(xù)處的圓角半徑 r/mm -理論應(yīng)力集中系數(shù)理論應(yīng)力集中系數(shù) q -應(yīng)力集中敏性系數(shù)應(yīng)力集中敏性系數(shù)q (q )有效應(yīng)力集中系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù)k 980(840)420700(560)350560(420)1400(1250)MPa軸肩圓角處的理論應(yīng)力集中系數(shù)軸肩圓角處的理論應(yīng)力集中系數(shù) 2.00 1.50 1.30 1.20 1.15 1.10 1.07 1.05 1.02 1.010.04 2.80 2.57 2.39 2.28 2.14 1.99 1.92 1.82 1.56 1.42 0.10 1.99 1.89 1.79 1.69 1.63 1.56 1.

16、52 1.46 1.33 1.230.15 1.77 1.68 1.59 1.53 1.48 1.44 1.40 1.36 1.26 1.180.20 1.63 1.56 1.49 1.44 1.40 1.37 1.33 1.31 1.22 1.150.25 1.54 1.49 1.43 1.37 1.34 1.31 1.29 1.27 1.20 1.130.30 1.47 1.43 1.39 1.33 1.30 1.28 1.26 1.24 1.19 1.120.04 2.59 2.40 2.33 2.21 2.09 2.00 1.88 1.80 1.72 1.616.0 3.0 2.0 1

17、.50 1.20 1.10 1.05 1.03 1.02 1.010.10 1.88 1.80 1.73 1.68 1.62 1.59 1.53 1.49 1.44 1.360.15 1.64 1.59 1.55 1.52 1.48 1.46 1.42 1.38 1.34 1.260.20 1.49 1.46 1.44 1.42 1.39 1.38 1.34 1.31 1.27 1.200.25 1.39 1.37 1.35 1.34 1.33 1.31 1.29 1.27 1.22 1.17應(yīng)力應(yīng)力 公稱應(yīng)力公式公稱應(yīng)力公式 （拉伸、彎曲）或（拉伸、彎曲）或（扭轉(zhuǎn)、剪切）（扭轉(zhuǎn)、剪切） 拉拉

18、伸伸彎彎曲曲D/dr/dD/dr/d 32Mb= d3 4F= d3 0.30 1.32 1.31 1.30 1.29 1.27 1.26 1.25 1.23 1.20 1.14Ddr續(xù)表續(xù)表 軸肩圓角處的理論應(yīng)力集中系數(shù)軸肩圓角處的理論應(yīng)力集中系數(shù) Ddr應(yīng)力應(yīng)力 公稱應(yīng)力公式公稱應(yīng)力公式 （拉伸、彎曲）或（拉伸、彎曲）或（扭轉(zhuǎn)、剪切）（扭轉(zhuǎn)、剪切） 扭扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、剪剪切切D/dr/d 16TT= d3 2.0 1.33 1.20 1.09 0.10 1.46 1.41 1.33 1.17 0.15 1.34 1.29 1.23 1.13 0.20 1.26 1.23 1.17 1.11 0.2

19、5 1.21 1.18 1.14 1.09 0.30 1.18 1.16 1.12 1.09 0.04 1.84 1.79 1.66 1.32 軸上橫向孔的理論應(yīng)力集中系數(shù)軸上橫向孔的理論應(yīng)力集中系數(shù) 公稱彎曲應(yīng)力公稱彎曲應(yīng)力 d/D 0.0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 Dd 16Tb = D3 dD2 32 6 3.0 2.46 2.25 2.13 2.03 1.96 1.89 MMTT 公稱扭轉(zhuǎn)應(yīng)力公稱扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 TT = D3 dD2 16 6 dD d/D 0.0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 2.0 1.78 1.66 1.

20、57 1.50 1.46 1.42 軸上鍵槽處的有效應(yīng)力集中系數(shù)軸上鍵槽處的有效應(yīng)力集中系數(shù) k 1.5 - - 1.75 - - 2.0 軸的材料軸的材料B (MPa) 500 600 700 750 800 900 1000 K - 1.5 1.6 - 1.7 1.8 1.9 外花鍵的有效應(yīng)力集中系數(shù)外花鍵的有效應(yīng)力集中系數(shù) k 1.35 1.45 1.55 1.60 1.65 1.70 1.72 1.75 軸的材料軸的材料B (MPa) 400 500 600 700 800 900 1000 1200矩形齒矩形齒 2.1 2.25 2.36 2.45 2.55 2.65 2.70 2.

21、8 漸開線形齒漸開線形齒 1.4 1.43 1.46 1.49 1.52 1.55 1.58 1.6 k公稱直徑公稱直徑12mm12mm的普通螺紋的拉壓有效應(yīng)力集中系數(shù)的普通螺紋的拉壓有效應(yīng)力集中系數(shù) k 3.0 3.9 4.8 5.2 軸的材料軸的材料B (MPa) 400 600 800 1000 DDd1.00.90.80.70 20 40 60 80 100 120 140圓截面鋼材的扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)圓截面鋼材的扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)D/mm1.21.11.00.90.80.70.60.50 20 40 60 80 100 120 140鋼材的尺寸與截面形狀鋼材的尺寸與截面形狀D/mm hh

22、d=0d/D=0.60.70.80.9h螺紋聯(lián)接的尺寸系數(shù)螺紋聯(lián)接的尺寸系數(shù) 1 0.81 0.76 0.71 0.68 0.63 0.60 0.57 0.54 0.52 0.50直徑直徑 d(mm) 16 20 24 28 32 40 48 56 64 72 80 16 20 24 28 32 40 48 56 64 72 80 零件與軸過盈配合處的零件與軸過盈配合處的 k /H7/r6 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 3.75 4.25 直徑直徑 d(mm) 配合配合400 500 600 700 800 900 1000 1200 400 500 600 70

23、0 800 900 1000 1200 b (MPa)H7/k6 1.69 1.88 2.06 2.25 2.44 2.63 2.82 3.19 H7/h6 1.46 1.63 1.79 1.95 2.11 2.28 2.44 2.76 H7/r6 2.75 3.05 3.36 3.66 3.96 4.28 4.60 5.20 H7/k6 2.06 2.28 2.52 2.76 2.97 3.20 3.45 3.90 H7/h6 1.80 1.98 2.18 2.38 2.57 2.78 3.00 3.40 H7/r6 2.95 3.28 3.60 3.94 4.25 4.60 4.90 5.

24、60 H7/k6 2.22 2.46 2.70 2.96 3.20 3.46 3.98 4.20 H7/h6 1.92 2.13 2.34 2.56 2.76 3.00 3.18 3.64 30501001.00.80.60.40.2400 600 800 1000 1200 1400 B / Mpa精車精車粗車粗車未加工未加工磨削磨削拋光拋光鋼材的表面質(zhì)量系數(shù)鋼材的表面質(zhì)量系數(shù) 表面高頻淬火的強(qiáng)化系數(shù)表面高頻淬火的強(qiáng)化系數(shù)q 720 1.31.63040 1.21.5720 1.62.83040 1.55試件種類試件種類 試件直徑試件直徑/mm 無應(yīng)力集中無應(yīng)力集中 有應(yīng)力集中有應(yīng)力集中 化

25、學(xué)熱處理的強(qiáng)化系數(shù)化學(xué)熱處理的強(qiáng)化系數(shù)q 515 1.151.253040 1.101.15515 1.93.03040 1.32.0化學(xué)熱處理方法化學(xué)熱處理方法 試件種類試件種類 試件直徑試件直徑/mm q 無應(yīng)力集中無應(yīng)力集中 有應(yīng)力集中有應(yīng)力集中 815 1.22.13040 1.11.5815 1.52.53040 1.22.0無應(yīng)力集中無應(yīng)力集中 有應(yīng)力集中有應(yīng)力集中 氮化，膜厚氮化，膜厚0.10.4mm 硬度硬度HRC64 滲炭，膜厚滲炭，膜厚0.20.6mm氰化，膜厚氰化，膜厚 0.2mm 無無應(yīng)力集中應(yīng)力集中 10 1.8表面硬化加工的強(qiáng)化系數(shù)表面硬化加工的強(qiáng)化系數(shù)q 720

26、1.21.43040 1.11.25720 1.52.23040 1.31.8 加工方法加工方法 試件種類試件種類 試件直徑試件直徑/mm q 無應(yīng)力集中無應(yīng)力集中 有應(yīng)力集中有應(yīng)力集中 720 1.11.33040 1.11.2720 1.42.53040 1.11.5無應(yīng)力集中無應(yīng)力集中 有應(yīng)力集中有應(yīng)力集中 滾子碾壓滾子碾壓 噴噴 丸丸第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度二、單向穩(wěn)定變應(yīng)力單向穩(wěn)定變應(yīng)力時機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算-1eamammeae設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)零件工作應(yīng)力的可能增長規(guī)律確定極限應(yīng)力點(diǎn)。典型的應(yīng)力增長規(guī)律通常有三種： a）變應(yīng)力的應(yīng)力比保持不變，即Cr b）變應(yīng)力的

27、平均應(yīng)力保持Cm不變，即c）變應(yīng)力的最小應(yīng)力保持 不變，即Cmin第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度-1eamammeae1）Cr 的情況)(21minmaxa)(21minmaxm由于，所以，Crrma11minmaxminmax 射線 OM、ON上任何都具有相同的應(yīng)力比， M、N為極限應(yīng)力點(diǎn)。對應(yīng)M點(diǎn)的零件的極限應(yīng)力：mamaammeaeKKmax11max)(一個點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度計算安全系數(shù)caS或強(qiáng)度條件為：SKSmaca1maxmaxlimN只需進(jìn)行靜強(qiáng)度計算 ：SSmaSScamaxlim 凡是工作應(yīng)力點(diǎn)位于凡是工作應(yīng)力點(diǎn)位于OG

28、COGC區(qū)域區(qū)域內(nèi)，在應(yīng)力比等于常數(shù)的情況下，內(nèi)，在應(yīng)力比等于常數(shù)的情況下，極限應(yīng)力為屈服極限，僅作極限應(yīng)力為屈服極限，僅作-1eamammeae靜強(qiáng)度計算。工作應(yīng)力點(diǎn)位于靜強(qiáng)度計算。工作應(yīng)力點(diǎn)位于OAGOAG區(qū)域內(nèi)，在應(yīng)力比等于常數(shù)的區(qū)域內(nèi)，在應(yīng)力比等于常數(shù)的情況下，必須作疲勞計算情況下，必須作疲勞計算。第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度Cmaemeam-1eam2）的情況 垂直線MM、NN上任何一點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的平均應(yīng)力值。 對應(yīng)M點(diǎn)的零件的極限應(yīng)力為： KKKmme)()1 (11max極限應(yīng)力幅為： Kmae1第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度計算安全系數(shù)

29、或強(qiáng)度條件為： SKKSammca)()(1maxmaxlimN位于直線CG上，故也只需進(jìn)行靜強(qiáng)度計算: SSmaSScamaxlimaemeam-1eam凡是工作應(yīng)力點(diǎn)位于凡是工作應(yīng)力點(diǎn)位于CGHCGH區(qū)區(qū)域內(nèi)，在平均應(yīng)力等于常數(shù)域內(nèi)，在平均應(yīng)力等于常數(shù)的情況下，極限應(yīng)力為屈服的情況下，極限應(yīng)力為屈服極限，僅作靜強(qiáng)度計算，工極限，僅作靜強(qiáng)度計算，工作應(yīng)力點(diǎn)位于作應(yīng)力點(diǎn)位于OHGAOHGA區(qū)域內(nèi)，區(qū)域內(nèi)，在平均應(yīng)力等于常數(shù)的情況在平均應(yīng)力等于常數(shù)的情況下，必須作疲勞計算。下，必須作疲勞計算。第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度3）Cmin的情況 過M或N點(diǎn)作45 直線，其上任意一點(diǎn)所代表

30、的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的最小應(yīng)力， -1eamminMminN 過O和G作與橫坐標(biāo)軸成45的直線OJ和GI，把安全工作區(qū)域分成三個部分，當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位于AOJ區(qū)域內(nèi)時，最小應(yīng)力為負(fù)值，一般很少見，在此不予討論，當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位于GIC區(qū)域內(nèi)時，極限應(yīng)力為屈服極限，按靜強(qiáng)度計算，只有當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位于OJGI區(qū)域內(nèi)時，極限應(yīng)力為疲勞極限應(yīng)力，極限應(yīng)力才在疲勞極限應(yīng)力曲線上。第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度 通過聯(lián)立直線M M和AG的方程可求解M點(diǎn)的坐標(biāo)值后，可得到計算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：SKKSaca)2)()(2minmin1max/max N位于直線CG上，故也只需進(jìn)行靜強(qiáng)度計算，

31、即： SSmaSScamaxlim-1eamminMminN第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度三、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計算三、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計算 規(guī)律性規(guī)律性的不穩(wěn)定變應(yīng)力，是根據(jù)疲勞損傷累積假說進(jìn)行計算。 非規(guī)律性非規(guī)律性的不穩(wěn)定變應(yīng)力，是用統(tǒng)計方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算。不穩(wěn)定變應(yīng)力可分為非規(guī)律性的和規(guī)律性的兩大類。第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度maxn-11243r-1312N若假設(shè)應(yīng)力每循環(huán)一次對材料的破壞起相同的作用，那么， 11/1 N1n111/ Nn2n222/ Nn應(yīng)力每循環(huán)一次對材料的損傷率即為，循環(huán)了次，對材料的損傷率為，依此類推，循環(huán)

32、次的對材料，。的損傷率為第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度當(dāng)損傷率達(dá)到100時，材料發(fā)生疲勞破壞，即有：1332211NnNnNn寫成一般形式： 11ziiiNn其中， miiNN)(10這就是疲勞損傷累積假說疲勞損傷累積假說的數(shù)學(xué)表達(dá)式 第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)表明： 1）當(dāng)各作用的應(yīng)力幅無巨大的差別以及無短時的強(qiáng)烈過載時，上式是正確的。 2）當(dāng)應(yīng)力作用順序是先大后小時，等號右邊值 1，即： 11ziiiNn一般情況有： 2 . 27 . 01ziiiNn 容易破壞容易破壞不容易破壞不容易破壞第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度mzimiiNn101mzi

33、miicanN101不穩(wěn)定變應(yīng)力時的極限條件為：1).(1101221110mzimiimzzmmmNnnnnN若材料在這些應(yīng)力作用下，未達(dá)到破壞，則有： 令不穩(wěn)定變應(yīng)力的計算應(yīng)力為：令不穩(wěn)定變應(yīng)力的計算應(yīng)力為：則：1ca，其強(qiáng)度條件為： SScaca1第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度四、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計算四、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計算aa12e1a2e1a當(dāng)零件上同時作用有同相位的穩(wěn)定對稱循環(huán)變應(yīng)力和時，由實(shí)驗(yàn)得出的極限應(yīng)力關(guān)系式為：a/-1ea/-1e/a/a式中及為同時作用的切向及法向應(yīng)力幅的極限值。ODODOCOCOMOMSca第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械

34、零件的強(qiáng)度eaOC1eaOC1eaOD1eaOD1a/-1ea/-1eacaaSacaaS12e12e1acaacaSS極限應(yīng)力關(guān)系為： ae1ae1而、是零件上只承受切向應(yīng)力或只承受法向應(yīng)力時的計算安全系數(shù)第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度1)()(22SSSScaca22SSSSSca故有計算安全系數(shù)為： 當(dāng)零件上所承受的兩個變應(yīng)力均為不對稱循環(huán)時，有：maKS1maKS1然后由上式求出零件的計算安全系數(shù)。 第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度五、提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施1）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。 2）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。 3）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，必要時表面作適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)處理。4）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，對于延長零件的疲勞壽命有著比提