上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)A復(fù)習(xí)題第三章機(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 3-1 材料的疲勞強(qiáng)度材料的疲勞強(qiáng)度 3-2 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度機(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)度機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度 3-5 機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)簡介機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)簡介 1 t 靜應(yīng)力：靜應(yīng)力：不隨時(shí)間變化或變化緩慢不隨時(shí)間變化或變化緩慢 變應(yīng)力：變應(yīng)力：隨時(shí)間變化隨時(shí)間變化 t t 2 穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力 3-1 材料的疲勞強(qiáng)度材料的疲勞強(qiáng)度 2 非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力 隨機(jī)變應(yīng)力隨機(jī)變應(yīng)力 t t 3 max最大應(yīng)力最大應(yīng)力 min 最小應(yīng)力最小應(yīng)力 m 平均應(yīng)力

2、平均應(yīng)力 a 應(yīng)力幅應(yīng)力幅 r 應(yīng)力比（循環(huán)特性）應(yīng)力比（循環(huán)特性） 穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的參數(shù)有穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的參數(shù)有5個(gè)，其中只有個(gè)，其中只有 2 個(gè)參數(shù)是獨(dú)立的。個(gè)參數(shù)是獨(dú)立的。 min m a t max T 2 minmax m 2 minmax a ammin ammax max min r 4 1、非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力（-1r1） 2、對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力（r=-1） n a F a F a F F n a minmaxa 0 m o t a= max min ot a m min max 5 3、脈動(dòng)循環(huán)脈動(dòng)循環(huán)（r=0） F a n 0 min 2 max am

3、 ot a m max t 6 4、靜應(yīng)力靜應(yīng)力（r=1） t a a F a F 7 8 例例1. 已知：已知： max=200 MPa，r =0.5，求：，求： min、 a、 m。 例例2. 已知：已知： a= 80 MPa， m=40 MPa。求：。求： max、 min、r。 9 MPa50MPa 2 )100(200 2 minmax m MPa 150MPa 2 100-200 2 minmax a ）（ MPa 100MP 2005 . 0 maxmin ar 例例1 已知：已知： max=200 MPa，r =0.5，求：，求： min、 a、 m。 解：解： 10 例例2

4、已知：已知： a= 80 MPa， m=40 MPa。求：。求： max、 min、 r。 解：解： MPa 40-MPa 80-MPa 40 ammin MPa 120MPa 80MPa 40 ammax 3 1 - 120 40- max min r 材料的疲勞極限材料的疲勞極限r(nóng)N：在應(yīng)力比為在應(yīng)力比為r的循環(huán)變應(yīng)力作用下，的循環(huán)變應(yīng)力作用下， 應(yīng)循環(huán)應(yīng)循環(huán)N次后，材料不發(fā)生疲勞破壞所能承受的最大應(yīng)次后，材料不發(fā)生疲勞破壞所能承受的最大應(yīng) 力力max。 。 材料的疲勞壽命材料的疲勞壽命N N：材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán) 次數(shù)。次數(shù)。 在疲勞強(qiáng)度計(jì)算中，材

5、料的極限應(yīng)力在疲勞強(qiáng)度計(jì)算中，材料的極限應(yīng)力lim= r。 。 變應(yīng)力下零件的的強(qiáng)度準(zhǔn)則為變應(yīng)力下零件的的強(qiáng)度準(zhǔn)則為ca r。 11 CN m rN CNN m r m rN 0 rN m rrN K N N 0 材料的材料的-N疲勞曲線疲勞曲線 C B D 有限壽命區(qū)有限壽命區(qū) 無限壽命區(qū)無限壽命區(qū) 低周疲勞低周疲勞高周疲勞高周疲勞 N0N N r 104 103 O A rN 12 13 已知已知45鋼的疲勞極限鋼的疲勞極限 -1=270MPa，疲勞曲線方程的冪指，疲勞曲線方程的冪指 數(shù)數(shù)m=9，應(yīng)力循環(huán)基數(shù)，應(yīng)力循環(huán)基數(shù)N0=5106次。求當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)次。求當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=104次

6、時(shí)，其相應(yīng)的有限壽命疲勞極限為次時(shí)，其相應(yīng)的有限壽命疲勞極限為 MPa。 14 已知已知45鋼的疲勞極限鋼的疲勞極限 -1=270MPa，疲勞曲線方程的冪指，疲勞曲線方程的冪指 數(shù)數(shù)m=9，應(yīng)力循環(huán)基數(shù)，應(yīng)力循環(huán)基數(shù)N0=5106次。求當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)次。求當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=104次時(shí)，其相應(yīng)的有限壽命疲勞極限為次時(shí)，其相應(yīng)的有限壽命疲勞極限為 MPa。 MPa 539MPa 270 10 105 9 4 6 0 1 -1 - m N N N 不同應(yīng)力比不同應(yīng)力比r下的下的-N疲勞曲線疲勞曲線 15 0N 104 N0N C D N max -1N -1 r=-1 r=0 r=0.4 r=0，

7、 r=0 r=-1，r=-1 0.4N 0 0.4 O 等壽命疲勞曲線等壽命疲勞曲線 ammax 16 M 等壽命疲勞曲線等壽命疲勞曲線 a a m m m a m a m a tan tan1 tan-1 /1 /1 ma ma am am max min r 17 O M M 等壽命疲勞曲線等壽命疲勞曲線 A 對(duì)稱疲勞極限點(diǎn)對(duì)稱疲勞極限點(diǎn) D 脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限點(diǎn)脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限點(diǎn) F 強(qiáng)度極限點(diǎn)強(qiáng)度極限點(diǎn) C屈服極限點(diǎn)屈服極限點(diǎn) OC F D A 45 0 /2 a 0 /2 -1 S B m 18 A a m 45 45 O F C D G S B 0 /2 -1 0/2 折線以內(nèi)為疲勞

8、和塑性安全區(qū)；折線以內(nèi)為疲勞和塑性安全區(qū)； 折線以外為疲勞和塑性失效區(qū)；折線以外為疲勞和塑性失效區(qū)； 工作應(yīng)力點(diǎn)離折線越遠(yuǎn)，安全程度愈高。工作應(yīng)力點(diǎn)離折線越遠(yuǎn)，安全程度愈高。 材料的材料的極限應(yīng)力線圖極限應(yīng)力線圖 19 極限應(yīng)力線圖極限應(yīng)力線圖 已知：已知：-1 ， 0，s （循環(huán)次數(shù)（循環(huán)次數(shù)N=N0） 作圖如下：作圖如下： 1）標(biāo)出）標(biāo)出A (0，-1) ，D ( 0/2, 0/2 )，C (s, 0)三點(diǎn)；三點(diǎn)； 2）連接）連接AD并延長；并延長； 3）過）過C作與橫軸成作與橫軸成135的直線與的直線與 交于交于G 點(diǎn)。點(diǎn)。 20 0 01 0 01 2 2/ 2/ tan A m a

9、C 45 0/2O G D 0/2 -1 S 21 ma1 M N m a A m a C 45 0/2O G D 0/2 -1 S M -1r0 0r 2）的影響：的影響：（尺寸越大，（尺寸越大， 越?。┰叫。?3 ）的影響：的影響： 加工質(zhì)量加工質(zhì)量 1 綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù)K e1 - 1 - K 27 3-2 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度 綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù)K的計(jì)算的計(jì)算 q 1 1 1 k K ) 1(1 qk 28 零件的極限應(yīng)力線圖零件的極限應(yīng)力線圖 K 1 e1 K 0 e0 零件零件 D D G A G O A a 0/2 -1 -1e 0e/2 0/2 S

10、 材料材料 C 4545 m 29 零件的零件的極限應(yīng)力線圖極限應(yīng)力線圖 已知：已知：-1，0，s ，K （循環(huán)次數(shù)（循環(huán)次數(shù)N=N0時(shí)）時(shí)） 作圖如下：作圖如下： 1）標(biāo)出）標(biāo)出A （0，-1e ） ，D （ 0/2, 0e/2 ），），C（s, 0） 三點(diǎn)；三點(diǎn)； 2）連接）連接AD并延長；并延長； 3） 過過C作與橫軸成作與橫軸成135的直線與的直線與交于交于G 點(diǎn)。點(diǎn)。 30 零件的極限應(yīng)力線圖零件的極限應(yīng)力線圖 零件零件 D D G A G O A a 0/2 -1 -1e 0e/2 0/2S 材料材料 C 4545 m e KK KK 0 01 0 01 ee 2 2/ 2 tan

11、 31 零件的極限應(yīng)力線圖零件的極限應(yīng)力線圖 零件零件 D D G A G O A a 0/2 -1 -1e 0e/2 0/2 S 材料材料 C 4545 m e meeae1e- meae1 - K 32 S K S ma 1 - max max ca 1）應(yīng)力比）應(yīng)力比r=C -1e a m O A M M m a G C S m a ma ma ma ma /1 /1 /1 /1 r 單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度 33 SS ma S max S ca -1e a mO A N N m a G C S m a 34 C C a m t a m min ma

12、x max min 2）平均應(yīng)力）平均應(yīng)力m=C 35 m H -1e a m O A M M a G C S a S K K S am m1 - max max ca - 36 SS ma S max S ca m H -1e a m O A N N a G C S a 37 C C a m t min 3）最小應(yīng)力）最小應(yīng)力min=C 38 m I J -1e a m O A M M min a G C S m a 45 S K K S mina min1 - max max ca 2 -2 39 SS ma S max S ca m I J -1e a m O A N N min a G

13、 C S m a 45 40 min0 -1e a mS A M M mmin a 45 G O C I J m a 41 已知：某零件材料的機(jī)械性能為已知：某零件材料的機(jī)械性能為 -1=600 MPa ， 0=1000 MPa， S=800 MPa 。 （1）試畫出材料的簡化極限應(yīng)力圖；）試畫出材料的簡化極限應(yīng)力圖； （2）如果疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)）如果疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù) K =2.0，繪制此零件的，繪制此零件的 簡化極限應(yīng)力圖；簡化極限應(yīng)力圖； （3）若零件所受的最大應(yīng)力）若零件所受的最大應(yīng)力 max=500 MPa，應(yīng)力循環(huán)特，應(yīng)力循環(huán)特 性系數(shù)性系數(shù)r=0.20 ，求平均應(yīng)力和應(yīng)力幅

14、并在圖中標(biāo)出工作點(diǎn)；，求平均應(yīng)力和應(yīng)力幅并在圖中標(biāo)出工作點(diǎn)； （4）在上述情況下零件的計(jì)算安全系數(shù)為多少？）在上述情況下零件的計(jì)算安全系數(shù)為多少？ 42 O 800 600 500 500 S -1 (0/2, 0/2) m a C A D 43 已知：某零件材料的機(jī)械性能為已知：某零件材料的機(jī)械性能為 -1=600 MPa ， 0=1000 MPa， S=800 MPa 。 （1）試畫出材料的簡化極限應(yīng)力圖；）試畫出材料的簡化極限應(yīng)力圖； （2）如果疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)）如果疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù) K =2.0，繪制此零件的，繪制此零件的 簡化極限應(yīng)力圖；簡化極限應(yīng)力圖； （3）若零件所受的最

15、大應(yīng)力）若零件所受的最大應(yīng)力 max=500 MPa，應(yīng)力循環(huán)特，應(yīng)力循環(huán)特 性系數(shù)性系數(shù)r=0.20 ，求平均應(yīng)力和應(yīng)力幅并在圖中標(biāo)出工作點(diǎn)；，求平均應(yīng)力和應(yīng)力幅并在圖中標(biāo)出工作點(diǎn)； （4）在上述情況下零件的計(jì)算安全系數(shù)為多少？）在上述情況下零件的計(jì)算安全系數(shù)為多少？ 44 O 800 600 500 500 S -1 (0/2, 0/2) m a -1e (0/2, 0e/2) 300 A D A D 250 C 45 已知：某零件材料的機(jī)械性能為已知：某零件材料的機(jī)械性能為 -1=600 MPa ， 0=1000 MPa， S=800 MPa 。 （1）試畫出材料的簡化極限應(yīng)力圖；）試畫

16、出材料的簡化極限應(yīng)力圖； （2）如果疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)）如果疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù) K =2.0，繪制此零件的，繪制此零件的 簡化極限應(yīng)力圖；簡化極限應(yīng)力圖； （3）若零件所受的最大應(yīng)力）若零件所受的最大應(yīng)力 max=500 MPa，應(yīng)力循環(huán)特，應(yīng)力循環(huán)特 性系數(shù)性系數(shù)r=0.20 ，求平均應(yīng)力和應(yīng)力幅并在圖中標(biāo)出工作點(diǎn)；，求平均應(yīng)力和應(yīng)力幅并在圖中標(biāo)出工作點(diǎn)； （4）在上述情況下零件的計(jì)算安全系數(shù)為多少？）在上述情況下零件的計(jì)算安全系數(shù)為多少？ 46 解解：（：（3） MPa 100MPa 5002 . 0 maxmin r MPa 300MPa 2 100500 2 minmax me M

17、Pa 200MPa 2 100500 2 minmax ae 47 O 800 600 500 500 S -1 (0/2, 0/2) m a -1e (0/2, 0e/2) 300 M 200 300 D A A 250 D C 48 已知：某零件材料的機(jī)械性能為已知：某零件材料的機(jī)械性能為 -1=600 MPa ， 0=1000 MPa， S=800 MPa 。 （1）試畫出材料的簡化極限應(yīng)力圖；）試畫出材料的簡化極限應(yīng)力圖； （2）如果疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)）如果疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù) K =2.0，繪制此零件的，繪制此零件的 簡化極限應(yīng)力圖；簡化極限應(yīng)力圖； （3）若零件所受的最大應(yīng)力）若

18、零件所受的最大應(yīng)力 max=500 MPa，應(yīng)力循環(huán)特，應(yīng)力循環(huán)特 性系數(shù)性系數(shù)r=0.20 ，求平均應(yīng)力和應(yīng)力幅并在圖中標(biāo)出工作點(diǎn)；，求平均應(yīng)力和應(yīng)力幅并在圖中標(biāo)出工作點(diǎn)； （4）在上述情況下零件的計(jì)算安全系數(shù)為多少？）在上述情況下零件的計(jì)算安全系數(shù)為多少？ 49 1）r=0.2 O 800 600 500 500 S -1 (0/2, 0/2) m a -1e (0/2, 0e/2) 300 390 260 200 300 M M D A A D C 50 解解：（：（3） 2 . 0 500 500600 2/ 2/ 0 01 1）應(yīng)力比）應(yīng)力比r=0.2 304. 1 3002 . 0

19、2002 600 meae 1 - ca K S 51 am am max max ca S O 800 600 500 500 S -1 (0/2, 0/2) m a -1e (0/2, 0e/2) 300 390 280 200 300 M M D A A D C 2）m=300 MPa 52 解解：（：（3） 14. 1 3002002 300.20-2600- aeme m1 - ca K K S 2）平均應(yīng)力）平均應(yīng)力m=300 MPa 53 am am max max ca S 3）min=100 MPa O 800 600 500 500 S -1 (0/2, 0/2) m a

20、-1e (0/2, 0e/2) 300 360 260 200 300 M M D A A D C 54 3）最小應(yīng)力）最小應(yīng)力min=100 MPa 254. 1 )10020022 . 02 1002 . 0-26002 2 -2 minae min1 - ca （）（ ）（ K K S 55 am am max max ca S 雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 零件同時(shí)作用同相位的法向?qū)ΨQ循環(huán)穩(wěn)定變應(yīng)力零件同時(shí)作用同相位的法向?qū)ΨQ循環(huán)穩(wěn)定變應(yīng)力 a和切向?qū)ΨQ循環(huán)穩(wěn)定變應(yīng)力和切向?qū)ΨQ循環(huán)穩(wěn)定變應(yīng)力a 1 2 e1 a 2 e1 a ），（ e1 a e1 a

21、M ），（ e1 a e1 a M e1 a e1 a O D C D C 56 ），（ e1 a e1 a M ），（ e1 a e1 a M e1 a e1 a O D C D C a a a a ca OD DO OC CO OM MO S 1 2 e1 a 2 e1 a 1 2 e1 aca 2 e1 aca SS 1 2 ca 2 ca S S S S a 1e- S a 1e- S 57 當(dāng)零件承受不對(duì)稱循環(huán)的雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)當(dāng)零件承受不對(duì)稱循環(huán)的雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí) 1 2 ca 2 ca S S S S 22 ca SS SS S ma 1 K S ma 1 K S 58 已知：轉(zhuǎn)

22、軸單向轉(zhuǎn)動(dòng)，軸的危險(xiǎn)截面直徑為已知：轉(zhuǎn)軸單向轉(zhuǎn)動(dòng)，軸的危險(xiǎn)截面直徑為d=40mm，軸，軸 同時(shí)承受轉(zhuǎn)矩同時(shí)承受轉(zhuǎn)矩T=800 Nm（轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)循環(huán)）和彎矩（轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)循環(huán)）和彎矩M=300 Nm（彎矩對(duì)稱循環(huán)），軸的材料（彎矩對(duì)稱循環(huán)），軸的材料 -1=355 MPa，-1=200 MPa，K =2.2， K =1.8， =0.2， =0.1。 求：在彎矩和轉(zhuǎn)矩同時(shí)作用下的計(jì)算安全系數(shù)求：在彎矩和轉(zhuǎn)矩同時(shí)作用下的計(jì)算安全系數(shù)Sca。 。 59 3 bam 1 . 0 0 d M W M ， 3 ma 0.22d T ， am 0， 轉(zhuǎn)軸彎曲應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)：轉(zhuǎn)軸彎曲應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)： 雙向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸扭切應(yīng)力

23、為對(duì)稱循環(huán)：雙向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸扭切應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)： 單向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸扭切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)：單向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸扭切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)： 60 解：解： MPa 875.46MPa 401 . 0 1000300 1 . 0 33 b d M W M MPa 500.62MPa 402 . 0 1000800 2 . 0 33 T d T W T 彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力 扭切應(yīng)力扭切應(yīng)力 MPa 875.460 bam ， MPa 250.31 2 ma 61 37. 3 250.311 . 0250.318 . 1 200 ma 1 K S 44. 3 02 . 0875.462 . 2 355 ma 1 K S 40.

24、2 37. 344. 3 37. 344. 3 2222 ca SS SS S 62 單向不穩(wěn)定變應(yīng)力下零件的疲勞強(qiáng)度單向不穩(wěn)定變應(yīng)力下零件的疲勞強(qiáng)度 Miner法則法則 1 3 3 2 2 1 1 N n N n N n CNNNN mmmm 01332211 63 正好發(fā)生破壞正好發(fā)生破壞 未發(fā)生損壞未發(fā)生損壞 Miner法則法則 1 10 1 m z i m ii N n m i i NN 1 0 CNN m i m i 01 1 1 z i i i N n 1 10 1 m z i m ii N n 64 強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件 1 10 1 m z i m ii N n m z i m i

25、i n N 1 0 ca 1 1 -ca SS ca 1 - ca 65 已知：材料已知：材料-1=350 MPa，N0= 107，m=6。 500 105 n /MPa 400 600 /MPa 550 100 104 104 104104 66 損傷率：損傷率： 500 105 n /MPa 6 6 7 1 01 10176. 1 500 350 10 m i NN 085. 0 10176. 1 10 6 5 1 1 N n 67 總損傷率：總損傷率： 0427. 0 3 3 2 2 1 1 N n N n N n 400 600 /MPa 550 100 104 104 104104

26、5 1 1004. 3N 5 2 1064. 6N 6 3 1048. 4N 68 在在400MPa下還能循環(huán)多少次才損壞？下還能循環(huán)多少次才損壞？ 400 600 /MPa 550 104 104 1 3 3 2 2 1 1 N n N n N n 69 已知：材料已知：材料-1=350 MPa，N0= 107，m=6。 已知：某軸的軸肩尺寸為已知：某軸的軸肩尺寸為D=54mm，d=45mm，r=3mm，表，表 面拋光，未作強(qiáng)化處理，軸的材料性能面拋光，未作強(qiáng)化處理，軸的材料性能S=260 MPa， B=560 MPa ，-1=170 MPa， 0=283 MPa。計(jì)算該軸肩的計(jì)算該軸肩的

27、綜合影響系數(shù)。綜合影響系數(shù)。 70 86. 1)07. 010. 0( 04. 010. 0 62. 109. 2 62. 1 2 . 1 d D 07. 0 d r 71 81. 0 q 70. 1) 1(1 qk 72 45 72. 0 73 36. 2 1 1 1 q k K 1 1 q 74 已知：某軸的軸肩尺寸為已知：某軸的軸肩尺寸為D=70mm，d=65mm，r=2mm， 表面拋光，未作強(qiáng)化處理，軸的材料性能表面拋光，未作強(qiáng)化處理，軸的材料性能B=640 MPa ， -1=275 MPa， -1=155 MPa， =0.1， =0.05，調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì) 處理，磨削加工，不經(jīng)過強(qiáng)化處理。

28、作用在軸上的處理，磨削加工，不經(jīng)過強(qiáng)化處理。作用在軸上的 M=1.336 105 N mm ，T=9.6 106 N mm。計(jì)算。計(jì)算 軸肩處的綜合影響系數(shù)軸肩處的綜合影響系數(shù)K 和軸的計(jì)算安全系數(shù)。和軸的計(jì)算安全系數(shù)。 75 解：解： MPa 86. 4MPa 651 . 0 10336. 1 1 . 0 3 5 3 b d M W M MPa 48.17MPa 652 . 0 106 . 9 2 . 0 3 6 3 T d T W T 彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力 扭切應(yīng)力扭切應(yīng)力 MPa 86. 40 bam ， MPa 74. 8 2 ma 綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù)80.2 K62.1 K 76

29、62.10 74. 805. 074. 862. 1 155 ma 1 K S 21.20 01 . 086. 48 . 2 275 ma 1 K S 4 . 9 22 ca SS SS S 77 3-3 機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度 u斷裂力學(xué)：斷裂力學(xué)：低應(yīng)力脆斷問題低應(yīng)力脆斷問題 高強(qiáng)度鋼材和大型焊接件高強(qiáng)度鋼材和大型焊接件 帶有裂紋或尖缺口的結(jié)構(gòu)帶有裂紋或尖缺口的結(jié)構(gòu) u斷裂力學(xué)理論：斷裂力學(xué)理論： 應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子KI：表征裂紋尖端應(yīng)力場的強(qiáng)度。表征裂紋尖端應(yīng)力場的強(qiáng)度。 平面應(yīng)變斷裂韌度平面應(yīng)變斷裂韌度KIC：表征材料阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。表征材料阻止裂紋失穩(wěn)

30、擴(kuò)展的能力。 裂紋構(gòu)件安全強(qiáng)度準(zhǔn)則：裂紋構(gòu)件安全強(qiáng)度準(zhǔn)則： 裂紋不會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展：裂紋不會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展：KI KIC 裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展：裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展：KI KIC 78 3-4 機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度 79 2 1 H H b Fn 彈性模量彈性模量E大，材料硬，則接觸應(yīng)力大，材料硬，則接觸應(yīng)力H大；大； 寬度寬度B大大,曲率曲率 大，則接觸面積大，使接觸應(yīng)力大，則接觸面積大，使接觸應(yīng)力H下降。下降。 2 2 2 1 2 1 21 H -1-1 11 B EE F 21 111 2 2 2 1 2 1 E -1-1 1 EE Z E EH B F Z u最大接觸應(yīng)力（赫茲應(yīng)力）最大接觸應(yīng)力（

31、赫茲應(yīng)力） 21 21 80 3-5 機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)簡介機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)簡介 u機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)（概論設(shè)計(jì)）核心思想：機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)（概論設(shè)計(jì)）核心思想： 將設(shè)計(jì)變量作為隨機(jī)變量；將設(shè)計(jì)變量作為隨機(jī)變量； 以應(yīng)力以應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型為基礎(chǔ)；強(qiáng)度干涉模型為基礎(chǔ)； 以可靠度為目標(biāo)以可靠度為目標(biāo) u機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)（概論設(shè)計(jì)）分類：機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)（概論設(shè)計(jì)）分類： 可靠性評(píng)估或分析問題可靠性評(píng)估或分析問題 可靠性設(shè)計(jì)問題可靠性設(shè)計(jì)問題 81 解：解： 3.2 已知材料的已知材料的 S=260 MPa ， -1=170 MPa， =0.2。試。試 繪制此材料的極限應(yīng)力線圖。繪制此材料

32、的極限應(yīng)力線圖。 2/ 2/ 0 01 MPa 33.283 0 C G D m a 0/2 0/2 -1 O S A 82 3-3 一圓軸的軸肩尺寸為一圓軸的軸肩尺寸為D=72 mm，d=62 mm，r=3mm。材。材 料為料為40CrNi，其強(qiáng)度極限，其強(qiáng)度極限B=900 MPa ，屈服極限，屈服極限S=750 MPa。試計(jì)算軸肩的彎曲有效應(yīng)力集中系數(shù)。試計(jì)算軸肩的彎曲有效應(yīng)力集中系數(shù)k 。 83 解：解：1）由附表）由附表3-2 （見教材（見教材P40頁），采用線性插值法，查頁），采用線性插值法，查 取軸肩圓角處的理論應(yīng)力集中系數(shù)取軸肩圓角處的理論應(yīng)力集中系數(shù)=1.98。 。 84 16

33、. 1 62 72 d D 05. 0 62 3 d r 附表附表3-2 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)（P40） 05. 2)10. 116. 1 ( 10. 120. 1 00. 209. 2 00. 2 1 85 1.201.161.10 0.042.092.052.00 0.051.98 0.101.621.611.59 61. 1)10. 116. 1 ( 10. 120. 1 59. 162. 1 59. 1 2 98. 1)05. 010. 0( 04. 010. 0 61. 105. 2 61. 1 3 D/d r/d 86 2）由附圖）由附圖3-1

34、（見教材（見教材P41頁），采用線性插值法，查取材料的敏頁），采用線性插值法，查取材料的敏 性系數(shù)性系數(shù)q=0.88。 。 附圖附圖3-1 鋼材的敏性系數(shù)鋼材的敏性系數(shù)（P41） 90. 0 1 q 84. 0 2 q 86. 11-98. 188. 01) 1(1 ）（qk 87 88. 0)700900( 700980 84. 090. 0 84. 0 q 3）計(jì)算軸肩的彎曲有效應(yīng)力集中系數(shù)）計(jì)算軸肩的彎曲有效應(yīng)力集中系數(shù)k 3-4 圓軸軸肩處的尺寸為圓軸軸肩處的尺寸為D=54 mm，d=45 mm，r=3mm。 材料的力學(xué)系能材料的力學(xué)系能S=260 MPa，-1=170 MPa， =0.2， B=420 MPa 。試?yán)L制此零件的簡化等壽命疲勞曲線。試?yán)L制此零件的簡化等壽命疲勞曲線。 88 解：解：1）由附表）由附表3-2 （見教材（見教材P40頁），采用線性插值法，查頁），采用線性插值法，查 取軸肩圓角處的理論應(yīng)力集中系數(shù)取軸肩圓角處的理論應(yīng)力集中系數(shù)=1.86。 89 2 . 1 45 54 d D 07. 0 45 3 d r 附表附表3-2 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)（P40） 86. 1)07