互換性課件03第三章

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 了解材料的疲勞曲線及極限應(yīng)力曲線的意義及用途，了解材料的疲勞曲線及極限應(yīng)力曲線的意義及用途，能繪制零件的極限應(yīng)力簡(jiǎn)化線圖；能繪制零件的極限應(yīng)力簡(jiǎn)化線圖； 了解應(yīng)力等效轉(zhuǎn)化的概念；了解應(yīng)力等效轉(zhuǎn)化的概念； 掌握單向變應(yīng)力的強(qiáng)度計(jì)算方法；掌握單向變應(yīng)力的強(qiáng)度計(jì)算方法； 了解疲勞損傷累積假說(shuō)的意義及應(yīng)用方法；了解疲勞損傷累積假說(shuō)的意義及應(yīng)用方法； 了解雙向變應(yīng)力的強(qiáng)度校核方法；了解雙向變應(yīng)力的強(qiáng)度校核方法； 會(huì)查用本章附錄中的有關(guān)線圖及數(shù)表。會(huì)查用本章附錄中的有關(guān)線圖及數(shù)表。 基本要求與重點(diǎn)：基本要求與重點(diǎn)：一、表征疲勞特性的參數(shù)一、表征疲勞特性的參數(shù)sm

2、平均應(yīng)力；sa應(yīng)力幅值smax最大應(yīng)力；smin最小應(yīng)力r 應(yīng)力比（循環(huán)特性）N應(yīng)力循環(huán)次數(shù)3-1 3-1 材料的疲勞特性材料的疲勞特性3-1 3-1 材料的疲勞特性材料的疲勞特性r = -1對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力r =0脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力r =1靜應(yīng)力靜應(yīng)力-1r1(r0)非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力2minmaxmsss2minmaxasssmaxminssrammaxsssamminsss3-1 3-1 材料的疲勞特性材料的疲勞特性)(DCmrNNNNCNsCNN0mrmrNss二、二、 s s N疲勞曲線疲勞曲線( (r r一定一定) )NKNNrm0rrNssss sN 疲勞

3、曲線疲勞曲線AB段：靜應(yīng)力強(qiáng)度靜應(yīng)力強(qiáng)度 ，N 103BC段：低周疲勞（低周疲勞（應(yīng)變疲勞應(yīng)變疲勞），）， 103 N 104 ，N ， maxCD段:有限壽命疲勞有限壽命疲勞，N 104 )DrrNNN（ssD點(diǎn)以后：無(wú)限壽命疲勞點(diǎn)以后：無(wú)限壽命疲勞，r 應(yīng)力比應(yīng)力比N 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)m 材料常數(shù)材料常數(shù)高周疲勞高周疲勞低周疲勞低周疲勞3-1 3-1 材料的疲勞特性材料的疲勞特性GSsas1 -sAOmsC20s20s三、等壽命疲勞曲線（極限應(yīng)力線圖）、等壽命疲勞曲線（極限應(yīng)力線圖）DA （0 0， -1-1）r r-1-1， mm0 0， a a maxmax -1 -1 C （

4、 S S ，0 0 ） r r1 1， a a 0, 0, mm s s D （ ， ）r r0 0， a a mm = = 20s20s2maxs20s45 ma1sssssmasssC上任一點(diǎn)代表上任一點(diǎn)代表 的變應(yīng)力狀況的變應(yīng)力狀況smamaxssssGSsas1 -sAOmsC20s20sD45 3-1 3-1 材料的疲勞特性材料的疲勞特性AD上任一點(diǎn)代表一定循上任一點(diǎn)代表一定循環(huán)特性時(shí)的疲勞極限環(huán)特性時(shí)的疲勞極限為試件受循環(huán)彎曲為試件受循環(huán)彎曲 應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算13-2 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)算一、零件的極限應(yīng)力線圖一

5、、零件的極限應(yīng)力線圖零件的疲勞極限零件的疲勞極限材料試件的疲勞極限材料試件的疲勞極限彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)e11sssK不對(duì)稱循環(huán)時(shí)：不對(duì)稱循環(huán)時(shí)：對(duì)稱循環(huán)時(shí)對(duì)稱循環(huán)時(shí)：aeasssK-1材料對(duì)稱循環(huán)彎材料對(duì)稱循環(huán)彎 曲疲勞極限曲疲勞極限-1e零件對(duì)稱循環(huán)彎零件對(duì)稱循環(huán)彎 曲疲勞極限曲疲勞極限a試件的極限應(yīng)力幅試件的極限應(yīng)力幅ae零件的極限應(yīng)力幅零件的極限應(yīng)力幅3-2 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A直線方程直線方程：直線直線CG 按靜應(yīng)力考慮不需修正按靜應(yīng)力考慮不需修正mea11sssssseeeKmea1ssssseK或或ADADG橫坐標(biāo)

6、不變，縱坐標(biāo)按比例改變橫坐標(biāo)不變，縱坐標(biāo)按比例改變s試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力的材料常數(shù)試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力的材料常數(shù)零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的極限應(yīng)力幅零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的極限應(yīng)力幅零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的極限平均應(yīng)力零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的極限平均應(yīng)力零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)mesaesesC直線方程：直線方程：smeaesssqkKssss11) 1(3-2 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)算各系數(shù)查取見(jiàn)附表各系數(shù)查取見(jiàn)附表機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算23-2 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)算二、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、單向穩(wěn)

7、定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算步驟：計(jì)算步驟：求得危險(xiǎn)截面的求得危險(xiǎn)截面的 s smaxmax及及s s minmin據(jù)此計(jì)算出據(jù)此計(jì)算出s smm及及s sa a標(biāo)出標(biāo)出M(M(s smm , ,s sa a ) )（或（或N N）根據(jù)應(yīng)力變化規(guī)律找到對(duì)應(yīng)的根據(jù)應(yīng)力變化規(guī)律找到對(duì)應(yīng)的極限應(yīng)力值極限應(yīng)力值SScamaxmaxlimssss強(qiáng)度計(jì)算式：強(qiáng)度計(jì)算式：由強(qiáng)度計(jì)算式求出由強(qiáng)度計(jì)算式求出s scacaSScamaxmaxlimssss3-23-2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1.rC的情況的情況Cr1r1minmaxminmaxmaSScamaxmaxlimssssSSmas

8、scasssssssmaxlim方法：方法：連接連接OM（或（或ON），與），與AGC相交，相交，得到極限應(yīng)力點(diǎn)得到極限應(yīng)力點(diǎn)M1（N1）當(dāng)當(dāng)M位于位于AOG區(qū)域時(shí)區(qū)域時(shí):meaesssmaxSKmasssss1零件疲勞強(qiáng)度條件為：零件疲勞強(qiáng)度條件為：零件疲勞強(qiáng)度條件為零件疲勞強(qiáng)度條件為:當(dāng)當(dāng)N位于位于GOC區(qū)域時(shí)：區(qū)域時(shí)：Ss ss smax由式（由式（3-16）3-23-2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2.mC的情況的情況方法：方法：過(guò)點(diǎn)過(guò)點(diǎn)M（或（或N）作縱軸平行線）作縱軸平行線M M2 2 M M2 2（或（或N N2 2 N N2 2），），與與AGC相交得到極限應(yīng)力點(diǎn)

9、相交得到極限應(yīng)力點(diǎn) M M2 2（或（或N N2 2）當(dāng)當(dāng)M位于位于AOHG區(qū)域內(nèi)時(shí)，零件強(qiáng)度條件：區(qū)域內(nèi)時(shí)，零件強(qiáng)度條件：SKKSammca)()(1maxmaxlimsssssssssssSSmasscasssssssmaxlim當(dāng)當(dāng)N位于位于CGH區(qū)域內(nèi)時(shí)，零件強(qiáng)度條件：區(qū)域內(nèi)時(shí)，零件強(qiáng)度條件：由式（由式（3-19）3-23-2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3. s smin C的情況的情況Camsssmin方法：方法：過(guò)過(guò)M（或（或N）作與橫軸夾角為）作與橫軸夾角為45的直線的直線M M2 2 M M2 2（或（或N N2 2 ），）， 與與AGC相交得到極限應(yīng)力點(diǎn)相交得

10、到極限應(yīng)力點(diǎn) M M2 2（或（或N N2 2）計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：a. AOJ區(qū)域內(nèi)：區(qū)域內(nèi)：s smin為負(fù)值；為負(fù)值；SKKSaca)2)()(2minmin1maxmaxssssssssssc. OJGI區(qū)域內(nèi)：疲勞極限區(qū)域內(nèi)：疲勞極限b. GIC區(qū)域內(nèi)：按靜強(qiáng)度計(jì)算；區(qū)域內(nèi)：按靜強(qiáng)度計(jì)算；SSmasscasssssssmaxlim3-2 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)算注注 意：意：當(dāng)難于確定應(yīng)力可能變化的規(guī)律，常采用當(dāng)難于確定應(yīng)力可能變化的規(guī)律，常采用 rC 時(shí)的公式時(shí)的公式4. 等效對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力等效對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力max

11、maxlimsssscaSSKmasssss1admaKsssss原來(lái)作用的原來(lái)作用的不對(duì)稱不對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力循環(huán)變應(yīng)力等效的等效的對(duì)稱對(duì)稱循環(huán)循環(huán)變應(yīng)力變應(yīng)力彎曲平均應(yīng)力轉(zhuǎn)化系數(shù)彎曲平均應(yīng)力轉(zhuǎn)化系數(shù)s把平均應(yīng)力折算為把平均應(yīng)力折算為等效的應(yīng)力幅等效的應(yīng)力幅式（式（317317）3-2 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0410NN rrNssslim5.較短使用期限時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算較短使用期限時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算零件應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：零件應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：carrNs,ss規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算33-2 3-2 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件的

12、疲勞強(qiáng)度計(jì)算三、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算三、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算用用統(tǒng)計(jì)方法統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算不穩(wěn)定變應(yīng)力不穩(wěn)定變應(yīng)力非規(guī)律性非規(guī)律性規(guī)律性規(guī)律性按按損傷累損傷累積積假說(shuō)假說(shuō)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算不穩(wěn)定變應(yīng)力在不穩(wěn)定變應(yīng)力在r rN N坐標(biāo)上坐標(biāo)上應(yīng)力應(yīng)力i i循環(huán)了循環(huán)了n ni i次，由次，由rN曲線可以找出僅有曲線可以找出僅有i作用作用時(shí)使材料發(fā)生疲勞破壞的循環(huán)次數(shù)時(shí)使材料發(fā)生疲勞破壞的循環(huán)次數(shù)Ni i應(yīng)力應(yīng)力1每循環(huán)一次對(duì)材料的損傷率為每循環(huán)一次對(duì)材料的損傷率為1/N1，則循環(huán)了，則循環(huán)了ni次的次的1對(duì)材對(duì)材料的損傷率即為料的損傷率

13、即為ni/Ni ，以此類推。，以此類推。當(dāng)損傷達(dá)到當(dāng)損傷達(dá)到100%時(shí)，材料即發(fā)時(shí)，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對(duì)應(yīng)于極限狀況有生疲勞破壞，故對(duì)應(yīng)于極限狀況有11ziiiNn2 . 27 . 01ziiiNn計(jì)算安全系數(shù)計(jì)算安全系數(shù)S Scaca及強(qiáng)度條件則為：及強(qiáng)度條件則為：SScaca1ss（注意：注意：小于材料持久疲勞極限的工作應(yīng)力對(duì)材料不起疲勞小于材料持久疲勞極限的工作應(yīng)力對(duì)材料不起疲勞損傷作用，在計(jì)算時(shí)不予考慮）損傷作用，在計(jì)算時(shí)不予考慮）3-2 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CNN0mrmrNss機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算43-2 3-2 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件

14、的疲勞強(qiáng)度計(jì)算四、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算四、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 當(dāng)零件上同時(shí)作用有同相位的穩(wěn)定對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力當(dāng)零件上同時(shí)作用有同相位的穩(wěn)定對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力s sa a 和和t ta a時(shí)，時(shí)，由實(shí)驗(yàn)得出的極限應(yīng)力關(guān)系式為：由實(shí)驗(yàn)得出的極限應(yīng)力關(guān)系式為：12e1a2e1asstt式中 ta及sa為同時(shí)作用的切向及法向應(yīng)力幅的極限值。計(jì)算安全系數(shù)：計(jì)算安全系數(shù)：22caSSSSOMOMS機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算53-2 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)算五、提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施五、提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施 采用具有高疲勞強(qiáng)度的材料，并配以提高材料疲勞強(qiáng)度采

15、用具有高疲勞強(qiáng)度的材料，并配以提高材料疲勞強(qiáng)度的熱處理方法。的熱處理方法。 提高零件的表面質(zhì)提高零件的表面質(zhì)量 盡可能降低零件上的應(yīng)力盡可能降低零件上的應(yīng)力集中的影響；集中的影響； 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。寸。機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度3-3 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 低應(yīng)力脆斷：低應(yīng)力脆斷：在工程實(shí)際中，往往會(huì)發(fā)生工作應(yīng)力小于許用在工程實(shí)際中，往往會(huì)發(fā)生工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力時(shí)所發(fā)生的突然斷裂。應(yīng)力時(shí)所發(fā)生的突然斷裂。斷裂力學(xué)斷裂力學(xué)是研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件是研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結(jié)

16、構(gòu)或構(gòu)件的強(qiáng)度和變形規(guī)律的學(xué)科。的強(qiáng)度和變形規(guī)律的學(xué)科。內(nèi)在原因：內(nèi)在原因：通過(guò)對(duì)大量結(jié)構(gòu)斷裂事故分析表明，結(jié)構(gòu)內(nèi)部通過(guò)對(duì)大量結(jié)構(gòu)斷裂事故分析表明，結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂紋和缺陷的存在是導(dǎo)致低應(yīng)力斷裂的。裂紋和缺陷的存在是導(dǎo)致低應(yīng)力斷裂的。機(jī)機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度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 接觸應(yīng)力：接觸應(yīng)力：當(dāng)兩零件以當(dāng)兩零件以點(diǎn)、線點(diǎn)、線相接處時(shí)，其接觸的局部會(huì)引起相接處時(shí)，其接觸的局部會(huì)引起較大的應(yīng)力。較大的應(yīng)力。 接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力是不同于以往所學(xué)過(guò)的擠壓應(yīng)力的。是不同于以往所學(xué)過(guò)的擠壓應(yīng)力的。擠壓應(yīng)力擠壓應(yīng)力是面接是面接觸引起的應(yīng)力。觸引起的應(yīng)力。接觸應(yīng)力的特點(diǎn)：接觸應(yīng)力的特點(diǎn)：僅在局部很小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生很大的