第3章1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 材料的疲勞特性材料的疲勞特性3-2 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算(重點(diǎn)重點(diǎn))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3-0 強(qiáng)度計(jì)算中的幾個(gè)基本概念強(qiáng)度計(jì)算中的幾個(gè)基本概念 在靜應(yīng)力作用下，機(jī)械零件的失效形式主要是斷裂在靜應(yīng)力作用下，機(jī)械零件的失效形式主要是斷裂和塑性變形，相應(yīng)的強(qiáng)度條件可表示為和塑性變形，相應(yīng)的強(qiáng)度條件可表示為（一）靜應(yīng)力下機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算（一）靜應(yīng)力下機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算lim S lim S lim SS lim SS 強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限 屈服極限屈服極限

2、疲勞極限疲勞極限 )(bb )(ss )(rr 3-0 3-0 強(qiáng)度計(jì)算中的幾個(gè)基本概念強(qiáng)度計(jì)算中的幾個(gè)基本概念 不隨時(shí)間變化或隨時(shí)間緩慢變化的應(yīng)力。通常零件在整個(gè)不隨時(shí)間變化或隨時(shí)間緩慢變化的應(yīng)力。通常零件在整個(gè)工作壽命期間應(yīng)力變化次數(shù)工作壽命期間應(yīng)力變化次數(shù)10103 3次，均按靜強(qiáng)度計(jì)算。次，均按靜強(qiáng)度計(jì)算。變應(yīng)力變應(yīng)力: : 隨時(shí)間變化的應(yīng)力。隨時(shí)間變化的應(yīng)力。（二）變應(yīng)力的分類（二）變應(yīng)力的分類注意：注意：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?產(chǎn)生，也可能由產(chǎn)生，也可能由產(chǎn)生。產(chǎn)生。a 1) 1)變應(yīng)力的類型變應(yīng)力的類型非規(guī)律的不穩(wěn)定變應(yīng)力非規(guī)律的

3、不穩(wěn)定變應(yīng)力變應(yīng)力參數(shù)隨變應(yīng)力參數(shù)隨 機(jī)變化。如汽車板簧。機(jī)變化。如汽車板簧。變應(yīng)力變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力不穩(wěn)定變應(yīng)力不穩(wěn)定變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力變應(yīng)力參數(shù)有規(guī)變應(yīng)力參數(shù)有規(guī)律變化。如機(jī)床主軸。律變化。如機(jī)床主軸。非對稱循環(huán)對稱循環(huán)：r= -1脈動(dòng)循環(huán)：r=0應(yīng)力比應(yīng)力比 ( (循環(huán)特性循環(huán)特性) )：用來表示應(yīng)力變化情況。：用來表示應(yīng)力變化情況。maxmin rr平均應(yīng)力平均應(yīng)力：2minmaxm 應(yīng)力幅：應(yīng)力幅：2minmaxa 2)2)穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的幾個(gè)重要參數(shù)穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力

4、的幾個(gè)重要參數(shù)最大應(yīng)力（最大應(yīng)力（絕對值最大絕對值最大）：最小應(yīng)力最小應(yīng)力（絕對值最小絕對值最?。?：11 ram max 應(yīng)力循環(huán)特性越大，材料的疲勞極限越大，對零件強(qiáng)度越有應(yīng)力循環(huán)特性越大，材料的疲勞極限越大，對零件強(qiáng)度越有利利, ,對稱循環(huán)（應(yīng)力循環(huán)特性對稱循環(huán)（應(yīng)力循環(huán)特性r=-1r=-1）最不利。）最不利。am min3)幾種常見應(yīng)力1、對稱循環(huán)應(yīng)力（r = -1） max= min = a m =02、脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力（r=0） min =03、靜應(yīng)力（r=1） max = min =m a =0 maxminm ma amamax x m = a =max/2例題例題1 1 某零件的

5、工作應(yīng)力變化如圖所示，求最大應(yīng)力，某零件的工作應(yīng)力變化如圖所示，求最大應(yīng)力， 最小應(yīng)力，平均應(yīng)力，應(yīng)力幅，循環(huán)特性最小應(yīng)力，平均應(yīng)力，應(yīng)力幅，循環(huán)特性r r。45 m 練習(xí)練習(xí)2 2 如一零件的應(yīng)力循環(huán)特性如一零件的應(yīng)力循環(huán)特性r= r= +0.6+0.6， a a= = 80MPa80MPa，則此則此時(shí)時(shí) m m=( )=( )， maxmax=( )=( )， minmin=( )=( )。120max 25.0 30min 75 a 320400240am maxam min2minmaxm 2minmaxa maxmin r 在在變應(yīng)力變應(yīng)力作用下，零件的作用下，零件的主要失效形式是疲

6、勞破壞。主要失效形式是疲勞破壞。 3-1 3-1 材料的疲勞特性材料的疲勞特性 材料的材料的疲勞破壞疲勞破壞不僅與材料性能有關(guān)，變應(yīng)力的不僅與材料性能有關(guān)，變應(yīng)力的大小大小、循環(huán)循環(huán)特性、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)特性、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N(N(壽命）、壽命）、應(yīng)力幅應(yīng)力幅都對其有很大影響都對其有很大影響。疲勞曲線：疲勞曲線：表示疲勞極限表示疲勞極限 rNrN與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N N（壽命）之間關(guān)壽命）之間關(guān)系曲線稱為疲勞曲線系曲線稱為疲勞曲線rN應(yīng)力比應(yīng)力循環(huán)次數(shù)一、一、 N 疲勞曲線疲勞曲線有限壽命疲勞極限有限壽命疲勞極限: : 在 規(guī) 定 的 壽 命在 規(guī) 定 的 壽 命（N N）內(nèi)，零件發(fā)生）內(nèi)

7、，零件發(fā)生疲勞破壞前所能承受疲勞破壞前所能承受的最大應(yīng)力值稱為有的最大應(yīng)力值稱為有限疲勞極限，用限疲勞極限，用rNrN表示。表示。AB段:靜載破壞BC段:有較大的塑性變形, 稱為應(yīng)變疲勞,又稱為低周疲勞.CD段:有限壽命（高周）疲勞階段,應(yīng)力與循環(huán)次數(shù)關(guān)系：mrNN=CD點(diǎn)以后：無限壽命疲勞階段，D點(diǎn)的極限應(yīng)力為r，稱為持久疲勞極限。疲勞曲線2)(DCmrNNNNCN )DrrNNN （ D點(diǎn)以后無限壽命疲勞階段 因不同材料的ND變化范圍很大，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及其相對應(yīng)的疲勞極限r(nóng)來近似代表ND和 r，于是有：CNN 0mrmrN N疲勞曲線C

8、D段有限壽命疲勞階段 rN r疲勞曲線疲勞曲線2 2有限壽命區(qū)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)有限壽命區(qū)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)N N與疲勞極限與疲勞極限 rN的關(guān)系為：的關(guān)系為：式中，式中， r 相當(dāng)于持久疲勞極限相當(dāng)于持久疲勞極限r(nóng) ，簡稱材料的疲勞極限。，簡稱材料的疲勞極限。mrrNNN0 1 2 2個(gè)典型疲勞極限個(gè)典型疲勞極限: :對稱循環(huán)疲勞極限對稱循環(huán)疲勞極限0 脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限N0及及m的值由材料試驗(yàn)確定。的值由材料試驗(yàn)確定。 rN有限壽命疲勞極限有限壽命疲勞極限例題2： 45鋼的對稱循環(huán)疲勞強(qiáng)度-1=300MP a，N0=5106，m=9，求：N=104，105，106時(shí)的有限壽命疲勞極限。解

9、：m0rrNNN916-1N1053001N 94610105300 926-1N1053002N 95610105300 936-1N1053003N 96610105300 0rrNNNmm二、等壽命疲勞曲線二、等壽命疲勞曲線 下圖為給定壽命時(shí)某材料的疲勞曲線。下圖為給定壽命時(shí)某材料的疲勞曲線。 循環(huán)特性循環(huán)特性r r不同則對應(yīng)的疲勞極限不同則對應(yīng)的疲勞極限r(nóng) r不同。不同。amr max mmmaxminr 在不同的循環(huán)特性在不同的循環(huán)特性r r下有下有不同的不同的m和和a，取取m m為橫坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，a a為縱為縱坐標(biāo)坐標(biāo)，就可以構(gòu)造出左，就可以構(gòu)造出左側(cè)的等壽命疲勞曲線圖。側(cè)的等壽

10、命疲勞曲線圖。 mm a aO三、三、材料的極限應(yīng)力線圖材料的極限應(yīng)力線圖amr rr/tanminmaxminmaxma 11 1. 1.等壽命疲勞曲線的特點(diǎn)等壽命疲勞曲線的特點(diǎn) mm a aO該曲線也叫做材料的該曲線也叫做材料的極限應(yīng)力線圖極限應(yīng)力線圖。 曲線上任一點(diǎn)坐標(biāo)和都等于曲線上任一點(diǎn)坐標(biāo)和都等于極限應(yīng)力值。極限應(yīng)力值。 amM ，2.極限應(yīng)力線圖的幾個(gè)特殊點(diǎn)幾個(gè)特殊點(diǎn)220ram45D)2 ,2(00 a a=，靜應(yīng)力點(diǎn)靜應(yīng)力點(diǎn), ,m m=，r=a， a a=，靜應(yīng)力點(diǎn)靜應(yīng)力點(diǎn), , m m=a a =0 0/2，脈動(dòng)循環(huán)點(diǎn)脈動(dòng)循環(huán)點(diǎn)。C mm a aO對稱循環(huán)點(diǎn)。對稱循環(huán)點(diǎn)。s

11、b b點(diǎn)：點(diǎn)：B 點(diǎn)：點(diǎn)：C 點(diǎn)：點(diǎn)：D點(diǎn)：點(diǎn)：m=r=b， 為材料的強(qiáng)度極限。為材料的強(qiáng)度極限。m=r r=s s，為材料的屈服極限為材料的屈服極限。A),(S0 mm a aOB),(1 0 3.極限應(yīng)力線圖的簡化 則則ADGC即為簡化極限應(yīng)力圖。即為簡化極限應(yīng)力圖。G45D)2 ,2(00 ) , 0( 1 A)0 ,(SC mm a aOB已知: -1,0, s;ma) , 0( 1A)2 ,2( 00DGO)0 ,(SC45454.材料極限應(yīng)力線圖的繪制材料極限應(yīng)力線圖的繪制 2200011 ma設(shè)直線上任意點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)直線上任意點(diǎn)坐標(biāo)A AD D直線方程：直線方程：則，則，AD直線方程

12、：直線方程：1ma GC直線方程：直線方程：sam 為材料常數(shù)，材料為材料常數(shù)，材料強(qiáng)度越高，其值越大。碳強(qiáng)度越高，其值越大。碳鋼為鋼為0.1 0.2，合金鋼為，合金鋼為0.20.3。) ,(amM 0012討論：討論：1 1）若工作應(yīng)力若工作應(yīng)力M( m m， a a) )點(diǎn)處于折線點(diǎn)處于折線OADC 以內(nèi)時(shí)，則：以內(nèi)時(shí)，則：maxmax= =m m+ +a a r r, , maxmax= =m m+ +a a sx-y=c說明說明：a.a.如果工作點(diǎn)如果工作點(diǎn)M位于位于AOJ區(qū)域內(nèi)，則最小應(yīng)力值區(qū)域內(nèi)，則最小應(yīng)力值minmin為為負(fù)值。這種情況非常少。負(fù)值。這種情況非常少。b.b.如果工

13、作點(diǎn)如果工作點(diǎn)M位于位于OJGI 區(qū)域內(nèi)，則應(yīng)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)區(qū)域內(nèi)，則應(yīng)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。行計(jì)算。c.c.如果工作點(diǎn)如果工作點(diǎn)M位于位于I IGC區(qū)域內(nèi)，則按靜強(qiáng)進(jìn)行計(jì)算。區(qū)域內(nèi)，則按靜強(qiáng)進(jìn)行計(jì)算。 總結(jié)：單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)零件疲勞強(qiáng)度的計(jì)算方法總結(jié)：單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)零件疲勞強(qiáng)度的計(jì)算方法： 畫出零件的極限應(yīng)力圖畫出零件的極限應(yīng)力圖 求出零件危險(xiǎn)剖面上的求出零件危險(xiǎn)剖面上的minmin和和maxmax 由由minmin、maxmax求出求出m m和和a a 由由m m、a a在零件極限應(yīng)力圖上找出工作應(yīng)力點(diǎn)在零件極限應(yīng)力圖上找出工作應(yīng)力點(diǎn) 找出找出M M點(diǎn)對應(yīng)的極限應(yīng)力點(diǎn)點(diǎn)對應(yīng)的極限應(yīng)力點(diǎn)M M

14、 SSammeaerca max 計(jì)算安全系數(shù)計(jì)算安全系數(shù)r = CM1m m= =CM2min=C M3 對于剪切變應(yīng)力，只須把以上各公式中的正應(yīng)力符號對于剪切變應(yīng)力，只須把以上各公式中的正應(yīng)力符號改為切應(yīng)力符號改為切應(yīng)力符號即可。即可。 如果應(yīng)力循環(huán)次數(shù)如果應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N N在在10104 4NNNN0 0范圍內(nèi)，則在作疲勞計(jì)范圍內(nèi)，則在作疲勞計(jì)算時(shí)，所采用的極限應(yīng)力算時(shí)，所采用的極限應(yīng)力limlim應(yīng)當(dāng)為所要求的壽命的有限疲勞應(yīng)當(dāng)為所要求的壽命的有限疲勞極限。即：在所有的公式中的極限。即：在所有的公式中的r r 均用均用rNrN代替（即以代替（即以-1N-1N代替代替-1-1，以，以0N

15、0N代替代替0 0）。顯然，零件的計(jì)算安全系數(shù)增大了。）。顯然，零件的計(jì)算安全系數(shù)增大了。 疲勞強(qiáng)度計(jì)算說明疲勞強(qiáng)度計(jì)算說明 具體設(shè)計(jì)零件時(shí)，如果難于確定應(yīng)力變化的規(guī)律時(shí)，一般具體設(shè)計(jì)零件時(shí)，如果難于確定應(yīng)力變化的規(guī)律時(shí)，一般采用采用r = C 公式計(jì)算。公式計(jì)算。 m0rrNNN 例題例題3 3、試在下列極限應(yīng)力圖上分別標(biāo)出、試在下列極限應(yīng)力圖上分別標(biāo)出2 2種不同加載情種不同加載情況下的疲勞安全區(qū)及塑性安全區(qū)。況下的疲勞安全區(qū)及塑性安全區(qū)。am0GACa) r=c疲勞強(qiáng)度安全區(qū)塑性安全區(qū)am0GACb) m=c疲勞強(qiáng)度安全區(qū)塑性安全區(qū)解解: :（1 1）零件極限應(yīng)力圖）零件極限應(yīng)力圖)(A

16、)K(AA120 0 0-1，點(diǎn)點(diǎn)坐坐標(biāo)標(biāo)： 2 . 02001 例題例題4 4 某零件的工作應(yīng)力為：某零件的工作應(yīng)力為： ， 鋼鋼材的力學(xué)性能為，材的力學(xué)性能為， ， ， ，工，工作中危險(xiǎn)斷面的綜合影響系數(shù)作中危險(xiǎn)斷面的綜合影響系數(shù) 。若許用安全系數(shù)對變應(yīng)。若許用安全系數(shù)對變應(yīng)力取力取S=1.3,S=1.3,對靜應(yīng)力取對靜應(yīng)力取S S=1.5=1.5。試求：。試求：1 1）畫出該零件的極限應(yīng)力圖（要求按比例畫出）；）畫出該零件的極限應(yīng)力圖（要求按比例畫出）；2 2）在圖中標(biāo)出工作點(diǎn)，說明當(dāng)）在圖中標(biāo)出工作點(diǎn)，說明當(dāng)r = c時(shí)該零件可能發(fā)生的失效形式時(shí)該零件可能發(fā)生的失效形式3 3）校核零件

17、的強(qiáng)度是否滿足要求。）校核零件的強(qiáng)度是否滿足要求。MPa2401MPa450S2 . 00 . 2KMPa30minMPa150maxMPa2002 . 1210 )K(DD 2200，點(diǎn)點(diǎn)坐坐標(biāo)標(biāo)：)(D)K(D100 200 2200， )0 450()0 (，CCS 100MPaa/0amMP/100200300400極限應(yīng)力圖極限應(yīng)力圖: :G)120, 0(A)100,200(D)0 ,450(C45點(diǎn)坐標(biāo)：點(diǎn)坐標(biāo)：D點(diǎn)坐標(biāo)：點(diǎn)坐標(biāo)：C點(diǎn)坐標(biāo)：點(diǎn)坐標(biāo)：D點(diǎn)坐標(biāo)：點(diǎn)坐標(biāo)：C（2 2）工作應(yīng)力點(diǎn)及可能發(fā)生的失效形式）工作應(yīng)力點(diǎn)及可能發(fā)生的失效形式amMP902301502minmax a

18、aMP602301502minmax 工作點(diǎn)平均應(yīng)力工作點(diǎn)平均應(yīng)力: :工作點(diǎn)應(yīng)力幅工作點(diǎn)應(yīng)力幅: :100MPaa/0amMP/100200300400G)120, 0(A)100,200(D)0 ,450(C45M(90,60) 由于工作點(diǎn)由于工作點(diǎn)M位于位于OAG區(qū)域內(nèi)區(qū)域內(nèi), ,該零件可能發(fā)生的該零件可能發(fā)生的失效形式為疲勞失效失效形式為疲勞失效. .100MPaa/0amMP/100200300400G)120, 0(A)100,200(D)0 ,450(C45M(90,60)(3) (3) 校核該零件的強(qiáng)度校核該零件的強(qiáng)度),( mM：M點(diǎn)點(diǎn)對對應(yīng)應(yīng)的的極極限限應(yīng)應(yīng)力力點(diǎn)點(diǎn)為為設(shè)設(shè)

19、100MPaa/0amMP/100200300400G)120, 0(A)100,200(D)0 ,450(C45M(90,60)M量取出量取出108 ,150 am 72. 1150258 max rcaS258108150 amr 所以該零件滿足強(qiáng)度要求。零件疲勞極限：零件疲勞極限：計(jì)算安全系數(shù)：計(jì)算安全系數(shù)：3 . 1 SSca因因?yàn)闉?SKSmaca 1maxlim亦可按照下列方法校核該零件強(qiáng)度時(shí)：亦可按照下列方法校核該零件強(qiáng)度時(shí)： SKSmaca 74. 1902 . 06022401 MPa2401 2 . 0 0 . 2 K100MPaa/0amMP/100200300400G)

20、120, 0(A)100,200(D)0 ,450(C45M(90,60)四、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)疲勞強(qiáng)度計(jì)算四、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)疲勞強(qiáng)度計(jì)算不穩(wěn)定變應(yīng)力不穩(wěn)定變應(yīng)力非規(guī)律的不穩(wěn)定變應(yīng)力非規(guī)律的不穩(wěn)定變應(yīng)力變應(yīng)力參數(shù)變化是隨機(jī)的變化變應(yīng)力參數(shù)變化是隨機(jī)的變化規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力變應(yīng)力參數(shù)變化有規(guī)律的變化。變應(yīng)力參數(shù)變化有規(guī)律的變化。用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算不穩(wěn)定變應(yīng)力非規(guī)律性規(guī)律性按損傷累積假說進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算當(dāng)損傷率達(dá)到100%時(shí)，材料即發(fā)生疲勞破壞，即：11NnN1N21324maxnon2n1n3n412orN1N0n1n23N3n3對零件沒有損傷33Nn22Nn損傷率

21、:+=1一般寫成： 11 ziiiNn11 101103310221011 mzimiimmmmmmNnNnNnNn ：則則mzimiimzimiinNNn1101011 ： 1 即如果材料在上述應(yīng)力作用下還未達(dá)到破壞，則：01 NNmimi 其中： 01NNmimi mmiziicanN 101令：1 ca則：計(jì)算安全系數(shù)：11 cacaS SScaca 1代入mzimiinN1101 例題例題6 鋼制零件在非穩(wěn)定對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力下工作，材料的鋼制零件在非穩(wěn)定對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力下工作，材料的疲勞強(qiáng)度極限疲勞強(qiáng)度極限 ，在，在 時(shí)工作循環(huán)次時(shí)工作循環(huán)次數(shù)數(shù) ，試用疲勞損傷累積假說，估計(jì)再受，試用

22、疲勞損傷累積假說，估計(jì)再受 時(shí)，到疲勞破壞前還可能繼續(xù)工作多少循環(huán)次數(shù)。時(shí)，到疲勞破壞前還可能繼續(xù)工作多少循環(huán)次數(shù)。注：材料的應(yīng)力循環(huán)基數(shù)為注：材料的應(yīng)力循環(huán)基數(shù)為10107； 疲勞曲線方程的指數(shù)疲勞曲線方程的指數(shù) 。MPa4001 MPa0601 5110 nMPa0452 9 m1 2211 NnNn，：根椐疲勞累積假說根椐疲勞累積假說解解0111NNmm 579011110601. 210)600400()( N：Nm 則則67979212104644. 310)450400(10)( ：N同理同理110466. 310601. 210 6255 n662101327. 2104644.

23、 36156. 0 n：解解得得五、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算五、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算（了解） 當(dāng)零件上同時(shí)作用法向及切向?qū)ΨQ循環(huán)穩(wěn)定變應(yīng)力a和a時(shí)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出極限應(yīng)力關(guān)系式為： 12121 eaea MMCCDDea1ea1O計(jì)算安全系數(shù)： 22 SSSSSca 當(dāng)零件所承受的變應(yīng)力為不對稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，可按下式求得： mamaKSKS 11六、提高零件疲勞強(qiáng)度的措施六、提高零件疲勞強(qiáng)度的措施 1 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。的首要措施。 1 1）盡量減小結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的突變，使其盡可能

24、地平滑和）盡量減小結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的突變，使其盡可能地平滑和均勻。均勻。 2 2）增大過渡圓角半徑，以減小應(yīng)力集中。）增大過渡圓角半徑，以減小應(yīng)力集中。 3 3）在不可避免產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)處，采用減荷槽）在不可避免產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)處，采用減荷槽來降低應(yīng)力集中的影響。來降低應(yīng)力集中的影響。 2 2、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)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。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 3、提高表面質(zhì)量。提高表面質(zhì)量。如提高零件表面糙粗度；對于工作在腐蝕性如提高零件表

25、面糙粗度；對于工作在腐蝕性環(huán)境中的零件采用適當(dāng)?shù)谋砻姹Ｗo(hù)等。環(huán)境中的零件采用適當(dāng)?shù)谋砻姹Ｗo(hù)等。4 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，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高材料性能更為顯著的作用。對于延長零件的疲勞壽命有著比提高材料性能更為顯著的作用。作業(yè)：作業(yè)：3-2 3-4（?。ㄈ=1） 3-5第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度PPAF vvAFpP 表面擠壓強(qiáng)度表面擠壓強(qiáng)度 表面磨損強(qiáng)度表面磨損強(qiáng)度 機(jī)械中各零件之間力的傳遞，總是通過兩零件接觸來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械中各零件之間力的傳遞，總是通過兩零件接觸來實(shí)現(xiàn)的

26、。接觸強(qiáng)度接觸強(qiáng)度 若兩個(gè)零件在受載前是點(diǎn)接觸或線接觸，受載后，由于若兩個(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)力稱為部應(yīng)力卻很大，這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力(contact stress)。這時(shí)零件強(qiáng)度稱為這時(shí)零件強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度接觸強(qiáng)度。如齒輪、滾動(dòng)軸承等機(jī)械零件，都是通過很小的接觸面積如齒輪、滾動(dòng)軸承等機(jī)械零件，都是通過很小的接觸面積傳遞載荷的，因此它們的承載能力不僅取決于整體強(qiáng)度，傳遞載荷的，因此它們的承載能力不僅取決于整體強(qiáng)度，還取決于表面的接觸強(qiáng)度。還取

27、決于表面的接觸強(qiáng)度。 根據(jù)彈性力學(xué)分析可知，當(dāng)兩個(gè)軸線平行的圓柱體相互接根據(jù)彈性力學(xué)分析可知，當(dāng)兩個(gè)軸線平行的圓柱體相互接觸并受壓時(shí)，其最大接觸應(yīng)力為：觸并受壓時(shí)，其最大接觸應(yīng)力為： 222121211111EEBFH 正號用于外接觸，而負(fù)號用于內(nèi)接觸。正號用于外接觸，而負(fù)號用于內(nèi)接觸。內(nèi)接觸時(shí)較小， Hmax較小，約為外接觸時(shí)的48%，故重載情況下采用內(nèi)接觸，有利于提高承載能力或降低接觸副的尺寸。 表面接觸疲勞強(qiáng)度的計(jì)算準(zhǔn)則：表面接觸疲勞強(qiáng)度的計(jì)算準(zhǔn)則： HHHPHSlim接觸疲勞接觸疲勞極限應(yīng)力極限應(yīng)力接觸疲勞接觸疲勞安全系數(shù)安全系數(shù)許用接許用接觸應(yīng)力觸應(yīng)力失效形式失效形式 靜應(yīng)力：表面壓

28、碎靜應(yīng)力：表面壓碎 脆性材料脆性材料, 表面塑性變形表面塑性變形塑性材料塑性材料 變應(yīng)力：變應(yīng)力：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)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)約作用下，首先在表層內(nèi)約151525m25m處產(chǎn)生初始疲勞裂紋，在兩接觸表面的相處產(chǎn)生初始疲勞裂紋，在兩接觸表面的相互運(yùn)動(dòng)中，潤滑油被擠入裂紋內(nèi)，運(yùn)動(dòng)表面將裂紋口封死，形成高壓油，促使互運(yùn)動(dòng)中，潤滑油被擠入裂紋內(nèi)，運(yùn)動(dòng)表面將裂紋口封死，形成高壓油，促使裂紋擴(kuò)展。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定深度以后，就導(dǎo)致表層金屬呈小片狀剝落下來，裂紋擴(kuò)展。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定深度以后，就導(dǎo)致表層金屬

29、呈小片狀剝落下來，而在零件表面形成一些小坑。這種現(xiàn)象稱為疲勞點(diǎn)蝕而在零件表面形成一些小坑。這種現(xiàn)象稱為疲勞點(diǎn)蝕(fatigue pitting)(fatigue pitting)。 發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕后，減少了接觸面積，損壞了零件的光滑表面，發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕后，減少了接觸面積，損壞了零件的光滑表面，因而也降低了承載能力，并引起振動(dòng)和噪音。疲勞點(diǎn)蝕常是齒輪、因而也降低了承載能力，并引起振動(dòng)和噪音。疲勞點(diǎn)蝕常是齒輪、滾動(dòng)軸承等零件的主要失效形式。滾動(dòng)軸承等零件的主要失效形式。 提高接觸疲勞強(qiáng)度的措施提高接觸疲勞強(qiáng)度的措施 1）控制最大接觸應(yīng)力）控制最大接觸應(yīng)力 2）提高接觸表面硬度，改善表面加工質(zhì)量）提高接

30、觸表面硬度，改善表面加工質(zhì)量 3）增大綜合曲率半徑）增大綜合曲率半徑 4）改外接觸為內(nèi)接觸，點(diǎn)接觸）改外接觸為內(nèi)接觸，點(diǎn)接觸線接觸線接觸 5）采用高粘度潤滑油）采用高粘度潤滑油 例題例題6 6 某零件鋼材的某零件鋼材的 ， ， ，工作中危險(xiǎn)斷面的綜合影響系數(shù)工作中危險(xiǎn)斷面的綜合影響系數(shù) 。試求：。試求：1 1）畫出該零件的極限應(yīng)力圖（要求按比例畫出）；）畫出該零件的極限應(yīng)力圖（要求按比例畫出）；2 2）畫出應(yīng)力循環(huán)特性）畫出應(yīng)力循環(huán)特性r=0.6r=0.6的射線；的射線；3 3）若安全系數(shù)）若安全系數(shù) ，求出循環(huán)特性，求出循環(huán)特性r=0.6r=0.6時(shí)該零件允許的最大時(shí)該零件允許的最大工作應(yīng)力工作應(yīng)力 。MPa2401 MPa450S 2 . 0 0 . 2 Kmax 2 S解:1.零件極限應(yīng)力圖)120 0() 0(-1，故故AKA： 2 . 02001 MPa2002 . 1210 ：所所以以ACDa0mGMPa100220020 K100MPaa/ 0amMP/100200300400極限應(yīng)力圖:許用疲勞極限曲線)100 200( )22( 00，DKD )0 450()0 (，CCS G)120, 0( A)100,200( D)0 ,450(C45(2)(2)畫出應(yīng)力畫出應(yīng)