機(jī)械設(shè)計第三章(西北工業(yè)大學(xué)出版社)(第八版)

1、2021-12-301第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 凌丹凌丹機(jī)械設(shè)計機(jī)械設(shè)計機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院載荷的種類載荷的種類靜載荷：靜載荷：載荷的大小和方向不隨時間變化或變化緩慢載荷的大小和方向不隨時間變化或變化緩慢的載荷。的載荷。變載荷：變載荷：載荷的大小和方向隨時間變化的載荷。載荷的大小和方向隨時間變化的載荷。工作載荷：工作載荷：機(jī)器正常工作時所受的實際載荷。機(jī)器正常工作時所受的實際載荷。名義載荷：名義載荷：按原動機(jī)的功率求出的載荷。按原動機(jī)的功率求出的載荷。計算載荷：計算載荷：用載荷系數(shù)對名義載荷進(jìn)行修正得到的與用載荷系數(shù)對名義載荷進(jìn)行修正得到的

2、與工作載荷近似的載荷。工作載荷近似的載荷。機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院2021-12-303強(qiáng)度：構(gòu)件抵抗破壞的能力。強(qiáng)度：構(gòu)件抵抗破壞的能力。 要求零件在規(guī)定的使用條件下不發(fā)生意外斷裂要求零件在規(guī)定的使用條件下不發(fā)生意外斷裂 或顯著塑性變形?；蝻@著塑性變形。根據(jù)零件承載的不同，分為根據(jù)零件承載的不同，分為靜應(yīng)力強(qiáng)度靜應(yīng)力強(qiáng)度和和變應(yīng)力強(qiáng)度變應(yīng)力強(qiáng)度。靜應(yīng)力強(qiáng)度問題靜應(yīng)力強(qiáng)度問題材料力學(xué)材料力學(xué)變應(yīng)力強(qiáng)度問題變應(yīng)力強(qiáng)度問題疲勞強(qiáng)度理論疲勞強(qiáng)度理論機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院2021-12-304主要內(nèi)容主要內(nèi)容材料的疲勞特性材料的疲勞特性機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算機(jī)械

3、零件的接觸強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度1 12 23 3機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院變應(yīng)力的產(chǎn)生變應(yīng)力的產(chǎn)生1234變應(yīng)力的特性參數(shù)及類型變應(yīng)力的特性參數(shù)及類型疲勞破壞的特征疲勞破壞的特征材料的疲勞曲線材料的疲勞曲線第一節(jié)第一節(jié) 材料的疲勞特性材料的疲勞特性機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院靜應(yīng)力靜應(yīng)力只能在只能在靜載荷靜載荷作用下產(chǎn)生。作用下產(chǎn)生?？赡苡煽赡苡僧a(chǎn)生，也可能由產(chǎn)生，也可能由靜載荷靜載荷產(chǎn)生產(chǎn)生（轉(zhuǎn)動軸例）靜應(yīng)力靜應(yīng)力不隨時間變化或變化緩慢不隨時間變化或變化緩慢交變應(yīng)力交變應(yīng)力隨時間變化隨時間變化1. 變應(yīng)力的產(chǎn)生變應(yīng)力的產(chǎn)生應(yīng)力的類型應(yīng)力的類型ot= =常數(shù)常數(shù)機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械

4、電子工程學(xué)院LaaFFFF Fa(+)M-圖圖11壓壓拉拉zA1yA2A31. 變應(yīng)力的產(chǎn)生變應(yīng)力的產(chǎn)生1-1橫截面上的彎曲正應(yīng)橫截面上的彎曲正應(yīng)力分布圖力分布圖機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院LaaFFFF Fa(+)M-圖圖1. 變應(yīng)力的產(chǎn)生變應(yīng)力的產(chǎn)生zAAIMy zItMR sin ARAyA tzy t為軸的工作時間為軸的工作時間11轉(zhuǎn)軸外表面一點(diǎn)轉(zhuǎn)軸外表面一點(diǎn)機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院zAItMR sin toARAyA tzy 壓壓拉拉1. 變應(yīng)力的產(chǎn)生變應(yīng)力的產(chǎn)生轉(zhuǎn)軸外表面一點(diǎn)轉(zhuǎn)軸外表面一點(diǎn)機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院t1. 變應(yīng)力的產(chǎn)生變應(yīng)力的產(chǎn)生 齒廓進(jìn)入嚙合到脫

5、離嚙合的過程中，表面上任意一齒廓進(jìn)入嚙合到脫離嚙合的過程中，表面上任意一點(diǎn)的接觸力是變應(yīng)力。點(diǎn)的接觸力是變應(yīng)力。齒廓上一點(diǎn)齒廓上一點(diǎn)機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院載荷做周期性載荷做周期性變化變化構(gòu)件做周期構(gòu)件做周期性變化性變化1. 變應(yīng)力的產(chǎn)生變應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院am maxam min2minmax m2minmax aamam maxmin maxmmin2. 變應(yīng)力的特性參數(shù)及類型變應(yīng)力的特性參數(shù)及類型a應(yīng)力循環(huán)特性應(yīng)力循環(huán)特性機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院穩(wěn)定變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力脈動循環(huán)脈動循環(huán) r = 0對稱循環(huán)對稱循環(huán) r =1非對稱循環(huán)非對稱循環(huán) 1 r

6、1tototomin0maxmin maxmin2m2. 變應(yīng)力的特性參數(shù)及類型變應(yīng)力的特性參數(shù)及類型max2mamaxmin0,mamaxmin2a機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院脈動循環(huán)變應(yīng)力舉例脈動循環(huán)變應(yīng)力舉例2. 變應(yīng)力的特性參數(shù)及類型變應(yīng)力的特性參數(shù)及類型齒輪的齒面接觸應(yīng)力齒輪的齒面接觸應(yīng)力滾動軸承內(nèi)圈、外圈和滾動滾動軸承內(nèi)圈、外圈和滾動體上一點(diǎn)體上一點(diǎn)承載區(qū)固定圈上確定點(diǎn)的應(yīng)力變化承載區(qū)固定圈上確定點(diǎn)的應(yīng)力變化 HFNito滾動體、動圈上確定點(diǎn)的應(yīng)力變化滾動體、動圈上確定點(diǎn)的應(yīng)力變化 HFNito有載荷有載荷無載荷無載荷主 動被 動主 動被 動機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院2.

7、 變應(yīng)力的特性參數(shù)及類型變應(yīng)力的特性參數(shù)及類型對稱循環(huán)變應(yīng)力舉例對稱循環(huán)變應(yīng)力舉例轉(zhuǎn)動軸外表面一點(diǎn)的彎曲正應(yīng)力轉(zhuǎn)動軸外表面一點(diǎn)的彎曲正應(yīng)力主 動被 動主 動被 動圖示惰輪的齒根彎曲應(yīng)力。圖示惰輪的齒根彎曲應(yīng)力。扭矩為對稱循環(huán)載荷時，軸橫截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力扭矩為對稱循環(huán)載荷時，軸橫截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院非對稱循環(huán)變應(yīng)力舉例非對稱循環(huán)變應(yīng)力舉例2. 變應(yīng)力的特性參數(shù)及類型變應(yīng)力的特性參數(shù)及類型氣缸蓋法蘭盤螺紋連接的螺栓桿氣缸蓋法蘭盤螺紋連接的螺栓桿機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院MPa5610115. 05830042maxmaxAPMPa2 .5370115. 055

8、80042minminAPMPa1225375612minmaxaMPa54925375612minmaxm957. 0561537maxminr例例1 發(fā)動機(jī)連桿大頭螺釘工作最大拉力發(fā)動機(jī)連桿大頭螺釘工作最大拉力Pmax =58.3kN，最小拉力最小拉力Pmin =55.8kN ，螺紋小徑為，螺紋小徑為 d=11.5mm，試試求求 a 、 m 和和 r。解：解：機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院有規(guī)律非穩(wěn)定變應(yīng)力：有規(guī)律非穩(wěn)定變應(yīng)力：應(yīng)力變化周期、應(yīng)力幅應(yīng)力變化周期、應(yīng)力幅和平均應(yīng)力之一隨時間和平均應(yīng)力之一隨時間變化變化無規(guī)律非穩(wěn)定變應(yīng)力：無規(guī)律非穩(wěn)定變應(yīng)力：應(yīng)力的變化不呈周期性。應(yīng)力的變化不

9、呈周期性。otot周期變應(yīng)力的類型變應(yīng)力的類型機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院2021-12-3019汽車后橋載荷譜汽車后橋載荷譜機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院 構(gòu)件在構(gòu)件在循環(huán)載荷循環(huán)載荷作用下，即使所受的應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度，作用下，即使所受的應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度，也會發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞。也會發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞。3. 疲勞破壞的特征疲勞破壞的特征疲勞斷裂由疲勞疲勞斷裂由疲勞裂紋產(chǎn)生裂紋產(chǎn)生擴(kuò)展擴(kuò)展瞬時斷裂瞬時斷裂三個階段組成。三個階段組成。材料內(nèi)部的夾渣、微孔、晶界以及表面劃傷、裂紋、腐蝕等都有可材料內(nèi)部的夾渣、微孔、晶界以及表面劃傷、裂紋、腐蝕等都有可能產(chǎn)生能產(chǎn)生初始裂紋初始裂

10、紋，形成，形成疲勞源疲勞源，疲勞源可以有一個或數(shù)個；，疲勞源可以有一個或數(shù)個；是裂紋尖端在切應(yīng)力下發(fā)生是裂紋尖端在切應(yīng)力下發(fā)生反復(fù)塑性變形反復(fù)塑性變形，使，使裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展直至發(fā)生直至發(fā)生疲疲勞斷裂勞斷裂。機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院3. 疲勞破壞的特征疲勞破壞的特征crack initiationcrack growth疲勞破壞的過程疲勞破壞的過程 疲勞破壞斷面疲勞破壞斷面光滑的疲勞發(fā)展區(qū)光滑的疲勞發(fā)展區(qū)粗糙的脆性斷裂區(qū)粗糙的脆性斷裂區(qū)機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院3. 疲勞破壞的特征疲勞破壞的特征疲勞破壞的實物疲勞破壞的實物連桿體連桿體曲軸曲軸機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院循環(huán)應(yīng)

11、力多次反復(fù)作用下產(chǎn)生；循環(huán)應(yīng)力多次反復(fù)作用下產(chǎn)生；無宏觀的、明顯的塑性變形跡象；無宏觀的、明顯的塑性變形跡象；對材料的組成、零件的形狀、尺寸、表面狀態(tài)、對材料的組成、零件的形狀、尺寸、表面狀態(tài)、使用條件非常敏感。使用條件非常敏感。循環(huán)應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的靜強(qiáng)度極限；循環(huán)應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的靜強(qiáng)度極限；經(jīng)過一定的載荷循環(huán)次數(shù)才會發(fā)生；經(jīng)過一定的載荷循環(huán)次數(shù)才會發(fā)生；3. 疲勞破壞的特征疲勞破壞的特征機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院不同外部載荷作用下疲勞斷面特征不同外部載荷作用下疲勞斷面特征機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院4. 材料的疲勞曲線材料的疲勞曲線兩種疲勞曲線兩種疲勞曲線材料的極限應(yīng)力圖材料的極限

12、應(yīng)力圖應(yīng)力比為定值應(yīng)力比為定值特定疲勞壽命條件下，特定疲勞壽命條件下，描述材料在不同應(yīng)力比描述材料在不同應(yīng)力比下的不同的疲勞極限下的不同的疲勞極限疲勞壽命曲線又稱為疲勞壽命曲線又稱為Wohler曲曲線，也稱作線，也稱作S-N曲線曲線。機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院4. 材料的疲勞曲線材料的疲勞曲線 應(yīng)力比一定應(yīng)力比一定(r = 0或或r = -1)，描述最大工作應(yīng)力與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，描述最大工作應(yīng)力與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)之間關(guān)系的曲線。之間關(guān)系的曲線。采用標(biāo)準(zhǔn)試件，尺寸小，表面精度高。采用標(biāo)準(zhǔn)試件，尺寸小，表面精度高。Nmax應(yīng)力作用次數(shù)應(yīng)力作用次數(shù)最大應(yīng)力最大應(yīng)力1Nmax12Nmax2N曲線曲線D

13、Nr為持久疲勞極限為持久疲勞極限 r即應(yīng)力比為即應(yīng)力比為r時，時，材料的疲材料的疲勞極限勞極限。),(max2max1rN則為與壽命則為與壽命N對應(yīng)的對應(yīng)的有限有限壽命疲勞極限壽命疲勞極限。機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院對有色合金和高硬度合金對有色合金和高硬度合金鋼，無論鋼，無論N值多大，疲勞值多大，疲勞曲線也不存在水平部分。曲線也不存在水平部分。 7010N 0Nr對應(yīng)的極限應(yīng)力為材對應(yīng)的極限應(yīng)力為材料的疲勞極限料的疲勞極限4. 材料的疲勞曲線材料的疲勞曲線 機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院曲線曲線AB段，循環(huán)次數(shù)在段，循環(huán)次數(shù)在103之前，使試件材料發(fā)之前，使試件材料發(fā)生破壞的最大應(yīng)力幾

14、乎生破壞的最大應(yīng)力幾乎不變不變 。將應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。將應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N103 的變應(yīng)力強(qiáng)度看的變應(yīng)力強(qiáng)度看做是做是靜強(qiáng)度靜強(qiáng)度計算。計算。Nmax1Nmax12Nmax2DNrABCDN曲線的有限壽命階段曲線的有限壽命階段4. 材料的疲勞曲線材料的疲勞曲線 機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院曲線曲線BC段，使試件發(fā)段，使試件發(fā)生破壞的最大應(yīng)力值不生破壞的最大應(yīng)力值不斷下降，斷下降，C點(diǎn)相應(yīng)的循點(diǎn)相應(yīng)的循環(huán)次數(shù)環(huán)次數(shù)N104 。這一階。這一階段的疲勞破壞稱為段的疲勞破壞稱為低周低周疲勞疲勞。Nmax1Nmax12Nmax2DNrABCD4. 材料的疲勞曲線材料的疲勞曲線 N曲線的有限壽命階段曲線的有限

15、壽命階段機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院 曲線曲線CD段段-有限壽命疲勞階段，試有限壽命疲勞階段，試件經(jīng)過一定次數(shù)的變應(yīng)力作用后總會件經(jīng)過一定次數(shù)的變應(yīng)力作用后總會發(fā)生疲勞破壞。發(fā)生疲勞破壞。CNmNCD段方程段方程C為常數(shù)為常數(shù)Nmax1Nmax12Nmax2DNrABCDrNNm為材料常數(shù)，由實驗確定。為材料常數(shù)，由實驗確定。需要時可以查閱機(jī)械設(shè)計手冊需要時可以查閱機(jī)械設(shè)計手冊4. 材料的疲勞曲線材料的疲勞曲線 DCNNN機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院D點(diǎn)以后的曲線點(diǎn)以后的曲線無限壽無限壽命疲勞階段，只要應(yīng)力低命疲勞階段，只要應(yīng)力低于持久疲勞極限，無論應(yīng)于持久疲勞極限，無論應(yīng)力變化多少次

16、，材料都不力變化多少次，材料都不會破壞。會破壞。 CD曲線曲線D點(diǎn)以后的曲線代點(diǎn)以后的曲線代表的疲勞為表的疲勞為高周疲勞高周疲勞，大，大多數(shù)機(jī)械零件的失效都是多數(shù)機(jī)械零件的失效都是由高周疲勞引起。由高周疲勞引起。Nmax1Nmax12Nmax2DNrABCD4. 材料的疲勞曲線材料的疲勞曲線 機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院CNNmmN 0 NmNKNN0mNNNK0 壽命系數(shù)壽命系數(shù)循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù)Nmax1Nmax12Nmax20NrABCDrNN機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院不同循環(huán)特性的疲勞壽命曲線對比不同循環(huán)特性的疲勞壽命曲線對比lgmaxlg NOr=0.5r=0r=-1 對稱循

17、環(huán)變應(yīng)力最容易造成疲勞破壞。對稱循環(huán)變應(yīng)力最容易造成疲勞破壞。機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院材料的極限應(yīng)力圖材料的極限應(yīng)力圖：不同應(yīng)力比條件下，疲勞極限的平均應(yīng)力：不同應(yīng)力比條件下，疲勞極限的平均應(yīng)力和應(yīng)力幅之間的關(guān)系曲線。和應(yīng)力幅之間的關(guān)系曲線。am-1SO 45DAC),(2200 4. 材料的疲勞曲線材料的疲勞曲線利用各應(yīng)力比下的疲勞試驗得利用各應(yīng)力比下的疲勞試驗得到相應(yīng)的極限應(yīng)力（及最大應(yīng)到相應(yīng)的極限應(yīng)力（及最大應(yīng)力），計算其平均應(yīng)力和應(yīng)力力），計算其平均應(yīng)力和應(yīng)力幅，描點(diǎn)，繪制曲線。幅，描點(diǎn)，繪制曲線。機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院amS-1amS-1簡化曲線之一簡化曲線之一簡化

18、曲線之二簡化曲線之二45 實際應(yīng)用時常用其簡化形式。實際應(yīng)用時常用其簡化形式。機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院簡化的材料疲勞極限應(yīng)力圖簡化的材料疲勞極限應(yīng)力圖amO45對稱極限點(diǎn)對稱極限點(diǎn)脈動極限點(diǎn)脈動極限點(diǎn)屈服極限點(diǎn)屈服極限點(diǎn)A(0,-1)D(0/2, 0/2)C(s,0)G機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院amO45A(0,-1)D(0/2, 0/2)C(s,0)G折線以內(nèi)為疲勞和塑性安全區(qū)，折線以外折線以內(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)。為疲勞和塑性失效區(qū)。工作應(yīng)力點(diǎn)工作應(yīng)力點(diǎn)),(amM簡化的材料疲勞極限應(yīng)力圖簡化的材料疲勞極限應(yīng)力圖機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院直線直

19、線AG方程：方程： 20011 masma直線直線CG方程：方程： ma 試件在變應(yīng)力作用下試件在變應(yīng)力作用下疲勞疲勞極限極限的平均應(yīng)力的平均應(yīng)力與應(yīng)力幅值。與應(yīng)力幅值。amO45A(0,-1)D(0/2, 0/2)C(s,0)G簡化的材料疲勞極限應(yīng)力圖簡化的材料疲勞極限應(yīng)力圖機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院2021-12-3039主要內(nèi)容主要內(nèi)容材料的疲勞特性材料的疲勞特性機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度1 12 23 3機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院標(biāo)準(zhǔn)試件的疲標(biāo)準(zhǔn)試件的疲勞強(qiáng)度勞強(qiáng)度 絕對尺寸絕對尺寸應(yīng)力集中應(yīng)力集中 表面狀態(tài)表面狀態(tài)環(huán)境

20、介質(zhì)環(huán)境介質(zhì)零件的疲零件的疲勞強(qiáng)度勞強(qiáng)度 1. 綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù)K引入綜合影響系數(shù)引入綜合影響系數(shù)K來來考慮各種因素對零件?？紤]各種因素對零件疲勞強(qiáng)度的影響。勞強(qiáng)度的影響。機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院 K 為材料的對稱循環(huán)疲勞極限為材料的對稱循環(huán)疲勞極限 -1與零件對與零件對稱循環(huán)疲勞極限稱循環(huán)疲勞極限 -1e的比值的比值:eK11Ke11(1) 在對稱循環(huán)應(yīng)力作用下在對稱循環(huán)應(yīng)力作用下to1. 綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù)K機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院(2) 在非對稱循環(huán)應(yīng)力作用下在非對稱循環(huán)應(yīng)力作用下 K 為材料的試件與零件的極限應(yīng)力幅之比，即：為材料的試件與零件的極限應(yīng)力幅之

21、比，即： a與與 ae的比值的比值:eeK00002/2/Ke00例如：脈動循環(huán)變應(yīng)力作用下，例如：脈動循環(huán)變應(yīng)力作用下，aaeK1. 綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù)K機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院qkK1111. 綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù)K零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)零件的尺寸系數(shù)零件的尺寸系數(shù)零件的強(qiáng)化系數(shù)零件的強(qiáng)化系數(shù)零件的表面質(zhì)量系數(shù)零件的表面質(zhì)量系數(shù)機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)1(1)tkq k 理論應(yīng)力集中系數(shù)理論應(yīng)力集中系數(shù)敏感系數(shù)敏感系數(shù)1. 綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù)K機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院2. 零件的極限應(yīng)

22、力圖零件的極限應(yīng)力圖OADGCmK20 Ke11 20sa 把材料的極限應(yīng)力圖中把材料的極限應(yīng)力圖中AD段按比例下移并延長，交段按比例下移并延長，交CG與與G，形成的，形成的ADGC折線為零件的極限應(yīng)力圖。折線為零件的極限應(yīng)力圖。機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院AG方程方程CG方程方程smeae meaeK 1ae -零件的極限應(yīng)力幅；零件的極限應(yīng)力幅；me -零件的極限平均應(yīng)力；零件的極限平均應(yīng)力；1002 OADGCmK20 Ke11 20sa折線折線AGC上任一點(diǎn)坐標(biāo)為（上任一點(diǎn)坐標(biāo)為（ me ，ae ）機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院3. 單向穩(wěn)定變應(yīng)力時機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算單向穩(wěn)定

23、變應(yīng)力時機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算 進(jìn)行零件疲勞強(qiáng)度計算時，首先根據(jù)零件危險截面上的進(jìn)行零件疲勞強(qiáng)度計算時，首先根據(jù)零件危險截面上的 max 及及 min確定平均應(yīng)力確定平均應(yīng)力m與應(yīng)力幅與應(yīng)力幅a，然后，在極限應(yīng)力線，然后，在極限應(yīng)力線圖的坐標(biāo)中標(biāo)示出工作應(yīng)力點(diǎn)圖的坐標(biāo)中標(biāo)示出工作應(yīng)力點(diǎn)M或或N。NMamoS CAG-1eDam 相應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力應(yīng)是極相應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力應(yīng)是極限應(yīng)力曲線限應(yīng)力曲線AGC上的某一個點(diǎn)上的某一個點(diǎn)M或或N所代表的應(yīng)力所代表的應(yīng)力(me ，ae ) 。極限應(yīng)力與工作應(yīng)力極限應(yīng)力與工作應(yīng)力的性質(zhì)應(yīng)相同的性質(zhì)應(yīng)相同如何確定極限應(yīng)力點(diǎn)？如何確定極限應(yīng)力點(diǎn)？機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)

24、械電子工程學(xué)院計算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：計算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：SS amaememaxmaxca ae -零件的極限應(yīng)力幅；零件的極限應(yīng)力幅；me -零件的極限平均應(yīng)力；零件的極限平均應(yīng)力；a -零件工作應(yīng)力的應(yīng)力幅；零件工作應(yīng)力的應(yīng)力幅；m -零件工作應(yīng)力的平均應(yīng)力；零件工作應(yīng)力的平均應(yīng)力；計算計算安全安全系數(shù)系數(shù)許用許用安全安全系數(shù)系數(shù)機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院2021-12-3049NMamoS CAG-1eDam極限應(yīng)力與工作應(yīng)力的性質(zhì)應(yīng)相同極限應(yīng)力與工作應(yīng)力的性質(zhì)應(yīng)相同如何確定極限應(yīng)力點(diǎn)？如何確定極限應(yīng)力點(diǎn)？M或或N的位置與循環(huán)應(yīng)力變的位置與循環(huán)應(yīng)力變化規(guī)律有關(guān)。化

25、規(guī)律有關(guān)。應(yīng)明確工作應(yīng)力的變化規(guī)律。應(yīng)明確工作應(yīng)力的變化規(guī)律。應(yīng)力比為常數(shù)：應(yīng)力比為常數(shù)：r=C可能發(fā)生的應(yīng)可能發(fā)生的應(yīng)力變化規(guī)律：力變化規(guī)律：平均應(yīng)力為常數(shù)平均應(yīng)力為常數(shù)m=C最小應(yīng)力為常數(shù)最小應(yīng)力為常數(shù)min=C機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院（1） r = C 的情況的情況 絕大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力絕大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力minmaxminmaxma比值：11Crr也是一個常數(shù)。也是一個常數(shù)。通過聯(lián)立直線通過聯(lián)立直線OM和和AG的方程可求解的方程可求解M1點(diǎn)的坐標(biāo)。點(diǎn)的坐標(biāo)。1mmeamK 1aaeamK amO-1CAG-1e DS MamM1am ae 1002 機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程

26、學(xué)院meaemax maamK )(1maK max1計算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：計算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：SKS ma1-maxmaxca amO-1CAG-1e DS MamM1am ae 1mmeamK 1aaeamK 機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院SKS ma1-maxmaxca 1ca11OQQMOQSOPPMOPQMOMPMOMamO-1CAG-1e DS MM1PQ圖解法求疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)圖解法求疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)ae ae am am 機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院 N點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn)點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn)N1 位位于直線于直線CG上，上， max smeae 有：有：工作應(yīng)力為

27、工作應(yīng)力為N點(diǎn)時，首先可點(diǎn)時，首先可能發(fā)生的是屈服失效。故只能發(fā)生的是屈服失效。故只需要進(jìn)行靜強(qiáng)度計算即可。需要進(jìn)行靜強(qiáng)度計算即可。SSSmaSmaxcaae-1-1eamOCADS GmeaeamN N1ONON1機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院（2）. m=C 的情況的情況需要在需要在 AG上確定上確定M2，使，使得：得：m= m am-1-1eamOCADS GMM2M2在過在過M點(diǎn)且縱軸平行線上，點(diǎn)且縱軸平行線上，該線上任意一點(diǎn)所代表的應(yīng)力循該線上任意一點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的平均應(yīng)力值。環(huán)都具有相同的平均應(yīng)力值。 1maxmmK 1()mKK SKKSm )()(ma1-max

28、maxca 機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院am-1-1eamOCADS G同理，對于同理，對于N點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn)的極限應(yīng)力為為N2點(diǎn)。點(diǎn)。 N N2由于落在了直線由于落在了直線CG上，故只上，故只要進(jìn)行靜強(qiáng)度計算：要進(jìn)行靜強(qiáng)度計算：計算公式為：計算公式為：SSSmaSmaxca機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院-1-1eamOCA DS G45 (3)min=C MM3需要在需要在 AG上確定上確定M3，使得：，使得： 因為：因為：min= m - a =C過過M點(diǎn)作點(diǎn)作45 直線，其上任意一點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)都直線，其上任意一點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的最小應(yīng)力。具有相同的最小應(yīng)力。 M3位

29、置如圖。位置如圖。minLminmin 機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院-1-1eamOCA DS G45 MM3minLAG方程方程meaeK 1 Kaemin1max-1mincamaxamin2()()(2)KSSK1minmeKKminminmeaeminmeae機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院p在圖示零件的極限應(yīng)力簡圖中，如工作應(yīng)力點(diǎn)在圖示零件的極限應(yīng)力簡圖中，如工作應(yīng)力點(diǎn)M所在的所在的ON線線與橫軸之間的夾角與橫軸之間的夾角90時，則該零件受的是時，則該零件受的是_.脈動循環(huán)變應(yīng)力 對稱循環(huán)變應(yīng)力 變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力 不變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力課堂練習(xí)課堂練習(xí)機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械

30、電子工程學(xué)院p 在圖示零件的極限應(yīng)力簡圖上，在圖示零件的極限應(yīng)力簡圖上，M M為零件的工作應(yīng)力點(diǎn)，若為零件的工作應(yīng)力點(diǎn)，若加載于零件的過程中保持最小應(yīng)力加載于零件的過程中保持最小應(yīng)力minmin為常數(shù)。則該零件為常數(shù)。則該零件的極限應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)為的極限應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)為_._.A Ml B M2 C M3 D M4機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院例題例題某合金鋼制成的零件，其材料性能為：某合金鋼制成的零件，其材料性能為： 0.21450MPa800SMPa已知工作應(yīng)力為已知工作應(yīng)力為 max280MPamin80MPa rC1.62K綜合影響系數(shù)為綜合影響系數(shù)為 按無限壽命考慮，分別用圖解法和解析法校核該

31、零件是按無限壽命考慮，分別用圖解法和解析法校核該零件是否安全。否安全。 設(shè)計安全系數(shù)為設(shè)計安全系數(shù)為 1.3S 機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院4.單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計算單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計算有規(guī)律非穩(wěn)定變應(yīng)力：有規(guī)律非穩(wěn)定變應(yīng)力：應(yīng)力變化周期、應(yīng)力幅應(yīng)力變化周期、應(yīng)力幅和平均應(yīng)力之一隨時間和平均應(yīng)力之一隨時間變化變化無規(guī)律非穩(wěn)定變應(yīng)力：無規(guī)律非穩(wěn)定變應(yīng)力：應(yīng)力的變化不呈周期性。應(yīng)力的變化不呈周期性。otot周期周期機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院4.單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計算單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計算不穩(wěn)定不穩(wěn)定變應(yīng)力變應(yīng)力非規(guī)律性非規(guī)律性用統(tǒng)計方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)

32、度計算用統(tǒng)計方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算按累按累積積損傷假說進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算損傷假說進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算規(guī)律性規(guī)律性機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力1n12n23n34n4maxnOmaxNO1n1N12 n2N23 n3 N3-1 -1 ND累積損傷假說累積損傷假說111iiinNnN10miiNN機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院 當(dāng)損傷率達(dá)到當(dāng)損傷率達(dá)到100%時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對應(yīng)于極限狀況有：應(yīng)于極限狀況有：1.3322111NnNnNnNnziii損傷累積假說損傷累積假說 Cumulative fatigue damage 適用于各作用應(yīng)力幅無巨大的差別，無短時過載的情況。適用于各作用應(yīng)力幅無巨大的差別，無短時過載的情況。Miner累積損傷法則累積損傷法則機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院實驗表明：實驗表明： 1）當(dāng)應(yīng)力作用順序是先大）當(dāng)應(yīng)力作用順序是先大 后小時，等號右邊值后小時，等號右邊值 1； 11ziiiNn11ziiiNn機(jī)械電子工程學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院5. 5. 提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度