機(jī)械設(shè)計(jì)第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度

機(jī)械設(shè)計(jì)（3）機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度

機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算

第三章機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸疲勞強(qiáng)度機(jī)械的疲勞特性

§3.1材料的疲勞特性§載荷與應(yīng)力：隨時(shí)間作周期性變化或非周期性變化的載荷。如汽車(chē)齒輪箱中的齒輪、軸、軸承等所受的載荷均為變載荷。：考慮載荷的時(shí)間不均勻性、分布的不均勻性以及其它影響因素對(duì)名義載荷進(jìn)行修正得到的載荷。一、載荷二、名義載荷與計(jì)算載荷靜載荷：不隨時(shí)間變化、變化緩慢或者變化幅度相對(duì)很小的載荷。如零件所受到的重力、鍋爐穩(wěn)定工作時(shí)所受到的壓力等。變載荷名義載荷Fn：根據(jù)額定功率用力學(xué)公式計(jì)算出作用在零件上的載荷。計(jì)算載荷FcaK——載荷系數(shù)§3.1材料的疲勞特性三、應(yīng)力

靜應(yīng)力

變應(yīng)力：指不隨時(shí)間變化或變化緩慢的應(yīng)力。：指隨時(shí)間變化的應(yīng)力。注意：靜應(yīng)力只能由靜載荷產(chǎn)生。靜載荷和變載荷均可能產(chǎn)生變應(yīng)力。絕大多數(shù)機(jī)械零件都是處于變應(yīng)力狀態(tài)下工作的?！?.1材料的疲勞特性四、變應(yīng)力的描述應(yīng)力比(循環(huán)特性)：r=-1對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力r=0脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力r=1靜應(yīng)力

平均應(yīng)力：應(yīng)力幅值：-1，對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力=0，脈沖循環(huán)應(yīng)力1，靜應(yīng)力描述規(guī)律性的變應(yīng)力有5個(gè)參數(shù)，但其中只有兩個(gè)參數(shù)是獨(dú)立的。疲勞曲線(xiàn)一、

s－N疲勞曲線(xiàn)s－N疲勞曲線(xiàn)

§材料的疲勞曲線(xiàn)§3.1材料的疲勞特性應(yīng)力循環(huán)特性r一定的條件下，記錄出在不同最大應(yīng)力σmax下引起試件疲勞破壞所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，即可得到σ-N疲勞曲線(xiàn)。靜應(yīng)力強(qiáng)度（AB段）：N≤103，σmax幾乎不隨N變化，可近似看作是靜應(yīng)力強(qiáng)度。低周疲勞（BC段）：N↑→

σmax↓。C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)約為104。有限壽命疲勞階段（CD段）：實(shí)踐證明大多數(shù)機(jī)械零件的疲勞發(fā)生在CD段，可用下式描述：無(wú)限壽命階段（D點(diǎn)以后的水平線(xiàn)）：D點(diǎn)代表材料的無(wú)限壽命疲勞極限，用符號(hào)σr∞表示，只要σmax<σr∞

，無(wú)論N為多大,材料都不會(huì)破壞。可用下式描述：σrN—有限壽命疲勞極限；C—試驗(yàn)常數(shù)；m—材料常數(shù)。s－N疲勞曲線(xiàn)§3.1材料的疲勞特性由于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(chēng)為循環(huán)基數(shù))σr、N0及m的值由材料試驗(yàn)確定。材料的壽命系數(shù)循環(huán)基數(shù)N0—————ND對(duì)應(yīng)的疲勞極限σr——σr∞§3.1材料的疲勞特性二、等壽命疲勞曲線(xiàn)（極限應(yīng)力曲線(xiàn)）不同的應(yīng)力比時(shí)，疲勞極限的應(yīng)力幅與平均應(yīng)力之間的關(guān)系曲線(xiàn)。在工程應(yīng)用中，常將等壽命曲線(xiàn)用直線(xiàn)來(lái)近似替代。極限應(yīng)力線(xiàn)圖

§3.1材料的疲勞特性已知A點(diǎn)坐標(biāo)：（0，σ-1）D點(diǎn)坐標(biāo)：（σ0/2，σ0/2）AＧ直線(xiàn)的方程：ψσ

——試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)。碳鋼：ψσ≈0.1~0.2；合金鋼：ψσ≈0.2~0.3。已知C點(diǎn)坐標(biāo)：（σS，

0）CG直線(xiàn)的斜率：k=tan135°=-1CＧ直線(xiàn)的方程：AＧ直線(xiàn)上任意點(diǎn)代表了一定循環(huán)特性時(shí)的疲勞極限。CＧ直線(xiàn)上任意點(diǎn)的最大應(yīng)力達(dá)到了屈服極限應(yīng)力?！?郊.1到材鉛料的飾疲勞霧特性正好敢落在A’復(fù)G’祝C折線(xiàn)師上時(shí)富，表壤示應(yīng)解力剛純好達(dá)農(nóng)到疲漏勞破焦壞的柳極限蟲(chóng)值。當(dāng)應(yīng)亭力點(diǎn)稠落在OA巷GC以外瓜時(shí)，晝一定爸會(huì)發(fā)艘生疲部勞破股壞。當(dāng)循喊環(huán)應(yīng)齒力參沙數(shù)（σm，σa）落在OA囑GC以?xún)?nèi)光時(shí)，取表示撓不會(huì)悅發(fā)生陪疲勞箏破壞僅。疲勞扔破壞斤的判饅據(jù)：§3業(yè).2利機(jī)相械零役件的挖疲勞冬強(qiáng)度型計(jì)算一、土影響扒零件疾疲勞碎強(qiáng)度塘的主竊要因使素應(yīng)力缸集中零件藥尺寸表面洪狀態(tài)kσ--丙--應(yīng)力卵集中殿系數(shù)李；εσ--菜--尺寸睛系數(shù)捆；βσ--練--表面釘質(zhì)量與系數(shù)跨；βq--煉--表面輪強(qiáng)化莖系數(shù)條。綜合翻影響且系數(shù)腎:由于陷實(shí)際樹(shù)零件兩的幾滲何形旅狀、熔尺寸貴大小小、加穴工質(zhì)綱量及耍強(qiáng)化洪因素牧等與棵材料耳標(biāo)準(zhǔn)旱試件劉有區(qū)籌別，借使得致零件略的疲摩勞極耳限要齡小于悟材料巷標(biāo)準(zhǔn)孫試件蹈的疲謝勞極耍限。由于銅零件其形狀犁突然包變化旅而引葉起的準(zhǔn)局部?jī)攽?yīng)力絡(luò)增大雕現(xiàn)象欣。應(yīng)力灶集中集的存慘在會(huì)某降低鉗零件謠的疲全勞極屠限。其他敬條件廁相同食的情憐況下勾，零悉件的奴絕對(duì)報(bào)尺寸夾越大用，其饑疲勞仔強(qiáng)度彼越低阿。零件奮的表炊面狀毀態(tài)包跳括表既面粗串糙度候和表慶面處銳理。零件銷(xiāo)表面辱的強(qiáng)砍化處班理、趴提高壘零件覆表面墻的光曲滑程塞度，敵可以謎提高暮零件長(zhǎng)的疲此勞強(qiáng)帝度。機(jī)械鑒零件妖的疲乘勞強(qiáng)木度計(jì)損算1二、蓋零件施的極濤限應(yīng)駕力線(xiàn)叫圖Ｋσ還可褲表示翼材料盟對(duì)稱(chēng)準(zhǔn)循環(huán)壇疲勞迫極限σ-1與零閃件對(duì)櫻稱(chēng)循攏環(huán)疲倒勞極貨限σ-1慘e的比貫值，沿即將材診料標(biāo)仁準(zhǔn)試竭件的失極限獎(jiǎng)應(yīng)力白線(xiàn)圖帳中的除直線(xiàn)旱A(chǔ)D敬G易按比樣例向茄下移漆，成筋為右齊圖所離示的挖直線(xiàn)免A’D’G’，而錄極限頭應(yīng)力講曲線(xiàn)定的他CG之部妻分，鳥(niǎo)由于攪是按妻照靜帖應(yīng)力光的要再求來(lái)勾考慮塞的，隊(duì)故不歷須進(jìn)糕行修縱正。遲這樣淺就得講到了烤零件滑的極扒限應(yīng)閃力線(xiàn)章圖?！?等.2踩機(jī)掠械零晨件的琴疲勞席強(qiáng)度管計(jì)算直線(xiàn)斬A’燦Ｇ’鄙的方狐程：直線(xiàn)CＧ’的方增程：σ’ae--殿-零線(xiàn)件所騙受極勢(shì)限應(yīng)紫力幅懲；σ’me--局-零虎件所姿受極陶限平孟均應(yīng)列力；ψσe--愉-零窩件受豪彎曲系的材置料特言性。三、篇單向執(zhí)穩(wěn)定啄變應(yīng)耳力時(shí)辜的疲奴勞強(qiáng)蛋度計(jì)軟算§3抖.2五機(jī)火械零延件的亦疲勞專(zhuān)強(qiáng)度群計(jì)算機(jī)械寬零件越疲勞各強(qiáng)度其計(jì)算鄰的步皆驟：根據(jù)響零件蠟危險(xiǎn)柔截面隨上的σma內(nèi)x及σmi弄n，確沙定平玩均應(yīng)景力σm與應(yīng)獻(xiàn)力幅σa；計(jì)算財(cái)安全冒系數(shù)多及疲搶勞強(qiáng)坐度條稼件為達(dá)：在極醫(yī)限應(yīng)男力線(xiàn)覽圖中裳標(biāo)出專(zhuān)相應(yīng)俱工作旅應(yīng)力踐點(diǎn)M或N（σm,σa）；M’或N’的位掉置與抱循環(huán)炎應(yīng)力呼的變洽化規(guī)攤律有寄關(guān)。應(yīng)力渴比為飯常數(shù)卻：r=C可能今發(fā)生趙的應(yīng)餐力變?；?guī)栽律：平均獎(jiǎng)應(yīng)力津?yàn)槌｛}數(shù)σm=C最小艇應(yīng)力星為常飼數(shù)σmi殼n=C找出蘆該點(diǎn)戲?qū)?yīng)勝的位攻于曲線(xiàn)AG俘C上的極限帝應(yīng)力尚點(diǎn)M’或N’(σ’m,σ’a)；§3某.2銅機(jī)揉械零誓件的旨疲勞失強(qiáng)度役計(jì)算應(yīng)力比為常數(shù)：過(guò)原也點(diǎn)直弟線(xiàn)的啞斜率燙：可求嫁得M1’點(diǎn)的蛋坐標(biāo)脂(σme’,σae’)作射眠線(xiàn)O裝M，藍(lán)與A’G’交于摧極限泛應(yīng)力敵點(diǎn)M1’。疲勞強(qiáng)度條件：N點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn)N1’位于直線(xiàn)CG’上強(qiáng)度計(jì)算公式為：OA’G’區(qū)域OCG’區(qū)域OM1’方程：A’G’的方程：§3凱.2企機(jī)脊械零溫件的科疲勞常強(qiáng)度覺(jué)計(jì)算此時(shí)增需要誼在予A’卷G’眾C上嚼確定火M’2，N’2，分別使其眾與M2，N2具有拳相同練的平耽均應(yīng)言力，麻即：σ’me=σm顯然床M’2在過(guò)郊M點(diǎn)礙的縱罷軸平站行線(xiàn)屠上，胞該線(xiàn)炊上任碰意一夾點(diǎn)所開(kāi)代表址的應(yīng)輪力循敬環(huán)都旱具有外相同燃的平困均應(yīng)憤力。可求堅(jiān)得M2’點(diǎn)的膠坐標(biāo)巖(σme’,σae’)平均應(yīng)力為常數(shù)：σm=CMM2’方程：A’G’的方程：N點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn)N2’位于直線(xiàn)CG’上強(qiáng)度計(jì)算公式為：HCG’區(qū)域疲勞強(qiáng)度條件：OHG’A’區(qū)域最小帶應(yīng)力應(yīng)為常卸數(shù)σmi跨n=C§3輝.2文機(jī)軌械零斃件的惱疲勞花強(qiáng)度騾計(jì)算因?yàn)橐В害襪i槳n=σm-浮σa=C過(guò)M國(guó)點(diǎn)作45?索直線(xiàn)綿，該唐線(xiàn)上再任意幟一點(diǎn)尾的最嫩小應(yīng)編力均艇相同攏。屯M’3即為坑極限凝應(yīng)力慨點(diǎn)。在O悠A’J區(qū)甚域內(nèi)華，最小瘦應(yīng)力儉均為籠負(fù)值兄，在脈實(shí)際想機(jī)器聰中極增少出嫁現(xiàn)，趟故不脫予討辨論。過(guò)點(diǎn)座O、椅G’分別及作與誤橫坐伐標(biāo)成45睡?的直煌線(xiàn)，得到宋OA’J、的OJ咸G’I、畜IG’C三宣個(gè)區(qū)春域。MM3’方程湊：A’G’的方撿程：疲勞能強(qiáng)度棗條件斜：在O咱JG’I區(qū)豬域內(nèi)每，OJ性G’I區(qū)引域在I獸G’C區(qū)語(yǔ)域內(nèi)嫩：IG’C區(qū)零域然而表，在減工程核實(shí)際嚼中，出當(dāng)工漠作應(yīng)補(bǔ)力小屋于許餐用應(yīng)掌力時(shí)手所發(fā)港生的閑突然滅斷裂轉(zhuǎn)。因此行，用河傳統(tǒng)崖的強(qiáng)替度理敗論計(jì)哈算高滲強(qiáng)度牲材料左結(jié)構(gòu)漢的強(qiáng)靜度問(wèn)妹題，字就存犁在一痛定的旺危險(xiǎn)遇性。斷裂鍬力學(xué)——捕是研鏡究帶拐有裂鉆紋或嬌帶有您尖缺叨口的遼結(jié)構(gòu)俱或構(gòu)朱件的俯強(qiáng)度溪和變旁形規(guī)標(biāo)律的喜學(xué)科債。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KⅡ、KⅢ）和斷裂韌度KIC

(或KⅡC、KⅢC）這兩個(gè)新的度量指標(biāo)來(lái)判別結(jié)構(gòu)安全性，即：KI＜KIC時(shí)，裂紋不會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展。KI≥KIC時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展?！?翁.3劇機(jī)鉤械零哪件的槳抗斷菠裂強(qiáng)胞度傳統(tǒng)礎(chǔ)的強(qiáng)考度理奏論:工作豪應(yīng)力充<許名用應(yīng)揀力低應(yīng)硬力脆感斷內(nèi)在原因：結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂紋和缺陷的存在。當(dāng)兩會(huì)零件瞇以點(diǎn)枝、線(xiàn)意相接墊處時(shí)旺，其俗接觸后的局死部會(huì)毫產(chǎn)生竹較大霉的應(yīng)膝力，重該局仰部應(yīng)廚力稱(chēng)翠為接每觸應(yīng)兇力，覽這時(shí)莊零件償?shù)膹?qiáng)誘度稱(chēng)己為接獻(xiàn)觸強(qiáng)釣度?！?坊.4害機(jī)愚械零烘件的待接觸喉疲勞默強(qiáng)度常見(jiàn)午兩零炮件的悔接觸午，如夏齒輪做、凸梨輪、秋滾動(dòng)聞?shì)S承棟等。b式中ρ1和ρ2分別激為兩倍零件低初始何接觸貿(mào)線(xiàn)處格的曲顛率半次徑,介其姻中正號(hào)用于外接球觸，負(fù)號(hào)用于內(nèi)接殖觸。§3星.4努機(jī)漏械零垮件的請(qǐng)接觸翅疲勞掘強(qiáng)度對(duì)于線(xiàn)接觸的情況，其最大接觸應(yīng)力可用赫茲應(yīng)力公式計(jì)算：接觸疲勞強(qiáng)度的判定條件：接觸票失效唱形式狂——疲勞穿點(diǎn)蝕降低承載能力引起振動(dòng)、噪聲使溫