机械设计课件03第三章.ppt

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第三章第三章机械零件的强度机械零件的强度了了解解材材料料的的疲疲劳劳曲曲线线及及极极限限应应力力曲曲线线的的意意义义及及用用途途，能绘制零件的极限应力简化线图；能绘制零件的极限应力简化线图；了解应力等效转化的概念；了解应力等效转化的概念；掌握单向变应力的强度计算方法；掌握单向变应力的强度计算方法；了解疲劳损伤累积假说的意义及应用方法；了解疲劳损伤累积假说的意义及应用方法；了解双向变应力的强度校核方法；了解双向变应力的强度校核方法；会查用本章附录中的有关线图及数表。

会查用本章附录中的有关线图及数表。

基本要求与重点：

一、表征疲劳特性的参数一、表征疲劳特性的参数sm平均应力；sa应力幅值smax最大应力；smin最小应力r应力比（循环特性）N应力循环次数3-13-1材料的疲劳特性材料的疲劳特性3-13-1材料的疲劳特性材料的疲劳特性r=-1对称循环应力对称循环应力r=0脉动循环应力脉动循环应力r=1静应力静应力-1r1（r0）非对称循环应力非对称循环应力3-13-1材料的疲劳特性材料的疲劳特性二、二、ssN疲劳曲线疲劳曲线（rr一定一定）ssN疲劳曲线疲劳曲线AB段：

静应力强度静应力强度，N103BC段：

低周疲劳（低周疲劳（应变疲劳应变疲劳），），103N104，N，maxCD段:

有限寿命疲劳有限寿命疲劳，N104D点以后：

无限寿命疲劳点以后：

无限寿命疲劳，r应力比应力比N应力循环次数应力循环次数m材料常数材料常数高周疲劳高周疲劳低周疲劳低周疲劳3-13-1材料的疲劳特性材料的疲劳特性GAOC三、等寿命疲劳曲线（、等寿命疲劳曲线（极限应力线图极限应力线图）DA（00，-1-1）rr-1-1，mm00，aamaxmax-1-1C（SS，00）rr11，aa0,0,mmssD（，）rr00，aamm=45C上任一点代表上任一点代表的变应力状况的变应力状况GAOCD453-13-1材料的疲劳特性材料的疲劳特性AD上任一点代表一定循上任一点代表一定循环特性时的疲劳极限环特性时的疲劳极限为试件受循环弯曲为试件受循环弯曲应力时的材料常数应力时的材料常数机械零件的疲劳强度计算13-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算一、零件的一、零件的极限应力线图极限应力线图零件的疲劳极限零件的疲劳极限材料试件的疲劳极限材料试件的疲劳极限弯曲疲劳极限的综合影响系数弯曲疲劳极限的综合影响系数不对称循环时：

不对称循环时：

对称循环时对称循环时：

-1材料对称循环弯材料对称循环弯曲疲劳极限曲疲劳极限-1e零件对称循环弯零件对称循环弯曲疲劳极限曲疲劳极限a试件的极限应力幅试件的极限应力幅ae零件的极限应力幅零件的极限应力幅3-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算A直线方程直线方程：

直线直线CG按静应力考虑不需修正按静应力考虑不需修正或或ADADG横坐标不变，纵坐标按比例改变横坐标不变，纵坐标按比例改变试件受循环弯曲应力的材料常数试件受循环弯曲应力的材料常数零件受循环弯曲应力时的极限应力幅零件受循环弯曲应力时的极限应力幅零件受循环弯曲应力时的极限平均应力零件受循环弯曲应力时的极限平均应力零件受循环弯曲应力时的材料常数零件受循环弯曲应力时的材料常数C直线方程：

直线方程：

3-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算各系数查取见附表各系数查取见附表机械零件的疲劳强度计算23-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算二、二、单向稳定变应力时的疲劳强度计算单向稳定变应力时的疲劳强度计算计算步骤：

计算步骤：

求得危险截面的求得危险截面的maxmax及及minmin据此计算出据此计算出mm及及aa标出标出M（M（mm,aa）（或（或NN）根据应力变化规律找到对应的根据应力变化规律找到对应的极限应力值极限应力值强度计算式：

强度计算式：

由强度计算式求出由强度计算式求出sscaca3-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算1.rC的情况的情况方法：

方法：

连接连接OM（或（或ON），与），与AGC相交，相交，得到极限应力点得到极限应力点M1（N1）当当M位于位于AOG区域时区域时:

零件疲劳强度条件为：

零件疲劳强度条件为零件疲劳强度条件为:

当当N位于位于GOC区域时：

区域时：

由式（由式（3-16）3-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算2.mC的情况的情况方法：

方法：

过点过点M（或（或N）作纵轴平行线）作纵轴平行线MM22MM22（或（或NN22NN22），），与与AGC相交得到极限应力点相交得到极限应力点MM22（或（或NN22）当当M位于位于AOHG区域内时，零件强度条件：

区域内时，零件强度条件：

当当N位于位于CGH区域内时，零件强度条件：

区域内时，零件强度条件：

由式（由式（3-19）3-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算3.minC的情况的情况方法：

方法：

过过M（或（或N）作与横轴夹角为）作与横轴夹角为45的直线的直线MM22MM22（或（或NN22），），与与AGC相交得到极限应力点相交得到极限应力点MM22（或（或NN22）计算安全系数及疲劳强度条件为：

计算安全系数及疲劳强度条件为：

a.AOJ区域内：

区域内：

min为负值；为负值；c.OJGI区域内：

疲劳极限区域内：

疲劳极限b.GIC区域内：

按静强度计算；区域内：

按静强度计算；3-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算注注意：

意：

当难于确定应力可能变化的规律，常采用当难于确定应力可能变化的规律，常采用rC时的公式时的公式4.等效对称循环变应力等效对称循环变应力原来作用的原来作用的不对称不对称循环变应力循环变应力等效的等效的对称对称循环循环变应力变应力弯曲平均应力转化系数弯曲平均应力转化系数把平均应力折算为把平均应力折算为等效的应力幅等效的应力幅式（式（331717）3-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算5.较短使用期限时零件的疲劳强度计算较短使用期限时零件的疲劳强度计算零件应力循环次数：

零件应力循环次数：

规律性不稳定变应力规律性不稳定变应力机械零件的疲劳强度计算33-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算三、三、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算单向不稳定变应力时的疲劳强度计算用用统计方法统计方法进行疲劳强度计算进行疲劳强度计算不稳定变应力不稳定变应力非规律性非规律性规律性规律性按按损伤累损伤累积积假说假说进行疲劳强度计算进行疲劳强度计算不稳定变应力在不稳定变应力在rrNN坐标上坐标上应力应力ii循环了循环了nnii次，由次，由rN曲线可以找出仅有曲线可以找出仅有i作用作用时使材料发生疲劳破坏的循环次数时使材料发生疲劳破坏的循环次数Ni应力应力1每循环一次对材料的损伤率为每循环一次对材料的损伤率为1/N1，则循环，则循环了了ni次的次的1对材对材料的损伤率即为料的损伤率即为ni/Ni，以此类推。

，以此类推。

当损伤达到当损伤达到100%时，材料即发时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有生疲劳破坏，故对应于极限状况有计算安全系数计算安全系数SScaca及强度条件则为：

及强度条件则为：

（注意：

注意：

小于材料持久疲劳极限的工作应力对材料不起疲劳损小于材料持久疲劳极限的工作应力对材料不起疲劳损伤作用，在计算时不予考虑）伤作用，在计算时不予考虑）3-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算43-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算四、四、双向稳定变应力时的疲劳强度计算双向稳定变应力时的疲劳强度计算当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力ssaa和和ttaa时，时，由实验得出的极限应力关系式为：

由实验得出的极限应力关系式为：

式中ta及sa为同时作用的切向及法向应力幅的极限值。

计算安全系数：

机械零件的疲劳强度计算53-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算五、五、提高机械零件疲劳强度的措施提高机械零件疲劳强度的措施采用具有高疲劳强度的材料，并配以提高材料疲劳强度采用具有高疲劳强度的材料，并配以提高材料疲劳强度的热处理方法。

的热处理方法。

提高零件的表面质提高零件的表面质量尽可能降低零件上的应力尽可能降低零件上的应力集中的影响；集中的影响；尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸。

寸。

机械零件的抗断裂强度3-33-3机械零件的抗断裂强度机械零件的抗断裂强度低应力脆断：

低应力脆断：

在工程实际中，往往会发生工作应力小于许用在工程实际中，往往会发生工作应力小于许用应力时所发生的突然断裂。

应力时所发生的突然断裂。

断裂力学断裂力学是研究带有裂纹或带有尖缺口的结构或构件是研究带有裂纹或带有尖缺口的结构或构件的强度和变形规律的学科。

的强度和变形规律的学科。

内在原因：

通过对大量结构断裂事故分析表明，结构内部通过对大量结构断裂事故分析表明，结构内部裂纹和缺陷的存在是导致低应力断裂的。

裂纹和缺陷的存在是导致低应力断裂的。

机机械零件的接触强度3-43-4机械零件机械零件的的接触强度接触强度接触应力：

接触应力：

当两零件以当两零件以点、线点、线相接处时，其接触的局部会引起相接处时，其接触的局部会引起较大的应力。

较大的应力。

接触应力接触应力是不同于以往所学过的挤压应力的。

是不同于以往所学过的挤压应力的。

挤压应力挤压应力是面接是面接触引起的应力。

触引起的应力。

接触应力的特点：

仅在局部很小的区域内产生很大的应力。

3-43-4机械零件机械零件的的接触强度接触强度式中式中11和和22分别为两零件初始接触线处的曲率半径分别为两零件初始接触线处的曲率半径,其中其中正号用于外接触，负号用于内接触。

正号用于外接触，负号用于内接触。

线接触的接触应力计算公式：

注意：

接触变应力是一个接触变应力是一个脉动循环脉动循环变应力变应力思考题：

思考题：

3-93-13作作业：

业：

3-183-203-21

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