第3章 機(jī)械零件強(qiáng)度(2012)

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 一、一、載荷的分類(lèi)載荷的分類(lèi) 1 1）循環(huán)變載荷）循環(huán)變載荷 a) a) 穩(wěn)定循環(huán)變載荷穩(wěn)定循環(huán)變載荷 b) b) 不穩(wěn)定循環(huán)變載荷不穩(wěn)定循環(huán)變載荷2 2）隨機(jī)變載荷）隨機(jī)變載荷靜載荷靜載荷: :載荷的大小或方向不隨時(shí)間變化或變化極緩慢。載荷的大小或方向不隨時(shí)間變化或變化極緩慢。 變載荷：變載荷：載荷：載荷：1 1）名義載荷）名義載荷: :在理想的平穩(wěn)工作條件下作用在在理想的平穩(wěn)工作條件下作用在 零件上的載荷。零件上的載荷。 2 2）計(jì)算載荷）計(jì)算載荷: :是名義載荷與載荷系數(shù)的乘積。是名義載荷與載荷系數(shù)的乘積。 隨機(jī)變應(yīng)力隨機(jī)變應(yīng)力靜應(yīng)力靜應(yīng)力規(guī)律

2、性不穩(wěn)定變應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力二、應(yīng)力的分類(lèi)二、應(yīng)力的分類(lèi)1 1、應(yīng)力種類(lèi)、應(yīng)力種類(lèi)變應(yīng)力：變應(yīng)力：不穩(wěn)定變應(yīng)力不穩(wěn)定變應(yīng)力 隨機(jī)變應(yīng)隨機(jī)變應(yīng)力力 穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力2、穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的基本參數(shù)和種類(lèi)的基本參數(shù)和種類(lèi) a)a) 基本參數(shù)基本參數(shù) 應(yīng)力循環(huán)特性應(yīng)力循環(huán)特性am maxam min2minmax m2minmax amaxmin 最大應(yīng)力最大應(yīng)力最小應(yīng)力最小應(yīng)力平均應(yīng)力平均應(yīng)力應(yīng)力幅應(yīng)力幅11 b) b) 穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力種類(lèi)：穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力種類(lèi)： -1 -1 +1+1不對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力不對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 =+1 =+1 靜應(yīng)力靜應(yīng)力 = 1 = 1 對(duì)稱循環(huán)變

3、應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 = 0 = 0 脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力非對(duì)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 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力：對(duì)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：靜應(yīng)力：靜應(yīng)力：minmaxm, 0 amama 22, 0maxmin minmax, 0 a 注意：靜應(yīng)力只能由靜載荷產(chǎn)生，而變應(yīng)力可能由變載注意：靜應(yīng)力只能由靜載荷產(chǎn)生，而變應(yīng)力可能由變載荷產(chǎn)生，也可能由靜載荷產(chǎn)生。荷產(chǎn)生，也可能由靜載荷產(chǎn)生。名義應(yīng)力名義應(yīng)力由名義載荷產(chǎn)生的應(yīng)力由名義載荷產(chǎn)生的應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力由計(jì)算載荷產(chǎn)生的應(yīng)力由計(jì)算載荷產(chǎn)生的應(yīng)力 )( )(ca

4、ca 3 3）名義應(yīng)力和計(jì)算應(yīng)力）名義應(yīng)力和計(jì)算應(yīng)力例：設(shè)有一零件受變應(yīng)力作用，已知變應(yīng)力的平均應(yīng)力例：設(shè)有一零件受變應(yīng)力作用，已知變應(yīng)力的平均應(yīng)力 189Mpa189Mpa，應(yīng)力幅為，應(yīng)力幅為 129Mpa129Mpa，試求該變應(yīng)力的循，試求該變應(yīng)力的循環(huán)特征環(huán)特征r r。 一、單向應(yīng)力下的塑性零件一、單向應(yīng)力下的塑性零件 強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件： 或或 ssscasca sssscascacasca二、二、復(fù)合應(yīng)力時(shí)的塑性材料零件復(fù)合應(yīng)力時(shí)的塑性材料零件l按第三或第四強(qiáng)度理論對(duì)彎扭復(fù)合應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算按第三或第四強(qiáng)度理論對(duì)彎扭復(fù)合應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算 由第三強(qiáng)度理論由第三強(qiáng)度理論（最大剪應(yīng)力理論）

5、（最大剪應(yīng)力理論） 由第四強(qiáng)度理論：由第四強(qiáng)度理論： （最大變形能理論）（最大變形能理論） ssca/422 ssca/322 sssssca 222)( ssssssca 22 復(fù)合應(yīng)力復(fù)合應(yīng)力計(jì)算安全系數(shù)計(jì)算安全系數(shù)為為：三、三、脆性材料與低塑性材脆性材料與低塑性材l脆性材料極限應(yīng)力：脆性材料極限應(yīng)力： （強(qiáng)度極限）（強(qiáng)度極限）1 1、單向應(yīng)力狀態(tài)、單向應(yīng)力狀態(tài) 強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件： 或或 或或B sBca sscaBca sBca sscaBca 失效形式：斷裂失效形式：斷裂 按第一強(qiáng)度條件：按第一強(qiáng)度條件： （最大主應(yīng)力理論）（最大主應(yīng)力理論） 注意：注意：低塑性材料（低溫回火的高強(qiáng)度

6、鋼）低塑性材料（低溫回火的高強(qiáng)度鋼） 強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)計(jì)入應(yīng)力集中的影響強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)計(jì)入應(yīng)力集中的影響 脆性材料（鑄鐵）脆性材料（鑄鐵） 強(qiáng)度計(jì)算不考慮應(yīng)力集中強(qiáng)度計(jì)算不考慮應(yīng)力集中一般工作期內(nèi)應(yīng)力變化次數(shù)一般工作期內(nèi)應(yīng)力變化次數(shù)10103 3（10104 4）按靜應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算）按靜應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算sBca )4(2122ssBca 2242 2 2、復(fù)合應(yīng)力下工作的零件、復(fù)合應(yīng)力下工作的零件 1 1、失效形式：疲勞（破壞）（斷裂）、失效形式：疲勞（破壞）（斷裂） 2 2、疲勞破壞特征：、疲勞破壞特征： 1 1）斷裂過(guò)程：）斷裂過(guò)程：產(chǎn)生初始裂紋產(chǎn)生初始裂紋 （應(yīng)力較大處）（應(yīng)力較大處） 裂紋尖端在切應(yīng)力

7、作用下，反復(fù)擴(kuò)裂紋尖端在切應(yīng)力作用下，反復(fù)擴(kuò) 展，直至產(chǎn)生疲勞裂紋。展，直至產(chǎn)生疲勞裂紋。 2 2）斷裂面：）斷裂面：光滑區(qū)（疲勞發(fā)展區(qū)）光滑區(qū)（疲勞發(fā)展區(qū)） 粗糙區(qū)（脆性斷裂區(qū)）粗糙區(qū)（脆性斷裂區(qū)） 3 3）無(wú)明顯塑性變形的脆性突然斷裂）無(wú)明顯塑性變形的脆性突然斷裂 4 4）破壞時(shí)的應(yīng)力（疲勞極限）遠(yuǎn)小于材料的屈服極限）破壞時(shí)的應(yīng)力（疲勞極限）遠(yuǎn)小于材料的屈服極限 一、變應(yīng)力作用下機(jī)械零件的失效特征一、變應(yīng)力作用下機(jī)械零件的失效特征3 3、疲勞破壞的機(jī)理：損傷的累積、疲勞破壞的機(jī)理：損傷的累積4 4、影響因素：不僅與材料性能有關(guān)，變應(yīng)力的循環(huán)特性，、影響因素：不僅與材料性能有關(guān)，變應(yīng)力的循環(huán)

8、特性， 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，應(yīng)力幅都對(duì)疲勞極限有很大影響應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，應(yīng)力幅都對(duì)疲勞極限有很大影響。)(NN NN 二、材料的疲勞曲線和極限應(yīng)力圖二、材料的疲勞曲線和極限應(yīng)力圖疲勞極限，循環(huán)特性疲勞極限，循環(huán)特性r r下應(yīng)力循環(huán)下應(yīng)力循環(huán)N N次后材次后材料不發(fā)生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力稱為材料料不發(fā)生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力稱為材料的疲勞極限。的疲勞極限。疲勞壽命（疲勞壽命（N N）材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N N1 1、疲勞曲線：、疲勞曲線： 應(yīng)力循環(huán)特性一定時(shí)，材料的疲勞極限與應(yīng)力循環(huán)特性一定時(shí)，材料的疲勞極限與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)之間關(guān)系的曲線應(yīng)力循環(huán)次數(shù)之間關(guān)系的

9、曲線No No 循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù) 持久極限持久極限ONN0NN有限壽命區(qū)N無(wú)限壽命區(qū)1 1）有限壽命區(qū)）有限壽命區(qū) 當(dāng)當(dāng)N N10N10103 3(10(104 4)高周循環(huán)疲勞當(dāng)高周循環(huán)疲勞當(dāng) 時(shí)隨循環(huán)次數(shù)時(shí)隨循環(huán)次數(shù)疲勞極限疲勞極限。043)10(10NN ONN0NN有限壽命區(qū)N無(wú)限壽命區(qū)l注意：有色金屬和高強(qiáng)度合金鋼無(wú)無(wú)限壽命區(qū)。注意：有色金屬和高強(qiáng)度合金鋼無(wú)無(wú)限壽命區(qū)。2 2）無(wú)限壽命區(qū)）無(wú)限壽命區(qū)0NN N持久極限持久極限對(duì)稱循環(huán)：對(duì)稱循環(huán)：脈動(dòng)循環(huán)：脈動(dòng)循環(huán)：0 0 1 1 ONN0NN有限壽命區(qū)N無(wú)限壽命區(qū) 3 3）疲勞曲線方程）疲勞曲線方程)10(10(043NN CNNmm

10、N 0 NmNKNN0 疲勞極限疲勞極限mNNNK0 壽命系數(shù)壽命系數(shù)幾點(diǎn)說(shuō)明：幾點(diǎn)說(shuō)明： N No o 硬度硬度350HBS350HBS鋼，鋼， No=10No=107 7 350HBS 350HBS鋼，鋼，No=(10 -25)x10No=(10 -25)x107 7有色金屬有色金屬( (無(wú)無(wú)水平部分水平部分) )，規(guī)定當(dāng)，規(guī)定當(dāng)No25x10No25x107 7時(shí)時(shí), ,近似為無(wú)限壽命區(qū)近似為無(wú)限壽命區(qū) m m材料常數(shù)材料常數(shù), ,與應(yīng)力及材料的種類(lèi)有關(guān)。與應(yīng)力及材料的種類(lèi)有關(guān)。 鋼鋼 m=9m=9拉、彎應(yīng)力、剪應(yīng)力拉、彎應(yīng)力、剪應(yīng)力 m=6m=6接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力 青銅青銅 m=9m=9

11、彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力 m=8m=8接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力 應(yīng)力循環(huán)特性越大，材料的疲勞極限與持久極限越大，應(yīng)力循環(huán)特性越大，材料的疲勞極限與持久極限越大，對(duì)零件強(qiáng)度越有利。對(duì)零件強(qiáng)度越有利。 對(duì)稱循環(huán)（應(yīng)力循環(huán)特性對(duì)稱循環(huán)（應(yīng)力循環(huán)特性= -1）最不利）最不利2 2、材料的疲勞極限應(yīng)力圖、材料的疲勞極限應(yīng)力圖( (等壽命應(yīng)力圖等壽命應(yīng)力圖) ) 同一種材料在不同的應(yīng)力循環(huán)特性下的疲勞極限的特同一種材料在不同的應(yīng)力循環(huán)特性下的疲勞極限的特性。性。 （ 圖）圖） l 對(duì)任何材料（標(biāo)準(zhǔn)試件）而言，在一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)對(duì)任何材料（標(biāo)準(zhǔn)試件）而言，在一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N N下，對(duì)下，對(duì)不同的應(yīng)力循環(huán)特性有不同的持

12、久極限，即每種應(yīng)力循環(huán)特性下不同的應(yīng)力循環(huán)特性有不同的持久極限，即每種應(yīng)力循環(huán)特性下都對(duì)應(yīng)著該材料的最大應(yīng)力都對(duì)應(yīng)著該材料的最大應(yīng)力 ，再由應(yīng)力循，再由應(yīng)力循環(huán)特性可求出環(huán)特性可求出 以及以及 和和maxmin m limmaxa 以以 為橫坐標(biāo)、為橫坐標(biāo)、 為縱坐標(biāo)為縱坐標(biāo)，即可得材料在不同應(yīng)力循即可得材料在不同應(yīng)力循環(huán)特性下的極限環(huán)特性下的極限 和和 的關(guān)系圖。的關(guān)系圖。m m a a m a 如圖所示，曲線上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)著不同應(yīng)力循環(huán)特性下的材料疲如圖所示，曲線上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)著不同應(yīng)力循環(huán)特性下的材料疲勞極限勞極限45OBs45CmBGADaAA對(duì)稱疲勞極限點(diǎn)對(duì)稱疲勞極限點(diǎn) DD脈動(dòng)疲勞極限點(diǎn)脈

13、動(dòng)疲勞極限點(diǎn) C C 屈服極限點(diǎn)屈服極限點(diǎn) B B 強(qiáng)度極限點(diǎn)強(qiáng)度極限點(diǎn) 對(duì)稱極限點(diǎn)對(duì)稱極限點(diǎn) 強(qiáng)度極限點(diǎn)強(qiáng)度極限點(diǎn) 脈動(dòng)疲勞極限點(diǎn)脈動(dòng)疲勞極限點(diǎn) 屈服極限點(diǎn)屈服極限點(diǎn) 簡(jiǎn)化極限應(yīng)力線圖：簡(jiǎn)化極限應(yīng)力線圖：簡(jiǎn)化極限應(yīng)力圖簡(jiǎn)化極限應(yīng)力圖 作法：考慮材料的最大應(yīng)力不超過(guò)疲勞極限，得作法：考慮材料的最大應(yīng)力不超過(guò)疲勞極限，得 及延長(zhǎng)線及延長(zhǎng)線 考慮塑性材料的最大應(yīng)力不超過(guò)屈服極限，得考慮塑性材料的最大應(yīng)力不超過(guò)屈服極限，得), 0(1 Aam 1max, 1, 0)0 ,(BB 1, 0limmax Bma)2,2(00 D 22max ma0 20 ma)0 ,(sC CGDA CG DA 簡(jiǎn)化極

14、限應(yīng)力線圖：簡(jiǎn)化極限應(yīng)力線圖：簡(jiǎn)化極限應(yīng)力圖簡(jiǎn)化極限應(yīng)力圖 作法：考慮材料的最大應(yīng)力不超過(guò)疲勞極限，得及延長(zhǎng)線作法：考慮材料的最大應(yīng)力不超過(guò)疲勞極限，得及延長(zhǎng)線 考慮塑性材料的最大應(yīng)力不超過(guò)屈服極限，得考慮塑性材料的最大應(yīng)力不超過(guò)屈服極限，得CGDA 45OBs45CmBGADa 上各點(diǎn)：上各點(diǎn)： 如果如果 不會(huì)疲勞破壞不會(huì)疲勞破壞 上各點(diǎn)：上各點(diǎn)： 如果如果 不會(huì)屈服破壞不會(huì)屈服破壞 GA CG am limmaxsam limmaxmaxmax s max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)，工作應(yīng)力點(diǎn)離折線越遠(yuǎn)，安全程度

15、愈高。效區(qū)，工作應(yīng)力點(diǎn)離折線越遠(yuǎn)，安全程度愈高。 材料的簡(jiǎn)化極材料的簡(jiǎn)化極限應(yīng)力線圖，可限應(yīng)力線圖，可根據(jù)材料的三個(gè)根據(jù)材料的三個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù) 和和 得出。得出。 45OBs45CmBGADa01 -，s由于實(shí)際機(jī)械零件與標(biāo)準(zhǔn)試件之間在由于實(shí)際機(jī)械零件與標(biāo)準(zhǔn)試件之間在絕對(duì)尺寸、表面狀態(tài)、絕對(duì)尺寸、表面狀態(tài)、應(yīng)力集中、環(huán)境介質(zhì)應(yīng)力集中、環(huán)境介質(zhì)等方面往往有差異，其中尤以等方面往往有差異，其中尤以應(yīng)力集中、應(yīng)力集中、零件尺寸和表面狀態(tài)零件尺寸和表面狀態(tài)三項(xiàng)因素對(duì)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度影響最大三項(xiàng)因素對(duì)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度影響最大。 三、影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的主要因素和三、影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的主要因

16、素和零件極限應(yīng)力圖零件極限應(yīng)力圖1 1、應(yīng)力集中的影響、應(yīng)力集中的影響有效應(yīng)力集中系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù) 零件受載時(shí)，在幾何形狀突變處（圓角、凹槽、孔等）要零件受載時(shí)，在幾何形狀突變處（圓角、凹槽、孔等）要產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力集中的敏感程度與零件的材料有關(guān)，產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力集中的敏感程度與零件的材料有關(guān)，一般一般材料強(qiáng)度越高，硬度越高，對(duì)應(yīng)力集中越敏感材料強(qiáng)度越高，硬度越高，對(duì)應(yīng)力集中越敏感 。 max max )( kk )1(1)1(1 qkqk)( qq ,)( 應(yīng)力集中源處最大應(yīng)力應(yīng)力集中源處最大應(yīng)力 應(yīng)力集中源處名義應(yīng)力應(yīng)力集中源處名義應(yīng)力 為考慮零件幾何形狀的理論應(yīng)力集為考慮零件幾何

17、形狀的理論應(yīng)力集中系數(shù)中系數(shù) 材料對(duì)應(yīng)力集中的敏感系數(shù)材料對(duì)應(yīng)力集中的敏感系數(shù) )(maxmax )1(1)1(1 qkqk由于零件尺寸愈大時(shí)，材料的晶粒較粗，出現(xiàn)缺陷的概率大，由于零件尺寸愈大時(shí)，材料的晶粒較粗，出現(xiàn)缺陷的概率大，而機(jī)械加工后表面冷作硬化層相對(duì)較薄，所以對(duì)零件疲勞強(qiáng)度而機(jī)械加工后表面冷作硬化層相對(duì)較薄，所以對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的不良影響愈顯著。的不良影響愈顯著。 3 3、表面狀態(tài)的影響、表面狀態(tài)的影響 1 1）表面質(zhì)量系數(shù)）表面質(zhì)量系數(shù)零件加工的表面質(zhì)量（主要指表面粗糙度）對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。零件加工的表面質(zhì)量（主要指表面粗糙度）對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。 鋼的鋼的 越高，表面愈粗糙，越高，

18、表面愈粗糙， 愈低愈低 B )( 強(qiáng)化處理強(qiáng)化處理淬火、滲氮、滲碳、熱處理、拋光、噴丸、滾壓等。淬火、滲氮、滲碳、熱處理、拋光、噴丸、滾壓等。2 2）表面強(qiáng)化系數(shù)）表面強(qiáng)化系數(shù)考慮對(duì)零件進(jìn)行不同的強(qiáng)化處理，對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響考慮對(duì)零件進(jìn)行不同的強(qiáng)化處理，對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響。)( q 2 2、零件尺寸的影響、零件尺寸的影響尺寸系數(shù)尺寸系數(shù) )( 應(yīng)力集中，零件尺寸和表面狀態(tài)應(yīng)力集中，零件尺寸和表面狀態(tài) 只對(duì)只對(duì)應(yīng)力幅應(yīng)力幅 有影響，而對(duì)平均應(yīng)力有影響，而對(duì)平均應(yīng)力 無(wú)影響無(wú)影響試驗(yàn)而得試驗(yàn)而得 q ,a m 4、綜合影響系數(shù)、綜合影響系數(shù) 和零件的極限應(yīng)力圖和零件的極限應(yīng)力圖綜合影響系數(shù)表示

19、了材料極限應(yīng)力幅與零件極限應(yīng)力幅的比值綜合影響系數(shù)表示了材料極限應(yīng)力幅與零件極限應(yīng)力幅的比值)( KK)()()()(11勞極限零件試件對(duì)稱循環(huán)的疲勞極限標(biāo)準(zhǔn)試件對(duì)稱循環(huán)的疲對(duì)稱循環(huán)零件的極限應(yīng)力幅標(biāo)準(zhǔn)試件的極限應(yīng)力幅eaeaK1 1）綜合影響系數(shù)）綜合影響系數(shù))(KKqqkKkK 1)11(1)11( 2 2、零件的極限應(yīng)力圖、零件的極限應(yīng)力圖 由于由于 只對(duì)只對(duì) 有影響，而對(duì)有影響，而對(duì) 無(wú)影響，無(wú)影響，在材料的在材料的極限應(yīng)力圖極限應(yīng)力圖 A A D D G G C C上幾個(gè)上幾個(gè)特殊點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)入特殊點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)入 影響。影響。 Km K零件脈動(dòng)循環(huán)疲勞點(diǎn)零件脈動(dòng)循環(huán)疲勞點(diǎn) )/, 0(1kA

20、)2/, 2/(00kD零件對(duì)稱循環(huán)疲勞點(diǎn)零件對(duì)稱循環(huán)疲勞點(diǎn)/K0/2KO45C(s,0)m135GA(0,1)M(me,ae)DAD(0/2,0/2)aGAGAG許用疲勞極限曲線，許用疲勞極限曲線，GCGC屈服極限曲線屈服極限曲線 a直線直線AGAG方程方程 : :meeaeek 11meaek 1 或或 零件的材料特性零件的材料特性 0012 e 001 21 kkee標(biāo)準(zhǔn)試件中的材料特性標(biāo)準(zhǔn)試件中的材料特性直線直線CGCG方程：方程： smeae 四、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算四、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 1、 大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài)大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài) C maxmin/

21、meOaeCmNN1ADM1aGM過(guò)原點(diǎn)與工作應(yīng)力點(diǎn)過(guò)原點(diǎn)與工作應(yīng)力點(diǎn)M M或或N N作連線交作連線交ADGADG于于M M1 1 和和N N1 1 點(diǎn)，由于直點(diǎn)，由于直線上任一點(diǎn)的應(yīng)力循環(huán)特性均相同線上任一點(diǎn)的應(yīng)力循環(huán)特性均相同, , M M1 1 和和N N1 1 點(diǎn)即為所求的極限點(diǎn)即為所求的極限應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)力點(diǎn) 。常常數(shù)數(shù) 112/ )(2/ )(minmaxminmaxmameOaeCmNN1ADM1aGMa)a)當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位于于OAGOAG內(nèi)內(nèi) 極限應(yīng)力為疲勞極限，極限應(yīng)力為疲勞極限，按疲勞強(qiáng)度計(jì)算。按疲勞強(qiáng)度計(jì)算。mamaammeaeekk max11maxlim)(

22、零件的極限應(yīng)力，零件的極限應(yīng)力，即疲勞極限為：即疲勞極限為：強(qiáng)度條件為：強(qiáng)度條件為： sksmaeca 1maxmaxmaxlimb)b)工作應(yīng)力點(diǎn)位工作應(yīng)力點(diǎn)位于于OGCOGC內(nèi)內(nèi)極限應(yīng)力為屈服極限極限應(yīng)力為屈服極限，按靜強(qiáng)度計(jì)算按靜強(qiáng)度計(jì)算ssamsseca maxmaxlim2、 振動(dòng)中的受載彈簧的應(yīng)力狀態(tài)振動(dòng)中的受載彈簧的應(yīng)力狀態(tài)cm 需在需在極限應(yīng)力圖上找一個(gè)其平均應(yīng)力與工作應(yīng)力相同的極限極限應(yīng)力圖上找一個(gè)其平均應(yīng)力與工作應(yīng)力相同的極限應(yīng)力應(yīng)力，如圖，過(guò)工作應(yīng)力點(diǎn)如圖，過(guò)工作應(yīng)力點(diǎn)M M（N N）作與縱軸平行的軸線交）作與縱軸平行的軸線交AGCAGC于于M M2 2 （N N2 2

23、）點(diǎn)，即為極限應(yīng)力點(diǎn)）點(diǎn)，即為極限應(yīng)力點(diǎn) NOHmCMM2ADGN2aa) a) 當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位位 于于OAGHOAGH區(qū)域區(qū)域極限應(yīng)力為極限應(yīng)力為疲勞極限疲勞極限 強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件： skksammeca )()(1maxmaxmaxlim b b）工作應(yīng)力點(diǎn)）工作應(yīng)力點(diǎn)位于位于GHCGHC區(qū)域區(qū)域極限應(yīng)力為極限應(yīng)力為屈服極限屈服極限 強(qiáng)度條件為：強(qiáng)度條件為： ssamseca maxlim 3、 軸向變載荷的緊螺栓聯(lián)接中的螺栓應(yīng)力狀態(tài)軸向變載荷的緊螺栓聯(lián)接中的螺栓應(yīng)力狀態(tài) c min 過(guò)工作應(yīng)力點(diǎn)過(guò)工作應(yīng)力點(diǎn)M M（N N）作與橫坐標(biāo)成）作與橫坐標(biāo)成4545的直線的直線，則這

24、直線則這直線任一點(diǎn)的最小應(yīng)力任一點(diǎn)的最小應(yīng)力 均相同，均相同，直線與極直線與極限應(yīng)力線圖交點(diǎn)限應(yīng)力線圖交點(diǎn) 即為所求極限應(yīng)力點(diǎn)。即為所求極限應(yīng)力點(diǎn)。 cam min am min)(33NM minMaOminN45CmM3AJGN3MN45LIminMaOminN45CmM3AJGN3MN45LIa)a)工作應(yīng)力點(diǎn)位于工作應(yīng)力點(diǎn)位于OJGIOJGI區(qū)域內(nèi)區(qū)域內(nèi)求求AGAG與與MMMM3 3 的交點(diǎn)的交點(diǎn): :aememeeaeekk 11aeamaeme min kkmeaeemin1maxlim)(2 SkkkkSaameca )2)()(2)()(2minmin1min1maxlim 強(qiáng)

25、度條件強(qiáng)度條件: :極限應(yīng)力為疲勞極限，極限應(yīng)力為疲勞極限，按按疲勞強(qiáng)度計(jì)算疲勞強(qiáng)度計(jì)算minMaOminN45CmM3AJGN3MN45LIc c）工作應(yīng)力位于）工作應(yīng)力位于OAJOAJ區(qū)域內(nèi)區(qū)域內(nèi)),(3aemeN esaemelim SSasamseca 2minmaxlimmin b)b)工作應(yīng)力點(diǎn)位于工作應(yīng)力點(diǎn)位于IGCIGC區(qū)域區(qū)域極限應(yīng)力為屈服極限極限應(yīng)力為屈服極限按靜強(qiáng)度計(jì)算按靜強(qiáng)度計(jì)算極限應(yīng)力點(diǎn)為極限應(yīng)力點(diǎn)為靜強(qiáng)度條件靜強(qiáng)度條件為負(fù)值，工程中罕見(jiàn)，故為負(fù)值，工程中罕見(jiàn)，故不作考慮。不作考慮。 5 5）等效應(yīng)力幅）等效應(yīng)力幅 mNNN0 maadk 注意：注意：1 1）若零件所

26、受應(yīng)力變化規(guī)律不能肯定，一般采用）若零件所受應(yīng)力變化規(guī)律不能肯定，一般采用 =C =C的情的情況計(jì)算。況計(jì)算。2 2）上述計(jì)算均為按無(wú)限壽命進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，若按有限壽命要）上述計(jì)算均為按無(wú)限壽命進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，若按有限壽命要求設(shè)計(jì)零件時(shí)，即應(yīng)力循環(huán)次數(shù)求設(shè)計(jì)零件時(shí)，即應(yīng)力循環(huán)次數(shù)10103 3(10(104 4) )NNNNo o時(shí)，這時(shí)上時(shí)，這時(shí)上述公式中的極限應(yīng)力應(yīng)為有限壽命的疲勞極限述公式中的極限應(yīng)力應(yīng)為有限壽命的疲勞極限 ，即應(yīng)以，即應(yīng)以-1N-1N 代代-1-1 ，以，以oNoN代代o o3 3）當(dāng)未知工作應(yīng)力點(diǎn)所在區(qū)域時(shí)，應(yīng)）當(dāng)未知工作應(yīng)力點(diǎn)所在區(qū)域時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮可能出現(xiàn)的兩同時(shí)考慮可

27、能出現(xiàn)的兩種情況。種情況。4 4）對(duì)切應(yīng)力上述公式同樣適用，只需將）對(duì)切應(yīng)力上述公式同樣適用，只需將改為改為即可即可。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 1 1、對(duì)稱循環(huán)穩(wěn)定變應(yīng)力、對(duì)稱循環(huán)穩(wěn)定變應(yīng)力 當(dāng)零件剖面上同時(shí)作用著相位相同的縱向和切向?qū)ΨQ循環(huán)，當(dāng)零件剖面上同時(shí)作用著相位相同的縱向和切向?qū)ΨQ循環(huán)，穩(wěn)定變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力a a和和a a時(shí)，經(jīng)試驗(yàn)后極限應(yīng)力關(guān)系為時(shí)，經(jīng)試驗(yàn)后極限應(yīng)力關(guān)系為1)()(2121 eaea a a , , aa 同時(shí)作用正應(yīng)力和切應(yīng)力的應(yīng)力同時(shí)作用正應(yīng)力和切應(yīng)力的應(yīng)力幅極限值（幅極限值（ , , 同時(shí)作用同時(shí)作用 ）-1e-1e

28、, , -1e -1e 為零件對(duì)稱循環(huán)正應(yīng)力和切應(yīng)力為零件對(duì)稱循環(huán)正應(yīng)力和切應(yīng)力時(shí)疲勞極限（時(shí)疲勞極限（ , , 單獨(dú)作用）單獨(dú)作用） 在以在以 的坐標(biāo)系中為一個(gè)單位圓的坐標(biāo)系中為一個(gè)單位圓 eaea11 maxmax, 1 aa圓弧圓弧AMAMB B任何一點(diǎn)即代表一對(duì)極限應(yīng)力任何一點(diǎn)即代表一對(duì)極限應(yīng)力a a 和和a a ，如，如果工作應(yīng)力點(diǎn)果工作應(yīng)力點(diǎn)M M（ ）在極限圓以內(nèi)，則是安全的。）在極限圓以內(nèi)，則是安全的。M M點(diǎn)所點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的極限應(yīng)力點(diǎn)對(duì)應(yīng)的極限應(yīng)力點(diǎn)M M 確定時(shí)，一般認(rèn)為確定時(shí)，一般認(rèn)為 比值不變（多數(shù)比值不變（多數(shù)情況如此），情況如此）， M M 點(diǎn)在點(diǎn)在OMOM直線的延長(zhǎng)線上，如圖所示直線的延長(zhǎng)線上，如圖所示M M eaea11, aa /Aa/1eC COD DMM Ba/1e22SSSSSODDOOCCOOMMOSca 強(qiáng)度條件為：強(qiáng)度條件為： 零件只受對(duì)稱循環(huán)切應(yīng)零件只受對(duì)稱循環(huán)切應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù)力時(shí)的安全系數(shù) aeS 1 aeS 1 零件只受對(duì)稱循環(huán)正應(yīng)零件只受對(duì)稱循環(huán)正應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù)力時(shí)的安全系數(shù)3-4 3-4 機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度1 1、接觸應(yīng)力、接觸