機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之機(jī)械設(shè)計(jì)-第2章：機(jī)械零件設(shè)計(jì)計(jì)算基礎(chǔ)

1、北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅二章第二章E靜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算靜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算E變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算E表面強(qiáng)度計(jì)算表面強(qiáng)度計(jì)算E剛度和振動計(jì)算剛度和振動計(jì)算北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅驟步驟1 1：繪制：繪制運(yùn)動簡圖運(yùn)動簡圖步驟步驟2 2：繪制：繪制結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖步驟步驟3 3：分析載荷應(yīng)力：分析載荷應(yīng)力步驟步驟4 4：選擇零件材料：選擇零件材料步驟步驟5 5：分析失效形式：分析失效形式步驟步驟6

2、 6：確定工作準(zhǔn)則：確定工作準(zhǔn)則步驟步驟7 7：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算步驟步驟8 8：進(jìn)行：進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟步驟9 9：進(jìn)行：進(jìn)行校核驗(yàn)算校核驗(yàn)算機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅驟步驟1 1：繪制運(yùn)動簡圖：繪制運(yùn)動簡圖步驟步驟2 2：繪制：繪制結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖步驟步驟3 3：分析載荷應(yīng)力：分析載荷應(yīng)力步驟步驟4 4：選擇零件材料：選擇零件材料步驟步驟5 5：分析失效形式：分析失效形式步驟步驟6 6：確定工作準(zhǔn)則：確定工作準(zhǔn)則步驟步驟7 7：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：進(jìn)行設(shè)

3、計(jì)計(jì)算步驟步驟8 8：進(jìn)行：進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟步驟9 9：進(jìn)行：進(jìn)行校核驗(yàn)算校核驗(yàn)算機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅算載荷計(jì)算載荷= =K K 名義載荷名義載荷載荷系數(shù)（工作情況系數(shù)）載荷系數(shù)（工作情況系數(shù)）載荷（載荷（1）載荷載荷 作用于零件上的力或力矩作用于零件上的力或力矩名義載荷（理論載荷）名義載荷（理論載荷）F F 理想工作條件下的載荷，根據(jù)額定功率計(jì)理想工作條件下的載荷，根據(jù)額定功率計(jì)算算計(jì)算載荷（實(shí)際載荷）計(jì)算載荷（實(shí)際載荷）F Fc c 作用于零件的實(shí)

4、際載荷，考慮各種附加載作用于零件的實(shí)際載荷，考慮各種附加載荷荷K 1主因是動力機(jī)與工作機(jī)的工作性質(zhì)，如平穩(wěn)、沖擊主因是動力機(jī)與工作機(jī)的工作性質(zhì)，如平穩(wěn)、沖擊北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅燃機(jī)閥門內(nèi)燃機(jī)閥門彈簧受力彈簧受力載荷（載荷（2）靜載荷靜載荷 不隨時間變化或變化緩慢的載荷不隨時間變化或變化緩慢的載荷 鍋爐受力鍋爐受力變載荷變載荷 隨時間周期性或非周期性變化的載荷隨時間周期性或非周期性變化的載荷汽車軸、汽車軸、齒輪受力齒輪受力北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼

5、紅力應(yīng)力 （）單位面積上的內(nèi)力單位面積上的內(nèi)力拉伸應(yīng)力、壓縮應(yīng)力、剪切應(yīng)力拉伸應(yīng)力、壓縮應(yīng)力、剪切應(yīng)力F北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅 tminmaxm零件的應(yīng)力零件的應(yīng)力作用在零件剖面上的應(yīng)力作用在零件剖面上的應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力靜應(yīng)力靜應(yīng)力 不隨時間變化或變化緩慢的應(yīng)力不隨時間變化或變化緩慢的應(yīng)力變應(yīng)力變應(yīng)力 隨時間周期性或非周期性變化的應(yīng)力隨時間周期性或非周期性變化的應(yīng)力非穩(wěn)定變應(yīng)力非穩(wěn)定變應(yīng)力北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼

6、紅題問題：靜變載荷與靜變應(yīng)力的關(guān)系？靜變載荷與靜變應(yīng)力的關(guān)系？名義應(yīng)力？計(jì)算應(yīng)力？名義應(yīng)力？計(jì)算應(yīng)力？北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅定變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力每次循環(huán)的參數(shù)和周期均不隨時間變化每次循環(huán)的參數(shù)和周期均不隨時間變化的周期性變應(yīng)力，亦稱循環(huán)變應(yīng)力的周期性變應(yīng)力，亦稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力應(yīng)力參數(shù)應(yīng)力參數(shù)最大應(yīng)力最大應(yīng)力maxmax m m + + a a最小應(yīng)力最小應(yīng)力minmin m m a a平均應(yīng)力平均應(yīng)

7、力m m (maxmax+ +minmin) )2 2 應(yīng)力幅應(yīng)力幅 a a (maxmaxminmin) )2 2 應(yīng)力循環(huán)特性應(yīng)力循環(huán)特性 r r = = minminmaxmax問題問題：三種穩(wěn)定變應(yīng)力的參數(shù)？三種穩(wěn)定變應(yīng)力的參數(shù)？ 靜應(yīng)力的參數(shù)？靜應(yīng)力的參數(shù)？北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅料的極限應(yīng)力（材料的極限應(yīng)力（1） Be e 玻璃鋼玻璃鋼灰口鑄鐵灰口鑄鐵e e p S BA AB BCDE靜應(yīng)力靜應(yīng)力下的極限應(yīng)力與材料性能有關(guān)下的極限應(yīng)力與材料性能有關(guān)脆性材料取強(qiáng)度極限應(yīng)力脆性材料取強(qiáng)度極限應(yīng)力B

8、 B塑性材料取屈服極限應(yīng)力塑性材料取屈服極限應(yīng)力S S北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅料的極限應(yīng)力（材料的極限應(yīng)力（2）變應(yīng)力變應(yīng)力下的極限應(yīng)力依據(jù)防疲勞斷裂準(zhǔn)則確定，下的極限應(yīng)力依據(jù)防疲勞斷裂準(zhǔn)則確定，取疲勞極限應(yīng)力（材料經(jīng)過取疲勞極限應(yīng)力（材料經(jīng)過N N0 0次應(yīng)力循環(huán)不發(fā)生次應(yīng)力循環(huán)不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力）破壞的最大應(yīng)力）r，該值可從有關(guān)手冊查取。，該值可從有關(guān)手冊查取。0NNNrNr有限壽命區(qū)有限壽命區(qū) 無限壽命區(qū)無限壽命區(qū)北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅

9、用應(yīng)力：許用應(yīng)力：設(shè)計(jì)零件時所依據(jù)的條件應(yīng)力設(shè)計(jì)零件時所依據(jù)的條件應(yīng)力許用安全系數(shù)：許用安全系數(shù)：考慮計(jì)算精度、材料均勻度和考慮計(jì)算精度、材料均勻度和 零件重要度等因素，查表而得。零件重要度等因素，查表而得。許用安全系數(shù)許用安全系數(shù)許用應(yīng)力許用應(yīng)力結(jié)構(gòu)笨重結(jié)構(gòu)笨重許用安全系數(shù)許用安全系數(shù)許用應(yīng)力許用應(yīng)力不夠安全不夠安全許用應(yīng)力與許用安全系數(shù)許用應(yīng)力與許用安全系數(shù)SlimSlim許用應(yīng)力許用應(yīng)力極限應(yīng)力極限應(yīng)力許用安全系數(shù)許用安全系數(shù) 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅驟步驟1 1：繪制運(yùn)動簡

10、圖：繪制運(yùn)動簡圖步驟步驟2 2：繪制：繪制結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖步驟步驟3 3：分析載荷應(yīng)力：分析載荷應(yīng)力步驟步驟4 4：選擇零件材料：選擇零件材料步驟步驟5 5：分析失效形式：分析失效形式步驟步驟6 6：確定工作準(zhǔn)則：確定工作準(zhǔn)則步驟步驟7 7：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算步驟步驟8 8：進(jìn)行：進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟步驟9 9：進(jìn)行：進(jìn)行校核驗(yàn)算校核驗(yàn)算機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅用零件材料的力學(xué)性能等級和牌號常用零件材料的力學(xué)性能等級和牌號（1 1）鑄鐵鑄鐵：含：含2.

11、062.06易成型、價廉、吸振、易成型、價廉、吸振、可靠性差。如灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵可靠性差。如灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵（2 2）鋼鋼：含量：含量1.41.4常用。常用。 碳素鋼碳素鋼：普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼 合金鋼：綜合機(jī)械性能好，但較貴合金鋼：綜合機(jī)械性能好，但較貴 鑄鋼：鑄鋼：含（含（0.150.150.60.6）易成型易成型（3 3）有色金屬合金有色金屬合金：有特殊性能，價昂：有特殊性能，價昂少用。如少用。如鋁合金、銅合金（黃銅、青銅）、軸承合金鋁合金、銅合金（黃銅、青銅）、軸承合金（4 4） 非金屬材料非金屬材料：如工程塑料、橡膠、玻璃等燒結(jié)：如工程塑料

12、、橡膠、玻璃等燒結(jié)材料、復(fù)合材料材料、復(fù)合材料常用材料常用材料北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅料選用原則材料選用原則使用要求使用要求使用環(huán)境、載荷性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、重要程度使用環(huán)境、載荷性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、重要程度. .工藝要求工藝要求零件及其毛坯的形狀、批量、加工方法零件及其毛坯的形狀、批量、加工方法. .經(jīng)濟(jì)要求經(jīng)濟(jì)要求材料價格結(jié)合加工費(fèi)用、材料利用率材料價格結(jié)合加工費(fèi)用、材料利用率. .北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅驟步驟1 1：繪制運(yùn)動簡圖

13、：繪制運(yùn)動簡圖步驟步驟2 2：繪制：繪制結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖步驟步驟3 3：分析載荷應(yīng)力：分析載荷應(yīng)力步驟步驟4 4：選擇零件材料：選擇零件材料步驟步驟5 5：分析失效形式：分析失效形式步驟步驟6 6：確定工作準(zhǔn)則：確定工作準(zhǔn)則步驟步驟7 7：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算步驟步驟8 8：進(jìn)行：進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟步驟9 9：進(jìn)行：進(jìn)行校核驗(yàn)算校核驗(yàn)算機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅可能的失效形式：軸可能的失效形式：斷裂、塑性變形、過大彈性變形、共振斷裂、塑性變形、過大彈性變

14、形、共振Fn零件失效形式零件失效形式失效失效零件喪失工作能力或達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的性能，不零件喪失工作能力或達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的性能，不僅僅指破壞僅僅指破壞主要失效形式主要失效形式斷裂斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂表面點(diǎn)蝕表面點(diǎn)蝕：工作表面片狀剝落：工作表面片狀剝落塑性變形塑性變形：零件發(fā)生永久性變形：零件發(fā)生永久性變形過大彈性變形過大彈性變形表面破壞表面破壞過大振動和噪聲、過熱過大振動和噪聲、過熱等等北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅驟步驟1 1：繪制運(yùn)動簡圖：繪制運(yùn)動簡圖步驟步驟2 2：繪制：繪制結(jié)

15、構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖步驟步驟3 3：分析載荷應(yīng)力：分析載荷應(yīng)力步驟步驟4 4：選擇零件材料：選擇零件材料步驟步驟5 5：分析失效形式：分析失效形式步驟步驟6 6：確定工作準(zhǔn)則：確定工作準(zhǔn)則步驟步驟7 7：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算步驟步驟8 8：進(jìn)行：進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟步驟9 9：進(jìn)行：進(jìn)行校核驗(yàn)算校核驗(yàn)算機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅 1352204602250 kN零件工作能力準(zhǔn)則零件工作能力準(zhǔn)則工作能力工作能力不失效條件下零件的安全工作限度。該限不失效條件下零件的安全工作限度。該限度通常以

16、零件承受載荷的大小來表示，又度通常以零件承受載荷的大小來表示，又常稱為常稱為“承載能力承載能力”。如：吊鉤最大起重。如：吊鉤最大起重量量50 kN50 kN，其工作能力或承載能力為，其工作能力或承載能力為50 kN50 kN工作能力準(zhǔn)則工作能力準(zhǔn)則衡量零件工作能力的指標(biāo)。零件設(shè)計(jì)就是針對零件主要衡量零件工作能力的指標(biāo)。零件設(shè)計(jì)就是針對零件主要失效形式選擇適合的工作能力準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要包括失效形式選擇適合的工作能力準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要包括強(qiáng)度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、耐磨性準(zhǔn)則、振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則、強(qiáng)度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、耐磨性準(zhǔn)則、振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則、耐熱性準(zhǔn)則耐熱性準(zhǔn)則北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空

17、航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅強(qiáng)度度準(zhǔn)準(zhǔn)則則剛度準(zhǔn)則剛度準(zhǔn)則耐磨性準(zhǔn)則耐磨性準(zhǔn)則選擇工作準(zhǔn)則選擇工作準(zhǔn)則主要失效形式與工作準(zhǔn)則的對應(yīng)主要失效形式與工作準(zhǔn)則的對應(yīng)斷裂斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂表面點(diǎn)蝕表面點(diǎn)蝕：工作表面片狀剝落：工作表面片狀剝落塑性變形塑性變形：零件發(fā)生永久性變形：零件發(fā)生永久性變形過大彈性變形過大彈性變形表面破壞表面破壞過大振動和噪聲、過熱過大振動和噪聲、過熱等等振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅驟步驟1 1：

18、繪制運(yùn)動簡圖：繪制運(yùn)動簡圖步驟步驟2 2：繪制：繪制結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖步驟步驟3 3：分析載荷應(yīng)力：分析載荷應(yīng)力步驟步驟4 4：選擇零件材料：選擇零件材料步驟步驟5 5：分析失效形式：分析失效形式步驟步驟6 6：確定工作準(zhǔn)則：確定工作準(zhǔn)則步驟步驟7 7：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算步驟步驟8 8：進(jìn)行：進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟步驟9 9：進(jìn)行：進(jìn)行校核驗(yàn)算校核驗(yàn)算機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度：強(qiáng)度：材料抵抗斷裂或殘余變形的能力材料抵抗斷裂或殘余變形的能力

19、強(qiáng)度準(zhǔn)則：強(qiáng)度準(zhǔn)則：工作應(yīng)力工作應(yīng)力許用應(yīng)力許用應(yīng)力 或或 失效形式：失效形式：斷裂、疲勞破壞、殘余變形斷裂、疲勞破壞、殘余變形典型零件：典型零件：軸、齒輪、軸、齒輪、 帶輪等帶輪等Slim 正應(yīng)力：正應(yīng)力：Slim 剪應(yīng)力：剪應(yīng)力：機(jī)械零件工作能力的最基本準(zhǔn)則機(jī)械零件工作能力的最基本準(zhǔn)則北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算靜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算塑性材料零件塑性材料零件 = sS = sS脆性或低塑性材料零件脆性或低塑性材料零件 = BS = BS防止塑性變形防止塑性變形防止斷裂防止斷裂北京航空航天

20、大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（1）疲勞破壞機(jī)理：疲勞破壞機(jī)理：零件產(chǎn)生微觀裂紋；發(fā)展成宏觀裂紋；零件產(chǎn)生微觀裂紋；發(fā)展成宏觀裂紋；宏觀裂紋急劇擴(kuò)展；到達(dá)材料極限強(qiáng)度時發(fā)生斷裂宏觀裂紋急劇擴(kuò)展；到達(dá)材料極限強(qiáng)度時發(fā)生斷裂影響零件疲勞強(qiáng)度因素影響零件疲勞強(qiáng)度因素材料極限應(yīng)力材料極限應(yīng)力 應(yīng)力集中應(yīng)力集中 尺寸效應(yīng)尺寸效應(yīng) 表面狀態(tài)表面狀態(tài) 疲勞失效：疲勞失效：大多數(shù)機(jī)械零件工作時受變應(yīng)力作用。即大多數(shù)機(jī)械零件工作時受變應(yīng)力作用。即使應(yīng)力值小于材料的屈服強(qiáng)度，也會在經(jīng)受一定應(yīng)力循使應(yīng)力

21、值小于材料的屈服強(qiáng)度，也會在經(jīng)受一定應(yīng)力循環(huán)周期后突然斷裂，而且斷裂時沒有明顯的宏觀塑性變環(huán)周期后突然斷裂，而且斷裂時沒有明顯的宏觀塑性變形，這種破壞形式稱為疲勞失效形，這種破壞形式稱為疲勞失效北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（2）0NNNrNr有限壽命區(qū)有限壽命區(qū) 無限壽命區(qū)無限壽命區(qū)循環(huán)特性循環(huán)特性r r一定時，應(yīng)力循環(huán)一定時，應(yīng)力循環(huán)N N次后，材料不發(fā)次后，材料不發(fā)生疲勞破壞時的最大應(yīng)力，稱為疲勞極限。生疲勞破壞時的最大應(yīng)力，稱為疲勞極限。NrmrrNKNN0K

22、KN N：壽命系數(shù)：壽命系數(shù)N N0 0: : 循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù)m m：材料與應(yīng)力指數(shù)：材料與應(yīng)力指數(shù)疲勞曲線（疲勞曲線（ N曲線曲線） rNmN = rmN0 = C北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（3）lgNlg rNO103(104)N0 rAB低周循環(huán)低周循環(huán)高周循環(huán)高周循環(huán)有限壽命區(qū)有限壽命區(qū)無限壽命區(qū)無限壽命區(qū)循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù)(107)疲勞曲線一般是在對稱循環(huán)變應(yīng)力條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果疲勞曲線一般是在對稱循環(huán)變應(yīng)力條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)

23、院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（4）相同循環(huán)次數(shù)（通常取相同循環(huán)次數(shù)（通常取N N0 0）和不同循環(huán)特性）和不同循環(huán)特性r r下，下，材料有不同的疲勞極限，可從材料疲勞極限應(yīng)力材料有不同的疲勞極限，可從材料疲勞極限應(yīng)力圖求得。圖求得。 a mF( B,0)S( s,0)A(0, -1)B( 0/2, 0/2)E安全區(qū)安全區(qū)塑性失效區(qū)塑性失效區(qū)疲勞失效區(qū)疲勞失效區(qū)45o135oABES北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅應(yīng)力狀態(tài)下

24、的強(qiáng)度計(jì)算（變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（5） a mS( s,0)A a mS( s,0)A a mS( s,0)A lim=2 -1K (1-r)+ (1+r)許用疲勞極限曲線許用疲勞極限曲線許用疲勞極限曲線許用疲勞極限曲線許用疲勞極限曲線許用疲勞極限曲線簡化疲勞曲線簡化疲勞曲線簡化疲勞曲線簡化疲勞曲線簡化疲勞曲線簡化疲勞曲線m1minK K ：疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)：疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（6） max = limS a a = lim-aS疲

25、勞強(qiáng)度準(zhǔn)則：疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則：北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅面強(qiáng)度計(jì)算表面強(qiáng)度計(jì)算表面接觸強(qiáng)度表面接觸強(qiáng)度表面擠壓強(qiáng)度表面擠壓強(qiáng)度表面磨損強(qiáng)度表面磨損強(qiáng)度齒輪傳動、蝸桿傳動以及滾動軸承等依靠表面接齒輪傳動、蝸桿傳動以及滾動軸承等依靠表面接觸工作的零件，受到法向載荷時，其工作能力取觸工作的零件，受到法向載荷時，其工作能力取決于接觸表面的強(qiáng)度決于接觸表面的強(qiáng)度北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅面接觸強(qiáng)度表面接觸強(qiáng)度北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅EEFcaH222121211111赫茲公式赫茲公式接觸應(yīng)力的計(jì)算公式接觸應(yīng)力的計(jì)算公式影響接觸應(yīng)力的因素：影響接觸應(yīng)力的因素：曲率半徑曲率半徑材料材料接觸線長度接觸線長度FacFac：法向載荷；：法向載荷；L L：接觸長度；：接觸長度；疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則：疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則： H H 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 劉繼