第3章 機械零件的強度(用)

1、第三章第三章 機械零件的強度機械零件的強度主要內(nèi)容主要內(nèi)容n載荷和應(yīng)力的分類載荷和應(yīng)力的分類n機械零件強度的基本概念機械零件強度的基本概念n3-1材料的疲勞特性材料的疲勞特性n3-2疲勞強度的計算疲勞強度的計算n提高零件疲勞強度的措施提高零件疲勞強度的措施n3-3 機械零件的抗斷裂強度機械零件的抗斷裂強度n3-4 機械零件的抗斷裂強度機械零件的抗斷裂強度教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重點教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重點1、掌握載荷和應(yīng)力的分類；、掌握載荷和應(yīng)力的分類；2、熟悉機械零件強度的基本概念；、熟悉機械零件強度的基本概念；3、掌握材料的疲勞特性；、掌握材料的疲勞特性；4、 了解機械零件的強度計算和提高零件疲勞強度的措

2、施。了解機械零件的強度計算和提高零件疲勞強度的措施。教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo):教學(xué)重點教學(xué)重點:1、穩(wěn)定循環(huán)應(yīng)力類型及參量；、穩(wěn)定循環(huán)應(yīng)力類型及參量；2、材料的疲勞曲線及極限應(yīng)力曲線。、材料的疲勞曲線及極限應(yīng)力曲線。1 1、零件設(shè)計中的載荷及其分類、零件設(shè)計中的載荷及其分類 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. .絕對的靜載荷在機器中是很少遇到的。但一般認為在整個使用壽命期內(nèi)，載荷隨時間變化次數(shù)不大于103時，就可看作是靜載荷。如物體重力，鍋爐所受壓力、吊鉤螺栓所承受的拉力等。 變載荷變載荷：隨時間作周期性或非周期性變化的載荷：隨時間作周期性或非周期性變化的載荷.

3、 .如如汽車的齒輪和軸所承受的動載荷。汽車的齒輪和軸所承受的動載荷。 一、載荷和應(yīng)力的分類載荷可分為靜載荷和變載荷兩類。 注意注意: :在設(shè)計計算中，載荷又可分為名義載荷和計在設(shè)計計算中，載荷又可分為名義載荷和計算載荷，計算載荷等于載荷系數(shù)乘以名義載荷。算載荷，計算載荷等于載荷系數(shù)乘以名義載荷。 名義載荷：名義載荷： 根據(jù)機器在穩(wěn)定和理想工作條件下的工作阻力，根據(jù)機器在穩(wěn)定和理想工作條件下的工作阻力，按力學(xué)公式求出的載荷稱為按力學(xué)公式求出的載荷稱為名義載荷名義載荷.計算載荷：計算載荷： 考慮機器在工作中載荷的變化和載荷在零件上考慮機器在工作中載荷的變化和載荷在零件上分布的不均勻性，以及其他影響

4、零件受力的種種因分布的不均勻性，以及其他影響零件受力的種種因素（如啟動和制動時的過載等），設(shè)計時引入載荷素（如啟動和制動時的過載等），設(shè)計時引入載荷系數(shù)系數(shù)K。載荷系數(shù)。載荷系數(shù)K與名義載荷的乘積稱為與名義載荷的乘積稱為計算載計算載荷荷，即，即:F FcacaKFKF 式中式中F Fcaca和和F F分別為計算分別為計算載荷和名義載荷，載荷和名義載荷，單位為單位為N。 注注:計算載荷只是初步設(shè)計時所依據(jù)的一個數(shù)值，計算載荷只是初步設(shè)計時所依據(jù)的一個數(shù)值，它與用在零件上隨機變化的它與用在零件上隨機變化的實際載荷實際載荷是有區(qū)別的。是有區(qū)別的。實際載荷與計算載荷之間的差異以及對強度的影響，實際載荷

5、與計算載荷之間的差異以及對強度的影響，可在安全系數(shù)中考慮?？稍诎踩禂?shù)中考慮。2應(yīng)力的分類應(yīng)力的分類 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。它只能在靜載荷作用下產(chǎn)生。零件在靜應(yīng)力作用下可能發(fā)它只能在靜載荷作用下產(chǎn)生。零件在靜應(yīng)力作用下可能發(fā)生斷裂或塑性變形失效。生斷裂或塑性變形失效。 變應(yīng)力變應(yīng)力: : 隨時間變化的應(yīng)力。隨時間變化的應(yīng)力?？梢杂勺冚d荷產(chǎn)生可以由變載荷產(chǎn)生，也可以由靜載荷產(chǎn)生。機械零件中的應(yīng)力多為變應(yīng)力，也可以由靜載荷產(chǎn)生。機械零件中的應(yīng)力多為變應(yīng)力，零件在變應(yīng)力作用下可能發(fā)生疲勞失效。零件在變應(yīng)力作用下可能發(fā)生疲勞失效。 一、載荷和應(yīng)力的

6、分類 變應(yīng)力又可分為穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力、非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力以變應(yīng)力又可分為穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力、非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力以及隨機變應(yīng)力等。最基本的變應(yīng)力為及隨機變應(yīng)力等。最基本的變應(yīng)力為穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力。 最基本的變應(yīng)力為最基本的變應(yīng)力為穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力。 描述穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力有5個參量，應(yīng)力幅a、平均應(yīng)力m 、最小應(yīng)力min 、最大應(yīng)力max和循環(huán)特性系數(shù)r。但其中只有兩個參數(shù)是獨立的。穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力:隨時間作周期性變化，而變化幅度保持常數(shù)的隨時間作周期性變化，而變化幅度保持常數(shù)的變應(yīng)力，如氣門彈簧（變應(yīng)力，如氣門彈簧（發(fā)動機的配氣機構(gòu)）發(fā)動機的配氣機構(gòu)）上的應(yīng)力上的應(yīng)力非穩(wěn)

7、定循環(huán)變應(yīng)力非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力:隨時間作周期性變化變化幅度也隨時間作周期性變化變化幅度也是按一定規(guī)律周期性變化是按一定規(guī)律周期性變化隨機變應(yīng)力隨機變應(yīng)力:不呈周期性變化，而帶有不呈周期性變化，而帶有偶然性，如汽車的懸架彈簧上受的應(yīng)力偶然性，如汽車的懸架彈簧上受的應(yīng)力.瞬時過載或沖擊產(chǎn)生的應(yīng)力，如緩沖器彈簧所受的應(yīng)力稱為尖峰應(yīng)力兩種類別sm平均應(yīng)力； sa應(yīng)力幅值smax最大應(yīng)力； smin最小應(yīng)力r 循環(huán)特性（應(yīng)力比）2minmaxmsss2minmaxasssmaxminssr上述參數(shù)中只有兩個參數(shù)是獨立的。 一、載荷和應(yīng)力的分類2應(yīng)力的分類應(yīng)力的分類 r = -1對稱循環(huán)應(yīng)力r=0脈動循環(huán)應(yīng)

8、力r=1靜應(yīng)力非對稱循環(huán)應(yīng)力 -1 r+1應(yīng)力分類圖示：應(yīng)力分類圖示： 穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的類型有非對稱循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力、脈動循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力和對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力三種。 2應(yīng)力的分類應(yīng)力的分類 受變應(yīng)力的機械零件舉例轉(zhuǎn)軸上a點受力外圈上一點a點受力強度可分為靜應(yīng)力強度和變應(yīng)力強度強度可分為靜應(yīng)力強度和變應(yīng)力強度 a靜應(yīng)力強度靜應(yīng)力強度： 二、機械零件強度的基本概念 在靜應(yīng)力下工作的零件，其失效形式將是斷裂在靜應(yīng)力下工作的零件，其失效形式將是斷裂或塑性變形。因此需要計算靜強度。或塑性變形。因此需要計算靜強度。 b變應(yīng)力強度變應(yīng)力強度： 在變應(yīng)力下工作的零件，其失效形式將是

9、疲勞在變應(yīng)力下工作的零件，其失效形式將是疲勞斷裂。因此需要計算其疲勞強度。斷裂。因此需要計算其疲勞強度。 注意：靜應(yīng)力只能由靜載荷產(chǎn)生，而變應(yīng)力可能由變注意：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)生載荷產(chǎn)生，也可能由靜載荷產(chǎn)生1 1、基本概念、基本概念 零件在變應(yīng)力作用下的破壞，稱為零件在變應(yīng)力作用下的破壞，稱為疲勞破壞疲勞破壞，一般也稱為疲勞失效。一般也稱為疲勞失效。 疲勞破壞產(chǎn)生的過程疲勞破壞產(chǎn)生的過程是：在變應(yīng)力作用下，零件表面首是：在變應(yīng)力作用下，零件表面首先產(chǎn)生初始裂紋，形成一個或數(shù)個疲勞源。在變應(yīng)力的繼續(xù)先產(chǎn)生初始裂紋，形成一個或數(shù)個疲勞源。在變應(yīng)力的繼

10、續(xù)作用下，初始裂紋處的應(yīng)力集中促使裂紋擴展，使零件的實作用下，初始裂紋處的應(yīng)力集中促使裂紋擴展，使零件的實際承載面積逐漸減小，直至不能承受外載荷時，導(dǎo)致零件突際承載面積逐漸減小，直至不能承受外載荷時，導(dǎo)致零件突然發(fā)生脆性斷裂。然發(fā)生脆性斷裂。 3-1 材料的疲勞特性a 疲勞破壞：疲勞破壞：特點：特點： 1在某類變應(yīng)力多次作用后突然斷裂；在某類變應(yīng)力多次作用后突然斷裂； 2斷裂時變應(yīng)力的最大應(yīng)力遠小于材料的屈服極限斷裂時變應(yīng)力的最大應(yīng)力遠小于材料的屈服極限 3即使是塑性材料，斷裂時也無明顯的塑性變形。即使是塑性材料，斷裂時也無明顯的塑性變形。 由此可見，疲勞破壞不僅僅與由此可見，疲勞破壞不僅僅與

11、應(yīng)力的大小應(yīng)力的大小有關(guān)，而有關(guān)，而且還與且還與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和和應(yīng)力循環(huán)特性應(yīng)力循環(huán)特性有關(guān)。有關(guān)。 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)生疲次后，材料不發(fā)生疲勞破壞時的最大應(yīng)力，稱為勞破壞時的最大應(yīng)力，稱為疲勞極限疲勞極限。3-1 材料的疲勞特性1 1、基本概念、基本概念疲勞源疲勞源 疲勞宏觀斷口特征疲勞宏觀斷口特征 疲勞斷口的微觀特征疲勞斷口的微觀特征 疲勞輝紋（疲勞條帶、疲勞條紋）疲勞輝紋（疲勞條帶、疲勞條紋） 疲勞曲線疲勞曲線CD段段( (有限壽命區(qū)間有限壽命區(qū)間) ): :)(DCmrNNNNCNs)DrrNNN （ssD點以后點以后

12、(無限壽命區(qū)間無限壽命區(qū)間): 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來近來近似代表似代表N NDD和和 r,r,有：有：CNN0mrmrNss2 2、 s sN疲勞曲線疲勞曲線s sN疲勞曲線疲勞曲線3-1 材料的疲勞特性材料的疲勞特性表示循環(huán)次數(shù)表示循環(huán)次數(shù)N N和疲勞極限和疲勞極限 間關(guān)系的曲線稱間關(guān)系的曲線稱s sN疲勞曲線疲勞曲線rNsAB段：靜應(yīng)力強度狀態(tài)階段，段：靜應(yīng)力強度狀態(tài)階段，N103BC段：應(yīng)變疲勞（低周疲勞）階段段：應(yīng)變疲勞（低周疲勞）階段,N104 疲勞曲線疲勞曲線有限壽命區(qū)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)有限壽命區(qū)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)N N與與疲勞極限疲勞極限s srN的

13、關(guān)系為：的關(guān)系為：式中，式中， N0為循環(huán)基數(shù)；為循環(huán)基數(shù)； s sr為與為與N0相對應(yīng)的疲勞極限相對應(yīng)的疲勞極限m為材料常數(shù)，為材料常數(shù)，值由材料試驗確定。值由材料試驗確定。rNmrKNNsss0rNs sN疲勞曲線疲勞曲線、 s sN疲勞曲線疲勞曲線3-1 材料的疲勞特性材料的疲勞特性疲勞曲線的意義 掌握疲勞曲線的概念，其意義絕不只局限應(yīng)用于本章的強度計算，它對學(xué)習(xí)“機械設(shè)計”課程時，理解受變應(yīng)力作用下的強度計算很有幫助。例如，學(xué)習(xí)齒輪傳動輪齒強度計算時，有助于理解壽命系數(shù)的物理意義；學(xué)習(xí)滾動軸承疲勞強度計算時，運用疲勞曲線的概念，建立pL10=常數(shù)=C1 的關(guān)系，易于理解導(dǎo)出壽命計算式P

14、319 ，等等。0rNmrNrNKNsss、極限應(yīng)力線圖（等壽命疲勞曲線）、極限應(yīng)力線圖（等壽命疲勞曲線） 機械零件材料的疲勞特機械零件材料的疲勞特性除用性除用s sN曲線表示外曲線表示外，還還可用可用極限應(yīng)力線圖極限應(yīng)力線圖，即，即等壽等壽命曲線命曲線來描述。該曲線表達來描述。該曲線表達了材料在不同循環(huán)特性下疲了材料在不同循環(huán)特性下疲勞極限的特性。勞極限的特性。3-1 材料的疲勞特性材料的疲勞特性在工程應(yīng)用中，常將等壽命曲線用直線來近似替代。在工程應(yīng)用中，常將等壽命曲線用直線來近似替代。A直線的方程為：直線的方程為：ma1sssssmasssC直線的方程為：直線的方程為：0012ssss 為

15、試件受循環(huán)彎曲為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的材料常數(shù)，其值應(yīng)力時的材料常數(shù)，其值由試驗及下式?jīng)Q定由試驗及下式?jīng)Q定：對于碳鋼，對于碳鋼， 0.10.2，對于合金鋼，對于合金鋼， 0.20.3。3-2 機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算在不對稱循環(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。1s材料對稱循環(huán)彎曲疲勞極限材料對稱循環(huán)彎曲疲勞極限e1s零件對稱循環(huán)彎曲疲勞極限零件對稱循環(huán)彎曲疲勞極限sssKe11零件的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限為零件的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限為: 1、零件的極限應(yīng)力線圖、零件的極限應(yīng)力線圖eK11sss如設(shè)彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)如設(shè)彎

16、曲疲勞極限的綜合影響系數(shù) ，且，且 機械零件的疲勞強度計算1 AG與AG不平行機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算2 22、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算工作應(yīng)力點工作應(yīng)力點: :M NM N機械零件可能發(fā)生的典型的應(yīng)力變化規(guī)律有以下三種：機械零件可能發(fā)生的典型的應(yīng)力變化規(guī)律有以下三種： 應(yīng)力比為常數(shù)：應(yīng)力比為常數(shù)：r=C (如大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài)如大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài))詳細分析詳細分析平均應(yīng)力為常數(shù)平均應(yīng)力為常數(shù)m=C (如震動著的受載彈簧中的應(yīng)力狀態(tài)如震動著的受載彈簧中的應(yīng)力狀態(tài)) 最小應(yīng)力為常數(shù)最小應(yīng)力為常數(shù)min=C （如今螺栓聯(lián)接中螺栓受軸

17、向變載荷時的（如今螺栓聯(lián)接中螺栓受軸向變載荷時的 應(yīng)力狀態(tài)）應(yīng)力狀態(tài)）單向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算單向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算 (1) 大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài)大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài) maxminr/Cs過原點與工作應(yīng)力點過原點與工作應(yīng)力點M或或N作連線交作連線交ADG于于M1 和和N1 點，點，由于直線上任一點的應(yīng)力循環(huán)特性均相同由于直線上任一點的應(yīng)力循環(huán)特性均相同, M1 和和N1 點即為所點即為所求的極限應(yīng)力點求的極限應(yīng)力點 maxmax()/21 r()/21 ralinmlinssssss常數(shù)a)當(dāng)工作應(yīng)力點位于當(dāng)工作應(yīng)力點位于OAG內(nèi)內(nèi)極限應(yīng)力為疲勞極限，極限應(yīng)力為疲勞極限，按疲

18、勞強度計算按疲勞強度計算max11maxlim()maaemeeamamKKssssssss ssssss ss s零件的極限應(yīng)力，疲勞極限：零件的極限應(yīng)力，疲勞極限：強度條件為：強度條件為： limmax1maxmax ecaamSsKssssssss sb)工作應(yīng)力點位于工作應(yīng)力點位于OGC內(nèi)內(nèi)極限應(yīng)力為屈服極限，按靜強度計算極限應(yīng)力為屈服極限，按靜強度計算maxmaxlimssamssecasssssss(2) 振動中的受載彈簧的應(yīng)力狀態(tài)振動中的受載彈簧的應(yīng)力狀態(tài)mcs需在極限應(yīng)力圖上找一個其平均應(yīng)力與工作應(yīng)力相同的極需在極限應(yīng)力圖上找一個其平均應(yīng)力與工作應(yīng)力相同的極限應(yīng)力，如圖，過工作

19、應(yīng)力點限應(yīng)力，如圖，過工作應(yīng)力點M（N）作與縱軸平行的軸線交）作與縱軸平行的軸線交AGC于于M2 （N2 ）點，即為極限應(yīng)力點）點，即為極限應(yīng)力點 a) 當(dāng)工作應(yīng)力點位當(dāng)工作應(yīng)力點位 于于OAGH區(qū)域區(qū)域極限應(yīng)力為疲勞極限極限應(yīng)力為疲勞極限 強度條件：強度條件： limmax1maxmax() ()mecamaKSSKsssssssssssb）工作應(yīng)力點位于）工作應(yīng)力點位于GHC區(qū)域區(qū)域極限應(yīng)力為屈服極限極限應(yīng)力為屈服極限 強度條件為：強度條件為： limmax escamaSSsssss(3) 變軸向變載荷的緊螺栓聯(lián)接中的螺栓應(yīng)力狀態(tài)變軸向變載荷的緊螺栓聯(lián)接中的螺栓應(yīng)力狀態(tài) mincs過工作

20、應(yīng)力點過工作應(yīng)力點M（N）作與橫坐標(biāo)成）作與橫坐標(biāo)成45的直線，則這直線任的直線，則這直線任一點的最小應(yīng)力一點的最小應(yīng)力 均相同，均相同，直線與極限應(yīng)力線圖直線與極限應(yīng)力線圖交點交點 即為所求極限應(yīng)力點。即為所求極限應(yīng)力點。 min macsssminmasss)(33NMa)a)工作應(yīng)力點位于工作應(yīng)力點位于OJGIOJGI區(qū)域區(qū)域內(nèi)內(nèi)求求AG與與MM3 的交點的交點:11aeememeaeekkssssssssssminmeaemaaessssss1minmaxlim2()aemeeKKsssssssssslim11minminmaxmin2()2() ()()()(2)ecamaaKkSS

21、Kkssssssssssssssssss強度條件強度條件: :極限應(yīng)力為疲勞極限，極限應(yīng)力為疲勞極限，按疲勞強度計算按疲勞強度計算c）工作應(yīng)力位于）工作應(yīng)力位于OAJ區(qū)域區(qū)域內(nèi)內(nèi)3(,)meaeNsslim meaesesssslimmaxmin 2esscamaaSSssssssssminsb)工作應(yīng)力點位于工作應(yīng)力點位于IGC區(qū)域區(qū)域極限應(yīng)力為屈服極限極限應(yīng)力為屈服極限按靜強度計算按靜強度計算極限應(yīng)力點為極限應(yīng)力點為靜強度條件靜強度條件為負值，工程中罕見，故不作考慮。為負值，工程中罕見，故不作考慮。 3）當(dāng)未知工作應(yīng)力點所在區(qū)域時，應(yīng)同時考慮可能出現(xiàn)）當(dāng)未知工作應(yīng)力點所在區(qū)域時，應(yīng)同時考慮

22、可能出現(xiàn)的兩種情況的兩種情況2）上述計算均為按無限壽命進行零件設(shè)計，若按有限壽）上述計算均為按無限壽命進行零件設(shè)計，若按有限壽命要求設(shè)計零件時，即應(yīng)力循環(huán)次數(shù)命要求設(shè)計零件時，即應(yīng)力循環(huán)次數(shù)103(104)NNo時時，這時上述公式中的極限應(yīng)力應(yīng)為有限壽命的疲勞極，這時上述公式中的極限應(yīng)力應(yīng)為有限壽命的疲勞極限限 ，即應(yīng)以，即應(yīng)以-1N 代代-1 ，以，以oN代代o5）等效應(yīng)力幅）等效應(yīng)力幅 0rrmNNNssamadKssss s注意：注意：1）若零件所受應(yīng)力變化規(guī)律不能肯定，一般采用）若零件所受應(yīng)力變化規(guī)律不能肯定，一般采用 r =C的的情況計算情況計算4）對切應(yīng)力上述公式同樣適用，只需將）

23、對切應(yīng)力上述公式同樣適用，只需將改為改為即可。即可。機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算3 33、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算用統(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)律性按損傷累按損傷累積積假說進行疲勞強度計算假說進行疲勞強度計算規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算3 3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，對應(yīng)于極限時，材料即發(fā)生疲勞破壞，對應(yīng)于極限狀況有：狀況有：1332211NnNnNnSScacass1計算安全系數(shù)：計算

24、安全系數(shù)：機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算4 44、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲強度計算、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲強度計算 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s sa a 和和t ta a時，時，由實驗得出的極限應(yīng)力關(guān)系式為：由實驗得出的極限應(yīng)力關(guān)系式為：12e1a2e1asstt式中式中 t ta及及s sa為同時作用的切向及為同時作用的切向及法向應(yīng)力幅的極限值法向應(yīng)力幅的極限值。計算安全系數(shù)：計算安全系數(shù)：22caSSSSOMMOS例如：轉(zhuǎn)軸工作時，往往同時產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，即在復(fù)合循環(huán)變應(yīng)例如：轉(zhuǎn)軸工作時，往往同時產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和

25、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，即在復(fù)合循環(huán)變應(yīng)力狀態(tài)下工作。力狀態(tài)下工作。 SSSSSS22tsts目前，對于復(fù)合循環(huán)變應(yīng)力作用下的零件安全系數(shù)的計算，目前，對于復(fù)合循環(huán)變應(yīng)力作用下的零件安全系數(shù)的計算，理論和試驗研究都很不充分；只對于周期相同、相位相同的彎理論和試驗研究都很不充分；只對于周期相同、相位相同的彎曲和扭轉(zhuǎn)對稱穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力所組成的復(fù)合變應(yīng)力的研究較成曲和扭轉(zhuǎn)對稱穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力所組成的復(fù)合變應(yīng)力的研究較成熟。對于一般結(jié)構(gòu)鋼，當(dāng)其同時有周期相同和相位相同的彎曲熟。對于一般結(jié)構(gòu)鋼，當(dāng)其同時有周期相同和相位相同的彎曲和扭轉(zhuǎn)對稱穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力時，彎、扭復(fù)合對稱循環(huán)變應(yīng)力下和扭轉(zhuǎn)對稱穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力時，彎、扭復(fù)合

26、對稱循環(huán)變應(yīng)力下的強度條件式為：的強度條件式為：S、S為單向應(yīng)力狀態(tài)安全系數(shù)值。為單向應(yīng)力狀態(tài)安全系數(shù)值。4、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算 許用安全系數(shù)許用安全系數(shù) 的薦用值：的薦用值：材質(zhì)均勻性材質(zhì)均勻性 工藝質(zhì)量工藝質(zhì)量 載荷計算載荷計算好好好好精確精確1.3-1.4中等中等中等中等不夠精確不夠精確1.4-1.7差差一般一般精確性差精確性差1.7-1.3S S機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算5 5提高機械零件疲勞強度的措施提高機械零件疲勞強度的措施 在綜合考慮零件的性能要求和經(jīng)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

27、適當(dāng)?shù)臒崽幚砗透鞣N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。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。質(zhì)量，必要時表面作適當(dāng)?shù)姆雷o處理。 盡可能降低零件上的應(yīng)力集中的影響，是提高零件疲勞強度的首要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。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 長零件的疲勞壽命有著比提高材料性能更為顯著的作用。長零件

28、的疲勞壽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，可采用減載槽來降中的結(jié)構(gòu)處，可采用減載槽來降低應(yīng)力集中的作用。低應(yīng)力集中的作用。3-3 3-3 機械零件的抗斷裂強度機械零件的抗斷裂強度 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)象稱為斷裂，這種現(xiàn)象稱為低應(yīng)力脆斷低應(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紋擴展的能力要隨著強度的增高而

29、下降。因此，用傳統(tǒng)面則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)的強度理論計算的強度理論計算高強度材料結(jié)構(gòu)的強度問題高強度材料結(jié)構(gòu)的強度問題，就存在一定的危險性。，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。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)在導(dǎo)致低應(yīng)力斷裂的內(nèi)在原因原因。為了度量含裂紋結(jié)構(gòu)體的強度為了度量含裂紋結(jié)構(gòu)體的強度(strength)，在斷裂力學(xué)中運用了應(yīng)力，在斷裂力學(xué)中運用了應(yīng)力強度因子強度因子KI（或（或K、K）和斷裂韌度）和斷裂韌度(fracture ductility)(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，即：）這兩個新的度量指標(biāo)來判別