機(jī)械設(shè)計(jì) 第3章+機(jī)械零件的強(qiáng)度學(xué)習(xí)課件

俞愛(ài)林廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院電話：39322212EMAIL：allan75@126.com機(jī)械設(shè)計(jì)

DesignofMachinery

第3章機(jī)械零件的強(qiáng)度3-1

應(yīng)力及其分類3-2材料的疲勞特性3-3

機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算3-4機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度本章重點(diǎn)：掌握機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算

掌握機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度隨機(jī)變應(yīng)力1靜應(yīng)力：不隨時(shí)間變化的應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力變應(yīng)力：不穩(wěn)定變應(yīng)力：規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力和隨機(jī)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力2變應(yīng)力：隨時(shí)間變化的應(yīng)力§3-1應(yīng)力及其分類一、應(yīng)力及其分類鍋爐所受的壓力內(nèi)燃機(jī)閥門彈簧所受的載荷1基本參數(shù)應(yīng)力循環(huán)特性（應(yīng)力比）最大應(yīng)力最小應(yīng)力平均應(yīng)力應(yīng)力幅2穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力種類γ=+1—

靜應(yīng)力γ=-1—

對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)γ=0—脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力-1<γ<00<γ<1—非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力二、穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的基本參數(shù)和種類

靜應(yīng)力γ=+1脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力γ=0對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力γ=－1非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力-1<γ<00<γ<12穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力種類注意：1、最大、最小應(yīng)力都是代數(shù)值，以絕對(duì)值較大者為最大應(yīng)力，并規(guī)定它為正號(hào)，按照這樣的規(guī)定，循環(huán)特征的范圍為：2、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。影響疲勞的因素：σN

r★不同循環(huán)次數(shù)下的疲勞極限(r=-1)無(wú)限壽命區(qū)N0——應(yīng)力循環(huán)基數(shù)σr——持久疲勞極限KN——壽命系數(shù)有限壽命區(qū)靜強(qiáng)度(AB段)：N<103低周疲勞(BC段)：N=103

104(少)有限壽命疲勞(CD段)N>104無(wú)限壽命疲勞(D點(diǎn)后)：N>106

25x107有限壽命區(qū)的疲勞極限高周疲勞§3-2材料的疲勞特性一、σ-N疲勞曲線特定壽命下，最大應(yīng)力σmax與應(yīng)力循環(huán)特性r的關(guān)系等壽命疲勞曲線σsσ-1σaσmO★求不同循環(huán)特性下的疲勞極限二、等壽命疲勞曲線特定壽命下，最大應(yīng)力σmax與應(yīng)力循環(huán)特性r的關(guān)系材料的極限應(yīng)力圖C（σS，0）：r=+1A′（0，σ-1

）：r=-1D′（σ0/2，σ0/2）：r=0G′：交點(diǎn)在OA′G′C內(nèi)為安全區(qū)CσsA'D'（σ0/2，σ0/2）G'σmσaσ-145°45°O二、等壽命疲勞曲線

直線CG′的方程：σa′+σm′=σs直線A′G′的方程：σ-1=σa′+ψσσm′其中試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù):CσsA'D'（σ0/2，σ0/2）G'σmσaσ-145°45°O基本問(wèn)題：零件的極限應(yīng)力圖

各類應(yīng)力變化規(guī)律下的疲勞極限§3-3機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算

零件的極限應(yīng)力圖與材料的極限應(yīng)力圖相似，考慮應(yīng)力集中、尺寸、表面質(zhì)量等的影響，只有應(yīng)力幅改變（減少）。彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)：一、零件的極限應(yīng)力線圖零件的對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限：對(duì)稱循環(huán)時(shí)，表示材料對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限與零件對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限的比值。直線CG′的方程：A′對(duì)稱循環(huán)C屈服極限靜強(qiáng)度極限應(yīng)力線材料的極限應(yīng)力線圖零件的極限應(yīng)力線圖直線AG的方程：不對(duì)稱循環(huán)時(shí)，是試件與零件極限應(yīng)力副的比值。A′對(duì)稱循環(huán)C屈服極限靜強(qiáng)度極限應(yīng)力線材料的極限應(yīng)力線圖零件的極限應(yīng)力線圖綜合影響系數(shù)K

應(yīng)力集中系數(shù)k

尺寸系數(shù)

表面質(zhì)量系數(shù)

強(qiáng)化系數(shù)

qM——工作應(yīng)力點(diǎn)Mi——極限應(yīng)力點(diǎn)例如：

M2點(diǎn)為aM2與AB線的交點(diǎn)，坐標(biāo)為（σm2，σa2），則極限應(yīng)力為：σlim=σmax=σm2+

σa2二、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算——工作應(yīng)力點(diǎn)——極限應(yīng)力點(diǎn)

零件的極限應(yīng)力σlim的選取取決于應(yīng)力的變化規(guī)律，典型應(yīng)力變化規(guī)律應(yīng)力比(循環(huán)特性)保持不變：r=C平均應(yīng)力保持不變：σm=C最小應(yīng)力保持不變：σmin=C二、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力比(循環(huán)特性)保持不變：r=C

極限應(yīng)力的應(yīng)力比與工作應(yīng)力的應(yīng)力比相同極限點(diǎn)位于CG直線上：3-163-173-182.平均應(yīng)力保持不變：σm=C

極限應(yīng)力的平均應(yīng)力與工作應(yīng)力的平均應(yīng)力相同極限應(yīng)力幅為安全系數(shù)及強(qiáng)度條件為3-193-203-213.最小應(yīng)力保持不變：σmin=C極限應(yīng)力的最小應(yīng)力與工作應(yīng)力的最小應(yīng)力相同（緊螺栓聯(lián)接）按應(yīng)力幅求安全系數(shù)3-243-25降低應(yīng)力集中選用疲勞強(qiáng)度高的材料、熱處理方法及強(qiáng)化工藝提高零件的表面質(zhì)量減小或消除零件表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸三、提高零件疲勞強(qiáng)度的措施

高副零件工作時(shí)，理論上是點(diǎn)接觸或線接觸→實(shí)際上由于接觸部分的局部彈性變形而形成面接觸→由于接觸面積很小，使表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力很大。該應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。在表面接觸應(yīng)力作用下的零件強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度在接觸應(yīng)力的反復(fù)作用下，首先在表層內(nèi)約20處產(chǎn)生疲勞裂紋，然后裂紋逐漸擴(kuò)展，最后使表面金屬呈小片剝落疲勞點(diǎn)蝕疲勞點(diǎn)蝕是齒輪、滾動(dòng)軸承等零件的主要失效形式?！?-4機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度一、接觸應(yīng)力的產(chǎn)生兩圓柱體接觸接觸應(yīng)力（線接觸）計(jì)算依據(jù)