機械設(shè)計ppt課件

1、1 機械設(shè)計Machine Design機電工程系機電工程系 王會王會2第三章第三章 機械零件的強度機械零件的強度3-1 3-1 材料的疲勞特性材料的疲勞特性 3-2 3-2 機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算 3-3 3-3 機械零件的抗斷裂強度機械零件的抗斷裂強度 3-4 3-4 機械零件的接觸強度機械零件的接觸強度 內(nèi)容提要內(nèi)容提要3一、應(yīng)力的種類一、應(yīng)力的種類ot= =常數(shù)常數(shù)脈動循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力r =0靜應(yīng)力靜應(yīng)力: = =常數(shù)常數(shù)變應(yīng)力變應(yīng)力: 隨時間變化隨時間變化2minmaxm平均應(yīng)力平均應(yīng)力:2minmaxa應(yīng)力幅應(yīng)力幅:循環(huán)變應(yīng)力循環(huán)變應(yīng)力變應(yīng)力的循環(huán)特性

2、變應(yīng)力的循環(huán)特性:maxminr對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力r =- -1-脈動循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力-對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力 -1 -1= 0= 0 +1 +1-靜應(yīng)力靜應(yīng)力maxmTmaxminaamotmaxminaaototaaminr =+13-1 3-1 材料的疲勞特性材料的疲勞特性 4 注：循環(huán)變應(yīng)力可用注：循環(huán)變應(yīng)力可用 max 、 min 、 m 、 a 、 這五個參數(shù)中的任意兩個參這五個參數(shù)中的任意兩個參數(shù)表示。數(shù)表示。對稱循環(huán)變應(yīng)力：對稱循環(huán)變應(yīng)力：max10,ma脈動循環(huán)變應(yīng)力：脈動循環(huán)變應(yīng)力：02ma5變應(yīng)力下，零件的損壞形式是變應(yīng)力下，零件的損壞形式是疲勞斷

3、裂。疲勞斷裂。 疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠比靜應(yīng)力下材料的強度極限疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠比靜應(yīng)力下材料的強度極限 低，甚至比屈服極限低低，甚至比屈服極限低; 疲勞斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂疲勞斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂; 疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結(jié)果。疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結(jié)果。零件表層產(chǎn)生微小裂紋；零件表層產(chǎn)生微小裂紋； 疲勞斷裂過程：疲勞斷裂過程： 隨著循環(huán)次數(shù)增加，微裂隨著循環(huán)次數(shù)增加，微裂 紋逐漸擴展；紋逐漸擴展；當(dāng)當(dāng)剩余材料不足以承受載剩余材料不足以承受載 荷時，突然脆性斷裂。荷時，突然脆性斷裂。疲勞斷裂是與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)疲勞斷裂是與應(yīng)力循環(huán)次

4、數(shù)(即使用壽命即使用壽命)有關(guān)的斷裂。有關(guān)的斷裂。 疲勞斷裂具有以下特征：疲勞斷裂具有以下特征： 斷裂面累積損傷處表面光滑，而折斷區(qū)表面粗糙。斷裂面累積損傷處表面光滑，而折斷區(qū)表面粗糙。表面光滑表面光滑表面粗糙表面粗糙6maxN二、二、 N疲勞曲線疲勞曲線 通過實驗，可得出如圖所示：在一定應(yīng)力比下，通過實驗，可得出如圖所示：在一定應(yīng)力比下，疲勞極限疲勞極限max與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系的疲勞曲與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系的疲勞曲線。稱為：線。稱為： N疲勞曲線疲勞曲線 104C 1. 在原點處在原點處，意味著在加載到最大值時材料意味著在加載到最大值時材料被拉斷。顯然該值為強度極限被拉斷。顯然該值為強度極限

5、B 。B103tBA 2. 在在AB段，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)段，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)103 max變化很小，可變化很小，可以近似看作為靜應(yīng)力強度。以近似看作為靜應(yīng)力強度。 3. BC段，段，N=103104，隨著，隨著N max ,疲勞現(xiàn)象明顯。疲勞現(xiàn)象明顯。 因因N較小，特稱為：較小，特稱為：低周疲勞。低周疲勞。7)DrrNNN （ 由于由于N NDD很大，所以在作疲勞試驗時，常規(guī)定一個循環(huán)次數(shù)很大，所以在作疲勞試驗時，常規(guī)定一個循環(huán)次數(shù)N N0 0( (稱為循環(huán)基數(shù)稱為循環(huán)基數(shù)) )，用，用N N0 0及其相對應(yīng)的疲勞極限及其相對應(yīng)的疲勞極限 r來近似代表來近似代表N ND D和和 rr。maxNrN01

6、07CDrNNBAN=1/4 D點以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著無點以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著無限壽命區(qū)其方程為：限壽命區(qū)其方程為： 4. 4. 實踐證明，機械零件的疲勞大多發(fā)生在實踐證明，機械零件的疲勞大多發(fā)生在CD段。段。)(DCmrNNNNCN可用下式描述：可用下式描述：于是有：于是有：CNN0mrmrN104CB103 rr-持久疲勞極限持久疲勞極限。8 CD CD區(qū)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)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)系的關(guān)系為：為： r、N0及及m（材料常數(shù)，鋼取材料常數(shù)，鋼取6-20）的值由材料試驗確定。的值由材料試驗確定。mNN0rrN0mrNrNN 試驗結(jié)果表

7、明在試驗結(jié)果表明在CDCD區(qū)間內(nèi)，試件經(jīng)過相應(yīng)次數(shù)的應(yīng)力作用之后，總會發(fā)生疲勞破壞。區(qū)間內(nèi)，試件經(jīng)過相應(yīng)次數(shù)的應(yīng)力作用之后，總會發(fā)生疲勞破壞。而而DD點以后，如果作用的變應(yīng)力最大應(yīng)力小于點以后，如果作用的變應(yīng)力最大應(yīng)力小于D D點的應(yīng)力（點的應(yīng)力（max r），），則無論循環(huán)多少次，材料都不會破壞。則無論循環(huán)多少次，材料都不會破壞。CDCD區(qū)間區(qū)間-有限疲勞壽命階段有限疲勞壽命階段 DD點之后點之后-無限疲勞壽命階段無限疲勞壽命階段 高周疲勞高周疲勞 maxNrN0107CBAN=1/4 104CB103DrNN91011am應(yīng)力幅應(yīng)力幅平均應(yīng)力平均應(yīng)力amS-1amS-11. 1. 定義定義

8、 材料的疲勞極限曲線也可用在特定的材料的疲勞極限曲線也可用在特定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N N下，極限平均應(yīng)力和應(yīng)力幅之間下，極限平均應(yīng)力和應(yīng)力幅之間的關(guān)系曲線來表示，特稱為等壽命曲線。的關(guān)系曲線來表示，特稱為等壽命曲線。簡化曲線之一簡化曲線之一簡化曲線之二簡化曲線之二三、等壽命疲勞曲線三、等壽命疲勞曲線實際應(yīng)用時常有兩種簡化方法。實際應(yīng)用時常有兩種簡化方法。S-145 12材料的極限應(yīng)力線圖材料的極限應(yīng)力線圖A D G C45450 0/ 2-10 0/ 2SmaOSam1ma2. 簡化等壽命曲線（極限應(yīng)力線圖簡化等壽命曲線（極限應(yīng)力線圖-材料的）材料的）13max已知已知A(0，-1)

9、D (0 /2，0 /2)兩點坐標，求得兩點坐標，求得A直線的方程為：直線的方程為：ma1smaA直線上任意點代表了一定循環(huán)特性時的疲勞極限。直線上任意點代表了一定循環(huán)特性時的疲勞極限。對稱循環(huán)：對稱循環(huán)： m=0 脈動循環(huán)：脈動循環(huán)： m=a =0 /2 說明說明C直直 線上任意點的最大應(yīng)力達到了屈服極限應(yīng)力。線上任意點的最大應(yīng)力達到了屈服極限應(yīng)力。C直線上任意點直線上任意點N 的坐標為（的坐標為（m ，a ）由由中兩條直角邊相等可求得中兩條直角邊相等可求得 C直線的方程為：直線的方程為：14amS 45 -1GC0 /20 /245 DCGAO而正好落在而正好落在AGC折線上時，表示應(yīng)力折

10、線上時，表示應(yīng)力狀況達到疲勞破壞的極限值。狀況達到疲勞破壞的極限值。 0012對于碳鋼，對于碳鋼， 0.10.2，對于合金鋼，對于合金鋼， 0.20.3。 公式公式 中的參數(shù)中的參數(shù) 為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的材料常數(shù)，其值由試驗為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的材料常數(shù)，其值由試驗及下式?jīng)Q定：及下式?jīng)Q定：ma1當(dāng)工作應(yīng)力點落在當(dāng)工作應(yīng)力點落在OAGC以外時，一定會發(fā)生以外時，一定會發(fā)生破壞。破壞。 當(dāng)工作應(yīng)力參數(shù)（當(dāng)工作應(yīng)力參數(shù)（ m，a ）落在）落在OAGC以內(nèi)時，表示不會發(fā)生破壞。以內(nèi)時，表示不會發(fā)生破壞。15例題：習(xí)題3-2例題：繪制某碳鋼的材料極限應(yīng)力圖。已知：例題：繪制某碳鋼的材料極限應(yīng)力圖。

11、已知： S=350MPa, -1=275MPa， =0.05。163-2 3-2 機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算 一、零件的極限應(yīng)力線圖一、零件的極限應(yīng)力線圖定義彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)定義彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)e11K在不對稱循環(huán)時，在不對稱循環(huán)時，是試件與零件極限應(yīng)力幅的比值。是試件與零件極限應(yīng)力幅的比值。零件的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限為：零件的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限為：-1e 設(shè)材料的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限為：設(shè)材料的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限為： -1 17A D G C0 0/ 2SmaOADG Ke11 K20eK11 Ke11Smeae 11eaeemeK 零件的極限應(yīng)力線

12、圖零件的極限應(yīng)力線圖1aemeK 或/eK18ae -零件所受極限應(yīng)力幅；零件所受極限應(yīng)力幅；me -零件所受極限平均應(yīng)力；零件所受極限平均應(yīng)力；-零件受彎曲的材料特性；零件受彎曲的材料特性； 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) 反映了：應(yīng)力集中、尺寸因素、表面加工質(zhì)量及強反映了：應(yīng)力集中、尺寸因素、表面加工質(zhì)量及強化等因素的綜合影響結(jié)果。其計算公式如下：化等因素的綜合影響結(jié)果。其計算公式如下：其中：其中：k -有效應(yīng)力集中系數(shù)；有效應(yīng)力集中系數(shù)；qkK111 -表面質(zhì)量系數(shù)；表面質(zhì)量系數(shù)； -尺寸系數(shù)；尺寸系數(shù)；q -強化系數(shù)。強化系數(shù)。e19meae11eeKsmeae及

13、：meae1K或：對于切應(yīng)力同樣有如下方程：對于切應(yīng)力同樣有如下方程：其中的系數(shù)：其中的系數(shù)：k 、 、 、 與與 k 、 、 、 q 相對應(yīng)；相對應(yīng)；qkK111 教材附表教材附表3-13-11詳細列出了零件的典型結(jié)構(gòu)、尺寸、表面加工質(zhì)量及強化措施等因詳細列出了零件的典型結(jié)構(gòu)、尺寸、表面加工質(zhì)量及強化措施等因素對彎曲疲勞極限的綜合影響素對彎曲疲勞極限的綜合影響 。下面列舉了部分圖表。amoS -1DAGC-1 0 /20 /2？ DAG45 -1e20有效應(yīng)力集中系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù)k 2122 T231.00.80.60.40.2400 600 800 1000 1200 1400 B /

14、 Mpa精車精車粗車粗車未加工未加工磨削磨削拋光拋光鋼材的表面質(zhì)量系數(shù)鋼材的表面質(zhì)量系數(shù) 表面高頻淬火的強化系數(shù)表面高頻淬火的強化系數(shù)q 720 1.31.63040 1.21.5720 1.62.83040 1.55試件種類試件種類 試件直徑試件直徑/mm 無應(yīng)力集中無應(yīng)力集中 有應(yīng)力集中有應(yīng)力集中 24NM二、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算二、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算 進行零件疲勞強度計算時，首先根據(jù)零件進行零件疲勞強度計算時，首先根據(jù)零件危險截面上的危險截面上的 max 及及 min確定平均應(yīng)力確定平均應(yīng)力m與與應(yīng)力幅應(yīng)力幅a，然后，在極限應(yīng)力線圖的坐標中標，然后，在極限應(yīng)力線圖的

15、坐標中標示出相應(yīng)工作應(yīng)力點示出相應(yīng)工作應(yīng)力點MM或或N N。amoS -1CAG-1eD 相應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力應(yīng)是極限應(yīng)力曲線相應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力應(yīng)是極限應(yīng)力曲線AGC上的上的某一個點某一個點MM或或N N所代表的應(yīng)力所代表的應(yīng)力( (m ，a ) ) 。M或或N的位置確定與循環(huán)應(yīng)力變化規(guī)律有關(guān)。的位置確定與循環(huán)應(yīng)力變化規(guī)律有關(guān)。am 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)力變化可能發(fā)生的應(yīng)力變化規(guī)律：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計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：SSamammaxmaxca252611Crra

16、mO-1CAG-1e D1) r=Const（絕大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài)）（絕大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài)） 作射線作射線OM，其上任意一點所代表的應(yīng)力循環(huán)都，其上任意一點所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的應(yīng)力比。具有相同的應(yīng)力比。M1為極限應(yīng)力點，其坐標值為極限應(yīng)力點，其坐標值me ，ae之和就是對應(yīng)于之和就是對應(yīng)于M點的極限應(yīng)力點的極限應(yīng)力max 。maxminmaxminam比值：S amMmeae也是一個常數(shù)。也是一個常數(shù)。M1271aemeaeamemK meaemaxmaamK)(1maKmax1通過聯(lián)立直線通過聯(lián)立直線OM和和AG的方程：的方程： 可求解可求解M1點的坐標為點的坐標為:11mm

17、eamaaeamKK 2829ae計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：SKSma1 -maxmaxca-1-1eamOCADS GN點的極限應(yīng)力點點的極限應(yīng)力點N N1位于直線位于直線CG上，上，meaeamN N1maxsmeae有：有：這說明工作應(yīng)力為這說明工作應(yīng)力為N點時，首先可能發(fā)生的是點時，首先可能發(fā)生的是屈服失效。故只需要進行靜強度計算即可。屈服失效。故只需要進行靜強度計算即可。強度計算公式為：強度計算公式為：SSSmaSmaxca 凡是工作應(yīng)力點落在凡是工作應(yīng)力點落在OGC區(qū)域內(nèi)，在循環(huán)特性區(qū)域內(nèi)，在循環(huán)特性 r=常數(shù)的條件下，極限應(yīng)力統(tǒng)統(tǒng)為屈常數(shù)的條件下

18、，極限應(yīng)力統(tǒng)統(tǒng)為屈服極限，只需要進行靜強度計算。服極限，只需要進行靜強度計算。30例題例題1：用計算法確定該零件的計算安全系數(shù)用計算法確定該零件的計算安全系數(shù)Sca。 3132maxmin2808010022mMPamaxmin2808018022aMPa14501.361.31.62 1800.3 100caamSSK 8002.851.3180 100ScaamSS解解 （1）解析法。）解析法。 若工作應(yīng)力點在疲勞極限區(qū)若工作應(yīng)力點在疲勞極限區(qū) 若工作應(yīng)力點在屈服強度區(qū)若工作應(yīng)力點在屈服強度區(qū) 所以該零件安全。所以該零件安全。3334am-1-1eamOCADS G2) m=Const （

19、如振動著的受載彈簧的應(yīng)力狀態(tài)）（如振動著的受載彈簧的應(yīng)力狀態(tài)） 此時需要在此時需要在 AG上確定上確定M2，使得：，使得：me= m M顯然顯然M2在過在過M點且縱軸平行線上，該線上點且縱軸平行線上，該線上任意一點所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的平任意一點所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的平均應(yīng)力值。均應(yīng)力值。 M2通過聯(lián)立直線通過聯(lián)立直線M M2和和AG的方程可求解的方程可求解M2點的坐標為：點的坐標為： Kme11maxKKm)(1Kmae1計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：SKKSm)()(ma1 -maxmaxca35-1-1eamOCA JS G45 am-1-1ea

20、mOCADS G同理，對于同理，對于N點的極限應(yīng)力為點的極限應(yīng)力為N N2點。點。 N N2由于落在了直線由于落在了直線CG上，故只要進行靜強度計算：上，故只要進行靜強度計算：計算公式為：計算公式為：SSSmaSmaxca3) min=Const （緊螺栓連結(jié)中螺栓受軸向變載荷的應(yīng)力狀態(tài)）（緊螺栓連結(jié)中螺栓受軸向變載荷的應(yīng)力狀態(tài)） MM3此時需要在此時需要在 AG上確定上確定M3，使得：，使得：min= min 因為：因為：min= m - a =C過過M點作點作45 直線，其上任意一點所代表的應(yīng)力循環(huán)直線，其上任意一點所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的最小應(yīng)力。都具有相同的最小應(yīng)力。 M3位置如圖

21、。位置如圖。minML36在在OAJ區(qū)域內(nèi)，最小應(yīng)力均為負值，在實區(qū)域內(nèi)，最小應(yīng)力均為負值，在實際機器中極少出現(xiàn)，故不予討論。際機器中極少出現(xiàn)，故不予討論。通過通過O、G兩點分別作兩點分別作45直線，直線，I得得OAJ、OJGI、GCI三個區(qū)域。三個區(qū)域。PLQminQ0 0minM-1e-1amOCAS GMM3 J而在而在GCI區(qū)域內(nèi)，極限應(yīng)力統(tǒng)為屈服極限。按區(qū)域內(nèi)，極限應(yīng)力統(tǒng)為屈服極限。按靜強度處理：靜強度處理：SSSmaSmaxca只有在只有在OJGI區(qū)域內(nèi)，極限應(yīng)力才在疲勞極限應(yīng)力曲線上。區(qū)域內(nèi)，極限應(yīng)力才在疲勞極限應(yīng)力曲線上。 通過聯(lián)立直線通過聯(lián)立直線M M3和和AG的方程可求解的

22、方程可求解M3點的坐標值：點的坐標值：37-1min-1minaemeKKK 可得到計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：可得到計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：SKKS)2)()(2minamin1 -maxmaxca1minaememeaeK 解得：解得：3839規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力三、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算三、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算不穩(wěn)定變應(yīng)不穩(wěn)定變應(yīng)力力規(guī)律性規(guī)律性非規(guī)律性非規(guī)律性用統(tǒng)計方法進行疲勞強度計算用統(tǒng)計方法進行疲勞強度計算按損傷累按損傷累積積假說（常稱為假說（常稱為Miner法則）法則）進行疲勞強度計算進行疲勞強度計算1n12n23n34n4maxnO

23、maxNO1n1N12 n2N23 n3 N3-1 -1 ND40 若應(yīng)力每循環(huán)一次都對材料的破壞起相同的作用，則應(yīng)力若應(yīng)力每循環(huán)一次都對材料的破壞起相同的作用，則應(yīng)力 1 每循環(huán)一次對材料的損每循環(huán)一次對材料的損傷率即為傷率即為1/N1，而循環(huán)了，而循環(huán)了n1次的次的1對材料的損傷率即為對材料的損傷率即為n1/N1。如此類推，循環(huán)了。如此類推，循環(huán)了n2次次的的2對材料的損傷率即為對材料的損傷率即為n2/N2，。而低于而低于-1的應(yīng)力可以認為不構(gòu)成破壞作用。的應(yīng)力可以認為不構(gòu)成破壞作用。 當(dāng)損傷率達到當(dāng)損傷率達到100%時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對應(yīng)于極限狀況有：時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對

24、應(yīng)于極限狀況有：1.3322111NnNnNnNnziiimiiNN10其中：此方程即是此方程即是Miner方程式方程式41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一般情況有：一般情況有： 2 . 27 . 01ziiiNn1).(1101221110mzimiimzzmmmNnnnnN極限情況：極限情況： 42mzimiiNn101mzimiicanN101SScaca1若材料在這些應(yīng)力作用下，未達到破壞，則有：若材料在這些應(yīng)力作用下，未達到破壞，則有：令不穩(wěn)定變應(yīng)力的計算應(yīng)力為：令不穩(wěn)

25、定變應(yīng)力的計算應(yīng)力為：則：則： ca -1 ，其強度條件為：，其強度條件為：四、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算四、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算(自學(xué)）自學(xué)）1. 1. 對稱循環(huán)對稱循環(huán): :當(dāng)零件上同時作用有同相位的穩(wěn)定對稱循環(huán)變應(yīng)力當(dāng)零件上同時作用有同相位的穩(wěn)定對稱循環(huán)變應(yīng)力 a a 和和 a a時，由實驗得時，由實驗得出的極限應(yīng)力關(guān)系式為：出的極限應(yīng)力關(guān)系式為：12e1a2e1a43CD 式中式中 a及及 a為同時作用的切向及法向應(yīng)力幅的為同時作用的切向及法向應(yīng)力幅的極限值極限值。若作用于零件上的應(yīng)力幅若作用于零件上的應(yīng)力幅 a及及 a如圖中如圖中MM點表示，則圖中點表示，則圖中MM點對

26、應(yīng)于點對應(yīng)于MM點的極限應(yīng)點的極限應(yīng)力。力。 由于是對稱循環(huán)變應(yīng)力，故應(yīng)力幅即為最大應(yīng)力?；【€由于是對稱循環(huán)變應(yīng)力，故應(yīng)力幅即為最大應(yīng)力?；【€ AMB 上任何一個點即代表一上任何一個點即代表一對極限應(yīng)力對極限應(yīng)力a及及a。Oa-1ea-1e12e1a2e1aABMDCM計算安全系數(shù)：計算安全系數(shù)：ODODOCOCOMOMScaeaOC1因為：eaOD1eaOC1eaOD1acaaacaaSS于是有：強調(diào)代入第一個公式強調(diào)代入第一個公式12e1a2e1a4412e12e1acaacaSS將將 a及及 a代入到極限應(yīng)力關(guān)代入到極限應(yīng)力關(guān)系可得：系可得：SSaeae11和而而 是是只承受切向應(yīng)力或只

27、承受法向應(yīng)力時的計算安全系數(shù)。只承受切向應(yīng)力或只承受法向應(yīng)力時的計算安全系數(shù)。于是求得計算安全系數(shù)：于是求得計算安全系數(shù)：22caSSSSOMOMS 說明只要工作應(yīng)力點說明只要工作應(yīng)力點MM落在極限區(qū)域以內(nèi)，就不會達到極限條件，因而總是安全落在極限區(qū)域以內(nèi)，就不會達到極限條件，因而總是安全的。的。CDOa-1ea-1eABMDCMmamaKSKS11 2. 2. 當(dāng)零件上所承受的兩個變應(yīng)力均為不對稱循環(huán)時，有：當(dāng)零件上所承受的兩個變應(yīng)力均為不對稱循環(huán)時，有：45五、許用安全系數(shù)的選取五、許用安全系數(shù)的選取1 1）靜應(yīng)力下，塑性材料）靜應(yīng)力下，塑性材料的零件：的零件：S =1.2S =1.2.5

28、.5 鑄鋼件：鑄鋼件：S =1.S =1.5.5S S典型機械的典型機械的 S S 可通過查表求得。可通過查表求得。 無表可查時，按以下原則?。簾o表可查時，按以下原則?。?零件尺寸大，結(jié)構(gòu)笨重。零件尺寸大，結(jié)構(gòu)笨重。S S 可能不安全。可能不安全。）靜應(yīng)力下，）靜應(yīng)力下，脆脆性材料，性材料，如高強度鋼或鑄鐵：如高強度鋼或鑄鐵： S =3S =34 43 3）變變應(yīng)力下，應(yīng)力下， S =1.3S =1.31.71.7材料不均勻，或計算不準時取：材料不均勻，或計算不準時取： S =1.7S =1.72.52.546六、提高機械零件疲勞強度的措施六、提高機械零件疲勞強度的措施 在綜合考慮零件的性能要

29、求和經(jīng)濟性后，采用具有高疲勞強度的材料，并配以適當(dāng)在綜合考慮零件的性能要求和經(jīng)濟性后，采用具有高疲勞強度的材料，并配以適當(dāng)?shù)臒崽幚砗透鞣N表面強化處理。的熱處理和各種表面強化處理。 適當(dāng)提高零件的表面質(zhì)量，特別是提高有應(yīng)力集中部位的表面加工質(zhì)量，必要時表適當(dāng)提高零件的表面質(zhì)量，特別是提高有應(yīng)力集中部位的表面加工質(zhì)量，必要時表面作適當(dāng)?shù)姆雷o處理。面作適當(dāng)?shù)姆雷o處理。 盡可能降低零件上的應(yīng)力集中的影響，是提高零件疲盡可能降低零件上的應(yīng)力集中的影響，是提高零件疲勞強度的首要措施。勞強度的首要措施。 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盡可能地減少或消除零件表面可能發(fā)

30、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。命有著比提高材料性能更為顯著的作用。減載槽減載槽 在不可避免地要產(chǎn)生較大應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)處，可采用減載槽來降低應(yīng)力集中的作在不可避免地要產(chǎn)生較大應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)處，可采用減載槽來降低應(yīng)力集中的作用。用。474849 在工程實際中，往往會發(fā)生工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力時所發(fā)生的突然斷裂，這種現(xiàn)象在工程實際中，往往會發(fā)生工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力時所發(fā)生的突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為低應(yīng)力脆斷。稱為低應(yīng)力脆斷。 對于高強度材料，一方面是它的強度高（即許用應(yīng)力高），另一方面則是它抵抗裂對于高強度材料，一方面是它的強度高（即許用應(yīng)力高），另一方面則

31、是它抵抗裂紋擴展的能力要隨著強度的增高而下降。因此，用傳統(tǒng)的強度理論計算高強度材料結(jié)紋擴展的能力要隨著強度的增高而下降。因此，用傳統(tǒng)的強度理論計算高強度材料結(jié)構(gòu)的強度問題，就存在一定的危險性。構(gòu)的強度問題，就存在一定的危險性。 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)件的強度和變形規(guī)律的學(xué)科。是研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強度和變形規(guī)律的學(xué)科。 通過對大量結(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)力斷裂通過對大量結(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)力斷裂的內(nèi)在原因。的內(nèi)在原因。3-3 3-3 機械零件的抗斷裂強度機械零件的抗斷裂強度( (

32、自學(xué)自學(xué)) ) 50為了度量含裂紋結(jié)構(gòu)體的強度，在斷裂力學(xué)中運用了應(yīng)力強度因子為了度量含裂紋結(jié)構(gòu)體的強度，在斷裂力學(xué)中運用了應(yīng)力強度因子KI（或（或K、K）和斷裂韌度和斷裂韌度KIC (或或KC、KC）這兩個新的度量指標來判別結(jié)構(gòu)安全性，即：）這兩個新的度量指標來判別結(jié)構(gòu)安全性，即：KIKIC時，裂紋不會失穩(wěn)擴展。時，裂紋不會失穩(wěn)擴展。KIKIC時，裂紋失穩(wěn)擴展。時，裂紋失穩(wěn)擴展。5134 機械零件的接觸強度機械零件的接觸強度如齒輪、凸輪、滾動軸承等。如齒輪、凸輪、滾動軸承等。B一、表面接觸應(yīng)力一、表面接觸應(yīng)力 機械零件中各零件之間的力的傳遞，總是通過兩個零件的接機械零件中各零件之間的力的傳遞

33、，總是通過兩個零件的接觸形式來實現(xiàn)的。常見兩機械零件的接觸形式為點接觸或線接觸。觸形式來實現(xiàn)的。常見兩機械零件的接觸形式為點接觸或線接觸。52 若兩個零件在受載前是點接觸或線接觸。受載后，由于局部彈性變形其接觸處為若兩個零件在受載前是點接觸或線接觸。受載后，由于局部彈性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)力稱為接觸應(yīng)力。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)力稱為接觸應(yīng)力。這時零件強度稱為接觸強度這時零件強度稱為接觸強度。F F 2 O2 1 O1 2 2 O2 1 1 O1 F F 2 2b H1 變形量B接觸失效形式常表現(xiàn)為：接觸失效形式常表現(xiàn)為：疲勞點蝕疲勞點蝕后果：減少了接觸面積、損壞了零件的光滑表面、降低了承載能力、引起振動和噪后果：減少了接觸面積、損壞了零件的光滑表面、降低了承載能力、引起振動和噪音。音。初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋裂紋的擴展與斷裂裂紋的擴展與斷裂 油油金屬剝落出現(xiàn)小坑金屬剝落出現(xiàn)小坑二、接觸應(yīng)力的危害二、接觸