機(jī)械設(shè)計_課件_第3章機(jī)械零件的強(qiáng)度

1、第第3章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度3-1 材料的疲勞強(qiáng)度材料的疲勞強(qiáng)度 3-2 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算 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 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

2、循環(huán)變應(yīng)力 -1 -1= 0= 0 +1 +1-靜應(yīng)力靜應(yīng)力maxmTmaxminaamotmaxminaaototaaminr =+1靜應(yīng)力是變應(yīng)力的特例3-1 3-1 材料的疲勞強(qiáng)度材料的疲勞強(qiáng)度 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裂疲勞斷裂。 疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)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。不管脆性材料或塑性材

3、料，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(kuò)展；紋逐漸擴(kuò)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maxN二、二、 N疲勞曲線疲勞曲線 用參數(shù)用參數(shù)max表征材料的疲勞表征材料的疲勞極限，通過實(shí)驗，

4、可得出如圖極限，通過實(shí)驗，可得出如圖所示的疲勞曲線。稱為：所示的疲勞曲線。稱為： N疲勞曲線疲勞曲線 104C 在原點(diǎn)處在原點(diǎn)處，對應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)，對應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)次數(shù)為為N=1/4，意味著在加載，意味著在加載到最大值時材料被拉斷。顯到最大值時材料被拉斷。顯然該值為強(qiáng)度極限然該值為強(qiáng)度極限B 。B103tBAN=1/4 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，可以近似看作為變化很小，可以近似看作為靜應(yīng)力強(qiáng)度。靜應(yīng)力強(qiáng)度。 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。)DrrN

5、NN （ 由于由于N NDD很大，所以在作疲勞試驗時，常規(guī)定一個循很大，所以在作疲勞試驗時，常規(guī)定一個循環(huán)次數(shù)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)的疲勞極及其相對應(yīng)的疲勞極限限 r來近似代表來近似代表N NDD和和 rr。maxNrN0107CDrNNBAO D點(diǎn)以后的疲勞曲線呈一水點(diǎn)以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著無限壽命區(qū)其平線，代表著無限壽命區(qū)其方程為：方程為： 實(shí)踐證明，機(jī)械零件的疲勞實(shí)踐證明，機(jī)械零件的疲勞大多發(fā)生在大多發(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：CNN0mrmrN104CB10

6、3 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與疲與疲勞極限勞極限 rN的關(guān)系為：的關(guān)系為：式中，式中， r、N0及及m的值由材料試驗確定。的值由材料試驗確定。m0rrNNN0mrNrNN 試驗結(jié)果表明在試驗結(jié)果表明在CDCD區(qū)間內(nèi)，試件經(jīng)過相應(yīng)次數(shù)的邊區(qū)間內(nèi)，試件經(jīng)過相應(yīng)次數(shù)的邊應(yīng)力作用之后，總會發(fā)生疲勞破壞。而應(yīng)力作用之后，總會發(fā)生疲勞破壞。而DD點(diǎn)以后，如果點(diǎn)以后，如果作用的變應(yīng)力最大應(yīng)力小于作用的變應(yīng)力最大應(yīng)力小于DD點(diǎn)的應(yīng)力（點(diǎn)的應(yīng)力（max 1001.00.80.60.40.2400 600 800 1000 1200 1400 B / Mpa精車精車粗車粗車未加工未加工磨削磨削

7、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(qiáng)化系數(shù)表面高頻淬火的強(qiáng)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 化學(xué)熱處理的強(qiáng)化系數(shù)化學(xué)熱處理的強(qiáng)化系數(shù)q 515 1.151.253040 1.101.15515 1.93.03040 1.32.0化學(xué)熱處理方法化學(xué)熱處理方法 試件種類試件種類 試件直徑試件直徑/mm q 無應(yīng)力集中無應(yīng)力集中 有應(yīng)力集中有應(yīng)力集中 815 1.22.13040 1.11.5815 1.52.53040 1.22.0

8、無應(yīng)力集中無應(yīng)力集中 有應(yīng)力集中有應(yīng)力集中 氮化，膜厚氮化，膜厚0.10.4mm 硬度硬度HRC64 滲炭，膜厚滲炭，膜厚0.20.6mm氰化，膜厚氰化，膜厚 0.2mm 無無應(yīng)力集中應(yīng)力集中 10 1.8表面硬化加工的強(qiáng)化系數(shù)表面硬化加工的強(qiáng)化系數(shù)q 720 1.21.43040 1.11.25720 1.52.23040 1.31.8 加工方法加工方法 試件種類試件種類 試件直徑試件直徑/mm q 無應(yīng)力集中無應(yīng)力集中 有應(yīng)力集中有應(yīng)力集中 720 1.11.33040 1.11.2720 1.42.53040 1.11.5無應(yīng)力集中無應(yīng)力集中 有應(yīng)力集中有應(yīng)力集中 滾子碾壓滾子碾壓 噴噴

9、 丸丸NM二、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計算二、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計算 進(jìn)行零件疲勞強(qiáng)度計算時，進(jìn)行零件疲勞強(qiáng)度計算時，首先根據(jù)零件危險截面上的首先根據(jù)零件危險截面上的 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，然后，在極限應(yīng)力線圖的坐標(biāo)中標(biāo)示出相應(yīng)工作線圖的坐標(biāo)中標(biāo)示出相應(yīng)工作應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)力點(diǎn)MM或或N N。兩種情況分別討論amoS -1CAG-1eD 相應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力應(yīng)是極限相應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力應(yīng)是極限應(yīng)力曲線應(yīng)力曲線AGC上的某一個點(diǎn)上的某一個點(diǎn)MM或或NN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

10、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)可能發(fā)生的應(yīng)力變化規(guī)律：力變化規(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(qiáng)度條件為：計算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：SSamammaxmaxca11CrramO-1CAG-1e D1) r=Const 通過聯(lián)立直線通過聯(lián)立直線OM和和AG的方程可求解的方程可求解M1點(diǎn)的坐標(biāo)為：點(diǎn)的坐標(biāo)為： 作射線作射線OM，其上任意，其上任意一點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)都一點(diǎn)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為為極限應(yīng)力點(diǎn)，其坐標(biāo)值極限應(yīng)力點(diǎn)，其坐

11、標(biāo)值me ，ae之和就是對應(yīng)于之和就是對應(yīng)于M點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn)的極限應(yīng)力max 。minmaxminmaxma比值：S amMmeae也是一個常數(shù)。也是一個常數(shù)。M1meaemaxmaamK)(1maKmax1ae計算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：計算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：SKSma1 -maxmaxca-1-1eamOCADS GN點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn)點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn)NN1位于直位于直線線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(diǎn)時，首點(diǎn)時，首先可能發(fā)生的是屈服失效。故先可能發(fā)生的是屈服失效。故只需要進(jìn)行靜強(qiáng)度計算即可。只需要進(jìn)行靜強(qiáng)度計算即可。強(qiáng)度計

12、算公式為：強(qiáng)度計算公式為：SSSmaSmaxca 凡是工作應(yīng)力點(diǎn)落在凡是工作應(yīng)力點(diǎn)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=常常數(shù)的條件下，極限應(yīng)力統(tǒng)統(tǒng)為屈服極限，只需要進(jìn)行數(shù)的條件下，極限應(yīng)力統(tǒng)統(tǒng)為屈服極限，只需要進(jìn)行靜強(qiáng)度計算。靜強(qiáng)度計算。am-1-1eamOCADS G2) m=Const 此時需要在此時需要在 AG上確定上確定M2，使得：使得：m= m M顯然顯然M2在過在過M點(diǎn)且縱軸平點(diǎn)且縱軸平行線上，該線上任意一點(diǎn)所行線上，該線上任意一點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的平均應(yīng)力值。的平均應(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

13、的方程可求解M2點(diǎn)的坐標(biāo)為：點(diǎn)的坐標(biāo)為： Kme11maxKKma)(1Kmaae1計算安全系數(shù)及計算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：疲勞強(qiáng)度條件為：SKKSm)()(ma1 -maxmaxca-1-1eamOCA DS G45 am-1-1eamOCADS G同理，對于同理，對于N點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn)的極限應(yīng)力為為NN2點(diǎn)。點(diǎn)。 N N2由于落在了直線由于落在了直線CG上，故只上，故只要進(jìn)行靜強(qiáng)度計算：要進(jìn)行靜強(qiáng)度計算：計算公式為：計算公式為：SSSmaSmaxca3) min=Const 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

14、=C過過M點(diǎn)作點(diǎn)作45 直線，其上任意一直線，其上任意一點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的最小應(yīng)力。同的最小應(yīng)力。 M3位置如圖。位置如圖。minML在在OAD區(qū)域內(nèi)，最小應(yīng)力均區(qū)域內(nèi)，最小應(yīng)力均為負(fù)值，在實(shí)際機(jī)器中極少為負(fù)值，在實(shí)際機(jī)器中極少出現(xiàn)，故不予討論。出現(xiàn)，故不予討論。通過通過O、G兩點(diǎn)分別作兩點(diǎn)分別作45直線，直線，I得得OAD、ODGI、GCI三個區(qū)域。三個區(qū)域。PLQminQ0 0minM-1e-1amOCAS GMM3 D而在而在GCI區(qū)域內(nèi)，極限應(yīng)力統(tǒng)區(qū)域內(nèi)，極限應(yīng)力統(tǒng)為屈服極限。按靜強(qiáng)度處理：為屈服極限。按靜強(qiáng)度處理：SSSmaSmaxca只有在只有

15、在ODGI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 M2和和AG的方程可求解的方程可求解M2點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)值后，可得到值后，可得到計算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：計算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：SKKS)2)()(2minamin1 -maxmaxca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(qiáng)度計算三、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計算 若應(yīng)力每循環(huán)一次都對材料的破壞起相同的作用，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)力則應(yīng)力 1 每循環(huán)一次對材料的損傷率即為每循環(huán)一次對材料的損傷率即為1/N1，

16、而循，而循環(huán)了環(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。如此類推，循環(huán)了環(huán)了n2次的次的2對材料的損傷率即為對材料的損傷率即為n2/N2，。不穩(wěn)定不穩(wěn)定變應(yīng)力變應(yīng)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(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算用統(tǒng)計方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算按損傷累按損傷累積積假說進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算假說進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算如汽車鋼板彈簧的載荷與應(yīng)力受載重量、行車速度、輪胎充氣成都、路面狀況、駕駛員水平等因素有關(guān)。1n12n23n34n4maxnOmaxNO1n1N12 n2N23 n3 N3-1 -1 ND而低于而低于-1的應(yīng)力可以認(rèn)為不構(gòu)成破壞作用。的應(yīng)力可以認(rèn)為不構(gòu)成破壞

17、作用。 當(dāng)損傷率達(dá)到當(dāng)損傷率達(dá)到100%時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對應(yīng)于極限狀況有：應(yīng)于極限狀況有：1.3322111NnNnNnNnziii實(shí)驗表明：實(shí)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 . 01ziiiNnmiiNN10其中：1).(1101221110mzimiimzzmmmNnnnnN極限情況：極限情況： mzimiiNn101mzimiicanN101SScaca1若材料在這些應(yīng)力作用下，未達(dá)到破壞，則有：若材料在這些應(yīng)

18、力作用下，未達(dá)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)定變應(yīng)力的計算應(yīng)力為：則：則： ca -1 ，其強(qiáng)度條件為：，其強(qiáng)度條件為：四、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計算四、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計算 當(dāng)零件上同時作用有同相位的穩(wěn)定當(dāng)零件上同時作用有同相位的穩(wěn)定對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力 a a 和和 a a時，由實(shí)驗得出的極限應(yīng)力關(guān)系式為：時，由實(shí)驗得出的極限應(yīng)力關(guān)系式為：12e1a2e1aCD 式中式中 a及及 a為同時作用的為同時作用的切向及法向應(yīng)力幅的極限值切向及法向應(yīng)力幅的極限值。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(diǎn)表示，則點(diǎn)表示，則圖中

19、圖中MM點(diǎn)對應(yīng)于點(diǎn)對應(yīng)于MM點(diǎn)的極限應(yīng)力。點(diǎn)的極限應(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?；【€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(diǎn)即代表一對極限應(yīng)力上任何一個點(diǎn)即代表一對極限應(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(qiáng)調(diào)代入第一個公式12e1a2e1a12e12e1acaacaSS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)力或只承受法向應(yīng)

20、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(diǎn)說明只要工作應(yīng)力點(diǎn)MM落在極限區(qū)域以內(nèi)，就不會落在極限區(qū)域以內(nèi)，就不會達(dá)到極限條件，因而總是安全的。達(dá)到極限條件，因而總是安全的。CDOa-1ea-1eABMDCMmamaKSKS11 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：五、許用安全系數(shù)的選取五、許用安全系數(shù)的選取 安全系數(shù)定得正確與否對零件尺寸有很大影響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 =1.2

21、S =1.2.5.5 鑄鋼件：鑄鋼件：S =1.S =1.5.5S S典型機(jī)械的典型機(jī)械的 S S 可通過查表求得?？赏ㄟ^查表求得。 無表可查時，按無表可查時，按以下原則?。阂韵略瓌t?。?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?？赡懿话踩?。）靜應(yīng)力下，）靜應(yīng)力下，脆脆性材料，性材料，如高強(qiáng)度鋼或鑄鐵：如高強(qiáng)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(zhǔn)時?。翰牧喜痪鶆颍蛴嬎悴粶?zhǔn)時?。?S =1.7S =1.72.52.5六、提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施六、提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施 在綜合考慮

22、零件的性能要求和經(jīng)濟(jì)性后，采用具有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)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?；幚?。 適當(dāng)提高零件的表面質(zhì)量，特別是提高有應(yīng)力集中適當(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(hù)處理。部位的表面加工質(zhì)量，必要時表面作適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)處理。 盡可能降低零件上的應(yīng)力集中的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)度的首要影響，是提高零件疲勞強(qiáng)度的首要措施。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

23、寸，對于延長零件的疲勞壽命有著比提高材料性能的尺寸，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。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。用減載槽來降低應(yīng)力集中的作用。 在工程實(shí)際中，往往會發(fā)生工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力時在工程實(shí)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。所發(fā)生的突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為低應(yīng)力脆斷。 對于高強(qiáng)度材料，一方面是它的強(qiáng)度高（即許用應(yīng)力對于高強(qiáng)度材料，一方面是它的強(qiáng)度高（即許用應(yīng)力高），另一方面則是它抵抗裂紋擴(kuò)展的能力要隨

24、著強(qiáng)度高），另一方面則是它抵抗裂紋擴(kuò)展的能力要隨著強(qiáng)度的增高而下降。因此，用傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論計算高強(qiáng)度材的增高而下降。因此，用傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論計算高強(qiáng)度材料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度問題，就存在一定的危險性。料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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)或是研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強(qiáng)度和變形規(guī)律的學(xué)科。構(gòu)件的強(qiáng)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。和缺陷的存在是導(dǎo)致低應(yīng)力斷裂的內(nèi)在原因。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 為了

25、度量含裂紋結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度，在斷裂力學(xué)中運(yùn)用為了度量含裂紋結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度，在斷裂力學(xué)中運(yùn)用了應(yīng)力強(qiáng)度因子了應(yīng)力強(qiáng)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(biāo)來判別結(jié)構(gòu)安全性，）這兩個新的度量指標(biāo)來判別結(jié)構(gòu)安全性，即：即：KIKIC時，裂紋不會失穩(wěn)擴(kuò)展。時，裂紋不會失穩(wěn)擴(kuò)展。KIKIC時，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展。時，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展。34 機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度如齒輪、凸輪、滾動軸承等。如齒輪、凸輪、滾動軸承等。B 機(jī)械零件中各零件之間的力的傳遞，總是通過兩機(jī)械零件中各零件之間的力的傳遞，總是通過兩個零件的接觸形式來實(shí)現(xiàn)的。常見兩機(jī)械零件的接觸個零件的接

26、觸形式來實(shí)現(xiàn)的。常見兩機(jī)械零件的接觸形式為點(diǎn)接觸或線接觸。形式為點(diǎn)接觸或線接觸。 若兩個零件在受載前是點(diǎn)接觸或線接觸。受載后，若兩個零件在受載前是點(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)生的局部應(yīng)力卻很大，這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。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(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度這時零件強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)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(diǎn)蝕疲勞點(diǎn)蝕后果：減少了接觸面積、損壞了零件的光滑表面、降

27、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。低了承載能力、引起振動和噪音。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(kuò)展與斷裂裂紋的擴(kuò)展與斷裂 油油金屬剝落出現(xiàn)小坑金屬剝落出現(xiàn)小坑機(jī)械零件的接觸應(yīng)力通常是隨時間作周期性變化的，在載荷重復(fù)作用下，首先在表層內(nèi)約20m處產(chǎn)生初始疲勞裂紋，然后裂紋逐漸擴(kuò)展(潤滑油被擠迸裂紋中將產(chǎn)生高壓，使裂紋加快擴(kuò)展，終于使表層金屬呈小片狀剝落下來，而在零件表面形成一些小坑 ，這種現(xiàn)象稱為疲勞點(diǎn)蝕。b b由彈性力學(xué)可知，應(yīng)力為：由彈性力學(xué)可知，應(yīng)力為：222121211111EEBFnH上述公式稱為上述公式稱為赫茲赫茲(H

28、Hertz)公式公式 H HH H21Fn1Fnb b2H HH HH H -最大接觸應(yīng)力或最大接觸應(yīng)力或赫茲應(yīng)力赫茲應(yīng)力;2121B B -接觸長度接觸長度;F Fn n -作用在圓柱體上的載荷作用在圓柱體上的載荷; -綜合曲率半徑綜合曲率半徑; 接觸疲勞強(qiáng)度的判定條件為：接觸疲勞強(qiáng)度的判定條件為：HHHHHSlim,而“+”用于外接觸，用于外接觸，“-”用于內(nèi)接觸。用于內(nèi)接觸。本章小結(jié)疲勞曲線的概念、公式和圖形單向穩(wěn)定變應(yīng)力時機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的主要因素提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施作業(yè)作業(yè)：

29、 3-1. 3-2.3-3.3-4.3-5 3-8 3-20 3-22例例1 已知：max=200N/mm2，r =0.5，求：min、a、m。解：1002005 . 0maxminr5021002002minmaxinmaxaa0tmaxmmin20050-100例2 已知：a= 80N/mm2，m=40N/mm2 求：max、min、r、繪圖。解：120)80(40maxam40)80(40minam3112040maxminra0tmaxmmin40-40-120例3 已知：A截面產(chǎn)生max=400N/mm2，min=100N/mm2 求：a、m，r。FaFaFraAFrMb彎曲應(yīng)力25025021004002minmaxinmaxm25. 041400100maxminra0tm100-150-4000ta0tm= 穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力R=1對稱循環(huán)R=1靜應(yīng)力解： 528.37maxcbcb472.34mincbcb36ba528. 1cm919. 0r=0tbPr（對稱循環(huán)）0tcPx（靜應(yīng)力）a0tm34.472-3636-1.528-37.528合成后（穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力）第二章第二章 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算（