機(jī)械零件的強(qiáng)度

機(jī)械零件的強(qiáng)度第一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制Fnb()maxFnb()min§2-1載荷和應(yīng)力

一、載荷的簡(jiǎn)化和力學(xué)模型

考慮到工程問題的復(fù)雜性，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，往往要對(duì)作用在零件上的載荷進(jìn)行簡(jiǎn)化——條件性計(jì)算。簡(jiǎn)化方法：以集中力代替均布力以支承點(diǎn)代替支承面二、載荷的分類

載荷靜載荷變載荷工作載荷名義載荷計(jì)算載荷K——載荷系數(shù)

第二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制三、應(yīng)力的種類otσσ=常數(shù)脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力r=0靜應(yīng)力:σ=常數(shù)變應(yīng)力:σ隨時(shí)間變化平均應(yīng)力:應(yīng)力幅:循環(huán)變應(yīng)力變應(yīng)力的循環(huán)特性:對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力r=-1----脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力----對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力

-1=0+1----靜應(yīng)力σmaxσmTσmaxσminσaσaσmotσσmaxσminσaσaotσotσσaσaσminr=+1靜應(yīng)力是變應(yīng)力的特例第三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日四、靜應(yīng)力作用下零件的強(qiáng)度問題

1.簡(jiǎn)單靜應(yīng)力下零件的強(qiáng)度計(jì)算

2.復(fù)雜靜應(yīng)力下零件的強(qiáng)度計(jì)算

脆性材料：塑性材料：第一強(qiáng)度理論

第三強(qiáng)度理論

第四強(qiáng)度理論

——脆性材料——塑性材料第四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日§2-2變應(yīng)力作用下材料的疲勞特性

一、變應(yīng)力作用下零件的失效特征變應(yīng)力作用下，零件的損壞形式都是疲勞破壞，如：疲勞斷裂、疲勞點(diǎn)蝕等。▲零件表層產(chǎn)生微小裂紋；疲勞斷裂過程：▲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(shí)，突然脆性斷裂。第五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制▲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然斷裂;▲

疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結(jié)果。不管脆性材料或塑性材料，疲勞斷裂是與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(即使用壽命)有關(guān)的斷裂。疲勞斷裂具有以下特征：▲

斷裂面累積損傷處表面光滑，而折斷區(qū)表面粗糙。表面光滑表面粗糙第六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制σmaxN二、

s－N疲勞曲線用參數(shù)σmax表征材料的疲勞極限，通過實(shí)驗(yàn)，可得出如圖所示的疲勞曲線。稱為：

s－N疲勞曲線104C在原點(diǎn)處，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為N=1/4，意味著在加載到最大值時(shí)材料被拉斷。顯然該值為強(qiáng)度極限σb。B103σtσbAN=1/4

在AB段，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)<103σmax變化很小，可以近似看作為靜應(yīng)力強(qiáng)度。

BC段，N=103~104，隨著N↑

→σmax↓,疲勞現(xiàn)象明顯。因N較小，特稱為：低周疲勞。第七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制由于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σr來近似代表ND和σr∞。σmaxNσrN0≈107CDσrNNσBAN=1/4

D點(diǎn)以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著無限壽命區(qū)，其方程為：

實(shí)踐證明，機(jī)械零件的疲勞大多發(fā)生在CD段?？捎孟率矫枋觯河谑怯校?04CB103第八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日

CD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。試驗(yàn)結(jié)果表明在CD區(qū)間內(nèi)，試件經(jīng)過相應(yīng)次數(shù)的變應(yīng)力作用之后，總會(huì)發(fā)生疲勞破壞。而D點(diǎn)以后，如果作用的變應(yīng)力最大應(yīng)力小于D點(diǎn)的應(yīng)力（σmax<σr），則無論循環(huán)多少次，材料都不會(huì)破壞。CD區(qū)間-----有限疲勞壽命階段D點(diǎn)之后----無限疲勞壽命階段高周疲勞σmaxNσrN0≈107CσBAN=1/4

104CB103DσrNN第九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制潘存云教授研制σaσm應(yīng)力幅平均應(yīng)力σaσmσSσ-1σaσmσSσ-1材料的疲勞極限曲線也可用在特定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N下，極限應(yīng)力幅之間的關(guān)系曲線來表示，特稱為等壽命曲線。簡(jiǎn)化曲線之一簡(jiǎn)化曲線之二三、等壽命疲勞曲線實(shí)際應(yīng)用時(shí)常有兩種簡(jiǎn)化方法。σSσ-145?

第十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制σaσmσS

45?

σ-1O簡(jiǎn)化等壽命曲線（極限應(yīng)力線圖）：靜應(yīng)力（塑性材料）：

σa=0σm=σsAE直線上任意點(diǎn)代表了一定循環(huán)特性r時(shí)的疲勞極限。對(duì)稱循環(huán)：σm=0A脈動(dòng)循環(huán)：σm=σa=σ0/2說明CE直線上任意點(diǎn)的最大應(yīng)力達(dá)到了屈服極限應(yīng)力。σ0/2σ0/245?

Bσ’mσ’aCE直線上任意點(diǎn)N’

的坐標(biāo)為（σ’m，σ’a）σ’aECN’過C點(diǎn)作與橫軸成1350的斜線，交AB連線的延長(zhǎng)線于E點(diǎn)，折線ABEC即為極限應(yīng)力線圖。第十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制σaσmσS45?

σ-1ECσ0/2σ0/245?

BCAO而正好落在AEC折線上時(shí)，表示應(yīng)力狀況達(dá)到疲勞破壞的極限值。

當(dāng)應(yīng)力點(diǎn)落在OAEC以外時(shí)，一定會(huì)發(fā)生疲勞破壞。

當(dāng)循環(huán)應(yīng)力參數(shù)（σm，σa

）落在OAEC以內(nèi)時(shí)，表示不會(huì)發(fā)生疲勞破壞。連接OB、OE，極限應(yīng)力圖劃分為幾個(gè)區(qū)域：AOB區(qū)域BOE區(qū)域EOC區(qū)域若工作應(yīng)力點(diǎn)落在AOE區(qū)域——按疲勞強(qiáng)度計(jì)算若工作應(yīng)力點(diǎn)落在EOC區(qū)域——按靜強(qiáng)度計(jì)算第十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日§2-3機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算一、零件的極限應(yīng)力線圖由于材料試件是一種特殊結(jié)構(gòu)，而實(shí)際零件的幾何形狀、尺寸大小、加工質(zhì)量及強(qiáng)化因素等與材料試件有區(qū)別，使得零件的疲勞極限要小于材料試件的疲勞極限。定義彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)(Ｋσ

)D

：在不對(duì)稱循環(huán)時(shí)，(Ｋσ

)D是試件與零件極限應(yīng)力幅的比值。σ-1/(Ｋσ)Dσ0/2σ0/2(Ｋσ)D零件的對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限為：σ-1e

設(shè)材料的對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限為：σ-1

材料σSσ-1BAECσaσmo45?

45?

零件A’σ-1eB’E’第十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日

彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)(Kσ

)D反映了：應(yīng)力集中、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。其計(jì)算公式如下：其中：Kσ----有效應(yīng)力集中系數(shù)；β

----表面質(zhì)量系數(shù)；εσ----絕對(duì)尺寸系數(shù)；潘存云教授研制Cσ-1/(Ｋσ)Dσ0/2σ0/2(Ｋσ)D材料σSσ-1BAECσaσmo45?

45?

零件A’σ-1eB’E’修正方法：將材料極限應(yīng)力圖中A、B點(diǎn)的縱坐標(biāo)除以綜合影響系數(shù)(Kσ)D

，橫坐標(biāo)不變。第十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.100.51.01.52.02.53.03.54.0幾何不連續(xù)處的圓角半徑r/mmασ----理論應(yīng)力集中系數(shù)

qσ----應(yīng)力集中敏性系數(shù)qσ(qτ)有效應(yīng)力集中系數(shù)kσ

980(840)420700(560)350560(420)1400(1250)MPa第十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日軸肩圓角處的理論應(yīng)力集中系數(shù)

ασ2.001.501.301.201.151.101.071.051.021.010.042.802.572.392.282.141.991.921.821.561.420.101.991.891.791.691.631.561.521.461.331.230.151.771.681.591.531.481.441.401.361.261.180.201.631.561.491.441.401.371.331.311.221.150.251.541.491.431.371.341.311.291.271.201.130.301.471.431.391.331.301.281.261.241.191.120.042.592.402.332.212.092.001.881.801.721.616.03.02.01.501.201.101.051.031.021.010.101.881.801.731.681.621.591.531.491.441.360.151.641.591.551.521.481.461.421.381.341.260.201.491.461.441.421.391.381.341.311.271.200.251.391.371.351.341.331.311.291.271.221.17應(yīng)力公稱應(yīng)力公式ασ（拉伸、彎曲）或ατ（扭轉(zhuǎn)、剪切）拉伸彎曲D/dr/dD/dr/d

32Mσb=

πd3

4Fσ=

πd3

0.301.321.311.301.291.271.261.251.231.201.14Ddr第十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日續(xù)表軸肩圓角處的理論應(yīng)力集中系數(shù)

ατ

Ddr應(yīng)力公稱應(yīng)力公式ασ（拉伸、彎曲）或ατ（扭轉(zhuǎn)、剪切）扭轉(zhuǎn)、剪切D/dr/d

16TτT=

πd3

2.01.331.201.090.101.461.411.331.170.151.341.291.231.130.201.261.231.171.110.251.211.181.141.090.301.181.161.121.090.041.841.791.661.32第十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日軸上橫向孔的理論應(yīng)力集中系數(shù)

公稱彎曲應(yīng)力d/D0.00.050.100.150.200.250.30Dd

16Tσb=

πD3–

dD2

326ασ

3.02.462.252.132.031.961.89MMTT公稱扭轉(zhuǎn)應(yīng)力

TτT=

πD3–

dD2

166dD

d/D0.00.050.100.150.200.250.30ασ

2.01.781.661.571.501.461.42軸上鍵槽處的有效應(yīng)力集中系數(shù)

kσ

1.5----1.75----2.0軸的材料σB(MPa)5006007007508009001000

Kτ

--1.51.6--1.71.81.9第十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日外花鍵的有效應(yīng)力集中系數(shù)

kσ

1.351.451.551.601.651.701.721.75軸的材料σB(MPa)4005006007008009001000

1200矩形齒

2.12.252.362.452.552.652.702.8漸開線形齒

1.41.431.461.491.521.551.581.6kτ公稱直徑12mm的普通螺紋的拉壓有效應(yīng)力集中系數(shù)

kσ

3.03.94.85.2軸的材料σB(MPa)4006008001000

第十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日DDd1.00.90.80.7020406080100120140ετ圓截面鋼材的扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)D/mm1.21.11.00.90.80.70.60.5020406080100120140鋼材的尺寸與截面形狀εσD/mm

hhd=0d/D=0.60.70.80.9h第二十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日螺紋聯(lián)接的尺寸系數(shù)

10.810.760.710.680.630.600.570.540.520.50直徑d(mm)≤1620242832404856647280

εσεσ零件與軸過盈配合處的kσ/εσH7/r62.252.502.753.003.253.503.754.25直徑d(mm)配合40050060070080090010001200σb(MPa)H7/k61.691.882.062.252.442.632.823.19H7/h61.461.631.791.952.112.282.442.76H7/r62.753.053.363.663.964.284.605.20H7/k62.062.282.522.762.973.203.453.90H7/h61.801.982.182.382.572.783.003.40H7/r62.953.283.603.944.254.604.905.60H7/k62.222.462.702.963.203.463.984.20H7/h61.922.132.342.562.763.003.183.643050>100第二十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制潘存云教授研制1.00.80.60.40.2400600800100012001400

σB/Mpaβσ精車粗車未加工磨削拋光鋼材的表面質(zhì)量系數(shù)βσ

表面高頻淬火的強(qiáng)化系數(shù)βq

7~201.3~1.630~401.2~1.57~201.6~2.830~401.5~5試件種類試件直徑/mm

無應(yīng)力集中

有應(yīng)力集中

第二十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制NM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σmax及σmin確定平均應(yīng)力σm與應(yīng)力幅σa，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。兩種情況分別討論σaσmoσSσ-1CA’E’σ-1eB’相應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力應(yīng)是極限應(yīng)力曲線A’E’C上的某一個(gè)點(diǎn)M’或N’所代表的應(yīng)力(σ’m，σ’a)

。M’或N’的位置確定與循環(huán)應(yīng)力變化規(guī)律有關(guān)。σaσm▲應(yīng)力比為常數(shù)：r=C可能發(fā)生的應(yīng)力變化規(guī)律：▲平均應(yīng)力為常數(shù)σm=C▲最小應(yīng)力為常數(shù)σmin=C計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：第二十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制σaσmOσ-1CA’E’σ-1e

B’1)r=Const作射線OM，其上任意一點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的應(yīng)力比。M’1為極限應(yīng)力點(diǎn)，其坐標(biāo)值σ’me，σ’ae之和就是對(duì)應(yīng)于M點(diǎn)的極限應(yīng)力σ’max

。σSσaσmMσ’meσ’ae也是一個(gè)常數(shù)。M’1第二十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制σ’ae計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：σ-1σ-1eσaσmOCA’B’σSE’N點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn)N’1位于直線CE’上，σ’meσ’aeσaσmNN’1有：這說明工作應(yīng)力為N點(diǎn)時(shí)，首先可能發(fā)生的是屈服失效。故只需要進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算即可。強(qiáng)度計(jì)算公式為：凡是工作應(yīng)力點(diǎn)落在OE’C區(qū)域內(nèi)，在循環(huán)特性r=常數(shù)的條件下，極限應(yīng)力統(tǒng)統(tǒng)為屈服極限，只需要進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。第二十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制σaσmσ-1σ-1eσaσmOCA’B’σSE’2)σm=Const此時(shí)需要在A’E’上確定M’2，使得：σ’m=σm

M顯然M’2在過M點(diǎn)且與縱軸平行的線上，該線上任意一點(diǎn)所代表的應(yīng)力都具有相同的平均應(yīng)力值。M’2坐標(biāo)值σ’me

，σ’ae之和就是對(duì)應(yīng)于M點(diǎn)的極限應(yīng)力σ’max

。

M’2計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：第二十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制潘存云教授研制σ-1σ-1eσaσmOCA’

B’σSE’45?

σaσmσ-1σ-1eσaσmOCA’B’σSE’同理，對(duì)于N點(diǎn)的極限應(yīng)力為N’2點(diǎn)。

NN’2由于落在了直線CE’上，故只要進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算：計(jì)算公式為：3)σmin=ConstMM’3此時(shí)需要在A’E’上確定M’3，使得：σ’min=σmin

因?yàn)椋害襪in=σm-σa=C過M點(diǎn)作45?

直線，其上任意一點(diǎn)所代表的應(yīng)力都具有相同的最小應(yīng)力。M’3位置如圖。σminML第二十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制在OA’B’區(qū)域內(nèi)，最小應(yīng)力均為負(fù)值，在實(shí)際機(jī)器中極少出現(xiàn)，故不予討論。通過O、E’兩點(diǎn)分別作45?直線，I得OA’B’、OB’E’I、E’CI三個(gè)區(qū)域。PLQσminQ<0σminMσ-1eσ-1σaσmOCA’σSE’MM’3

B’而在E’CI區(qū)域內(nèi)，極限應(yīng)力統(tǒng)為屈服極限。按靜強(qiáng)度處理：只有在OB’E’I區(qū)域內(nèi)，極限應(yīng)力才在疲勞極限應(yīng)力曲線上。第二十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日三、復(fù)合變應(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：潘存云教授研制Oσaσ-1eτaτ-1eABD’C’M’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。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?；【€AM'B上任何一個(gè)點(diǎn)即代表一對(duì)極限應(yīng)力σa′及τa′。第二十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制CD若作用于零件上的應(yīng)力幅sa及ta如圖中M點(diǎn)表示，則圖中M’點(diǎn)對(duì)應(yīng)于M點(diǎn)的極限應(yīng)力。MABOσaσ-1eτaτ-1eD’C’M’計(jì)算安全系數(shù)：強(qiáng)調(diào)代入第一個(gè)公式第三十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制將ta′及sa′代入到極限應(yīng)力關(guān)系可得：而是只承受切向應(yīng)力或法向應(yīng)力時(shí)的計(jì)算安全系數(shù)。于是求得計(jì)算安全系數(shù)：說明只要工作應(yīng)力點(diǎn)M落在極限區(qū)域以內(nèi)，就不會(huì)達(dá)到極限條件，因而總是安全的。CDOσaσ-1eτaτ-1eABMD’C’M’當(dāng)零件上所承受的兩個(gè)變應(yīng)力均為不對(duì)稱循環(huán)時(shí)，有：第三十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日四、許用安全系數(shù)的選取

安全系數(shù)定得正確與否對(duì)零件尺寸有很大影響1）靜應(yīng)力下，塑性材料的零件：[S]=1.2～１.5

鑄鋼件：[S]=1.５～２.5[S]↑典型機(jī)械的[S]可通過查表求得。無表可查時(shí)，按以下原則?。骸慵叽绱?，結(jié)構(gòu)笨重。[S]↓→可能不安全。２）靜應(yīng)力下，脆性材料，如高強(qiáng)度鋼或鑄鐵：

[S]=3～43）變應(yīng)力下，[S]=1.3～1.7材料不均勻，或計(jì)算不準(zhǔn)時(shí)?。篬S]=1.7～2.5第三十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制五、提高機(jī)械零件疲勞強(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?！m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?！M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?！M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，可采用減載槽來降低應(yīng)力集中的作用。第三十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制潘存云教授研制§2－4機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度如齒輪、凸輪、滾動(dòng)軸承等。B機(jī)械零件中各零件之間的力的傳遞，總是通過兩個(gè)零件的接觸形式來實(shí)現(xiàn)的。常見兩機(jī)械零件的接觸形式為點(diǎn)接觸或線接觸。第三十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制潘存云教授研制

若兩個(gè)零件在受載前是點(diǎn)接觸或線接觸。受載后，由于變形其接觸處為一小面積，通常此面積甚小而表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力卻很大，這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。這時(shí)零件強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度。FFρ2

O2

ρ1

O1

ρ2

O2

ρ1

O1

FFω2

2bsHω1

變形量B接觸失效形式常表現(xiàn)為：疲勞點(diǎn)蝕后果：減少了接觸面積、損壞了零件的光滑表面、降低了承載能力、引起振動(dòng)和噪音。初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋裂紋的擴(kuò)展與斷裂油金屬剝落出現(xiàn)小坑機(jī)械零件的接觸應(yīng)力通常是隨時(shí)間作周期性變化的，在載荷重復(fù)作用下，首先在表層內(nèi)約20μm處產(chǎn)生初始疲勞裂紋，然后裂紋逐漸擴(kuò)展(潤(rùn)滑油被擠迸裂紋中將產(chǎn)生高壓，使裂紋加快擴(kuò)展，終于使表層金屬呈小片狀剝落下來，而在零件表面形成一些小坑，這種現(xiàn)象稱為渡勞點(diǎn)蝕。第三十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制潘存云教授研制b由彈性力學(xué)可知，應(yīng)力為：對(duì)于鋼或鑄鐵取泊松比：

μ1=μ2=μ=0.3,則有簡(jiǎn)化公式。上述公式稱為赫茲(H·Hertz)公式

“+”用于外接觸，“-”用于內(nèi)接觸。σHσHρ2ρ1Fnρ1Fnbρ2σHσH第三十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制σH-------最大接觸應(yīng)力或赫茲應(yīng)力;b-------接觸長(zhǎng)度;Fn

-------作用在圓柱體上的載荷;-----綜合曲率半徑;-----綜合彈性模量;E1、

E2

分別為兩圓柱體的彈性模量。接觸疲勞強(qiáng)度的判定條件為：bFn第三十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日§2-5機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤(rùn)滑摩擦學(xué)----研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用表面間的摩擦、磨損和潤(rùn)滑，以及三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門邊緣學(xué)科?！?/p>

摩擦--相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；▲

磨損--由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；▲

潤(rùn)滑--減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。關(guān)于摩擦、磨損與潤(rùn)滑的學(xué)科構(gòu)成了摩擦學(xué)(Tribology)。世界上使用的能源大約有1/3~1/2消耗于摩擦。機(jī)械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過限度而報(bào)廢和更換的。減少摩擦節(jié)省能源；減少磨損降低設(shè)備維修次數(shù)和費(fèi)用，節(jié)省制造零件及其所需材料的費(fèi)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，摩擦學(xué)的理論和應(yīng)用必將由宏觀進(jìn)入微觀，由靜態(tài)進(jìn)入動(dòng)態(tài)，由定性進(jìn)入定量，成為系統(tǒng)綜合研究的領(lǐng)域。第三十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日二）摩擦的分類內(nèi)摩擦：在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。外摩擦：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間發(fā)生的相互阻礙作用現(xiàn)象。靜摩擦：僅有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)的摩擦。動(dòng)摩擦：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行中的摩擦?；瑒?dòng)摩擦：物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滑動(dòng)。滾動(dòng)摩擦：物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滾動(dòng)?！?/p>

“機(jī)械說”

--摩擦原因是表面微凸體的相互阻礙作用；▲

“分子說”

--摩擦原因是表面材料分子間的吸力作用；一）摩擦的機(jī)理▲

“機(jī)械－分子說”兩種作用均有。一、摩擦第三十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制1.干摩擦兩零件表面直接接觸后，因?yàn)槲⒂^局部壓力高而形成許多冷焊點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)時(shí)被剪切。不允許出現(xiàn)干摩擦！2.邊界摩擦三）滑動(dòng)摩擦狀態(tài)→功耗↑磨損↑溫度↑→燒毀軸瓦運(yùn)動(dòng)副表面有一層厚度<1μm的薄油膜，不足以將兩金屬表面完全分開，其表面部分微觀高峰部分仍將相互搓削。比干摩擦的磨損輕，f≈0.1~0.3v有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，彼此不直接接觸。是理想的摩擦狀態(tài)。3.液體摩擦摩擦和磨損極輕，f≈0.001~0.01vvv第四十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日潘存云教授研制潘存云教授研制4.混合摩擦v混合摩擦是指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)?；旌夏Σ聊苡行Ы档湍Σ磷枇?，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦?xí)r要小得多。在一般機(jī)器中，處于后三種情況的混合狀態(tài)。實(shí)踐證明，對(duì)具有一定粗糙度的表面，潤(rùn)滑狀態(tài)將隨動(dòng)力粘度η，壓強(qiáng)p，轉(zhuǎn)數(shù)n的變化而轉(zhuǎn)化。

fηn/po邊界摩擦混合摩擦液體摩擦摩擦特性曲線稱無量綱參數(shù)ηn/p為軸承特性數(shù)。

η-動(dòng)力粘度，p-壓強(qiáng)，n-每秒轉(zhuǎn)數(shù)邊界摩擦和混合摩擦在工程實(shí)際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。摩擦學(xué)研究的最新進(jìn)展：微－納米摩擦學(xué)理論可實(shí)現(xiàn)：f≤0.001----超潤(rùn)滑摩擦狀態(tài)。第四十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日機(jī)器的壽命磨損—由于摩擦而導(dǎo)致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。磨損曲線磨合階段磨損量時(shí)間劇烈磨損階段穩(wěn)定磨損階段二、磨損磨損過程大致如圖所示：▲磨合階段----包括摩擦表面輪廓峰的形狀變化和表面材料被加工硬化兩個(gè)過程?！€(wěn)定磨損階段----零件在平穩(wěn)而緩慢的速度下磨損。它標(biāo)志著磨擦條件相對(duì)穩(wěn)定?！鴦×夷p階段----在經(jīng)過穩(wěn)定磨損階段后，零件表面遭到破壞，運(yùn)動(dòng)副間隙增大引起而外的動(dòng)載荷和振動(dòng)。零件即將進(jìn)入報(bào)廢階段。后果—降低機(jī)器的效率和可靠性，甚至促使機(jī)器提前報(bào)廢。設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)，要求縮短磨合期、延長(zhǎng)穩(wěn)定期、推遲劇烈磨損期的到來。它是磨損的不穩(wěn)定階段，在整個(gè)壽命周期內(nèi)時(shí)間很短。第四十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日磨粒磨損磨損的分類：疲勞磨損粘附磨損沖蝕磨損腐蝕磨損微動(dòng)磨損磨損類型按磨損機(jī)理分按磨損表面外觀可分為點(diǎn)蝕磨損膠合磨損擦傷磨損兩種不同的稱謂第四十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日磨損的機(jī)理：磨粒磨損疲勞磨損粘附磨損沖蝕磨損腐蝕磨損微動(dòng)磨損磨損類型：磨粒磨損—也簡(jiǎn)稱磨損，外部進(jìn)入摩擦面間的游離硬顆粒（如空氣中的塵土或磨損造成的金屬微粒）或硬的輪廓峰尖在軟材料表面上犁刨出很多溝紋時(shí)被移去的材料，一部分流動(dòng)到溝紋兩旁，一部分則形成一連串的碎片脫落下來成為新的游離顆粒，這樣的微粒切削過程就叫磨粒磨損。潘存云教授研制第四十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日磨損的機(jī)理：磨粒磨損疲勞磨損粘附磨損沖蝕磨損腐蝕磨損微動(dòng)磨損磨損類型：粘附磨損—也稱膠合，當(dāng)摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點(diǎn)處由于瞬時(shí)的溫升和壓力發(fā)生“冷焊”后，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，材料從一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面，便形成粘附磨損。嚴(yán)重的粘附磨損會(huì)造成運(yùn)動(dòng)副咬死。潘存云教授研制第四十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日磨損的機(jī)理：磨粒磨損疲勞磨損粘附磨損沖蝕磨損腐蝕磨損微動(dòng)磨損磨損類型：疲勞磨損—也稱點(diǎn)蝕，是由于摩擦表面材料微體積在交變的摩擦力作用下，反復(fù)變形所產(chǎn)生的材料疲勞所引起的機(jī)械磨損。點(diǎn)蝕過程：

產(chǎn)生初始疲勞裂紋→擴(kuò)展→微粒脫落，形成點(diǎn)蝕坑。

潘存云教授研制第四十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期日磨損的機(jī)理：磨粒磨損疲勞磨損粘附磨損沖蝕磨損腐蝕磨損微動(dòng)磨損磨損類型：沖蝕磨損—流動(dòng)的液體或氣體中所夾帶的硬質(zhì)物體或硬質(zhì)顆粒沖擊零件表面所引起的機(jī)械磨損。利用高壓空氣輸送型砂或高壓水輸送碎石時(shí)，管道內(nèi)壁所產(chǎn)生的機(jī)械