机械设计第八版西工大课件_第3章.pdf

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1、第三章机械零件的强度§3-1材料的疲劳特性§3-2机械零件的疲劳强度计算§3-3机械零件的抗断裂强度§3-4机械零件的接触强度材料的疲劳特性疲劳曲线二、s－N疲劳曲线机械零件的疲劳大多发生在s－N曲线的CD段，可用下式描述：详细说明msNC(NNN)rNCDD点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区其方程为：ss　（NN)rNrD由于N很大，所以在作疲劳试验时，常Ds－N疲劳曲线规定一个循环次数N(称为循环基数)，用N00及其相对应的疲劳极限σ来近似代表N和σ，于是有：rDr∞mmsNsNCrNr0有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限s的关系为：rN

2、mNs0rssmNNrNr0NsrN式中，s、N及m的值由材料试验确定。r0zpofrp2013-10-23材料的疲劳特性三、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）极限应力线图机械零件材料的疲劳特性除用s－N曲线表示外，还可用等寿命曲线来描述。该曲线表达了不同应力比时疲劳极限的特性。在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。详细介绍用A'Ｇ'C折线表示零件材料的极限应力线图是其中一种近似方法。A'Ｇ'直线的方程为：sss1asmCＧ'直线的方程为：sssams为试件受循环弯曲应力时的材σ料常数，其值由试验及下式决定：2ss10

3、ss0对于碳钢，≈0.1~0.2，对于合金钢，≈0.2~0.3。σσzpofrp2013-10-23机械零件的疲劳强度计算一、零件的极限应力线图机械零件的疲劳强度计算1由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。以弯曲疲劳极限的综合影响系数Ｋ表示材料对称循环弯曲疲劳极限σσ-1s与零件对称循环弯曲疲劳极限σ的比值，即K1-1ess1e在不对称循环时，Ｋ是试件与零件极限应力幅的比值。σ将零件材料的极限应力线图中的直线A'D'G'按比例向下移，成为右图所示的直线ADG，而极限应力曲线的CG部分，由

4、于是按照静应力的要求来考虑的，故不须进行修正。这样就得到了零件的极限应力线图。详细介绍zpofrp2013-10-23机械零件的疲劳强度计算二、单向稳定变应力时的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算2进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的σ及σ确定maxmin平均应力σ与应力幅σ，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相应工作应ma力点M或N。相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线上的某一个点所代表的应力(s,s)。ma计算安全系数及疲劳强度条件为：sssmaxmaSScasssmaxma根据零件工作时所受的约束来确定应力可能发生的变化规律，从而决

5、定以哪一个点来表示极限应力。机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种：应力比为常数：r=C平均应力为常数σm=C详细分析最小应力为常数σ=Cminzpofrp2013-10-23机械零件的疲劳强度计算三、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算3非规律性用统计方法进行疲劳强度计算不稳定变应力规律性按损伤累积假说进行疲劳强度计算规律性不稳定变应力若应力每循环一次都对材料的破坏起相同的作用，则应力σ每循环一次1对材料的损伤率即为1/N，而循环了n次的σ对材料的损伤率即为n/N。如此11111类推，循环了n次的σ对材料的损伤率即为n/N，……。2222当

6、损伤率达到100%时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有：nnn1231详细分析NNN123zpofrp2013-10-23机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算4四、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s和t时，由实验得aa出的极限应力关系式为：22tsaa1ts1e1e式中t′及s′为同时作用的切向及法向应力aa幅的极限值。由于是对称循环变应力，故应力幅即为最大应力。弧线AM'B上任何一个点即代表一对极限应力σ′及τ′。aa若作用于零件上的应力幅s及t如图中M点表示，

7、则由于此工作应力点在aa极限以内，未达到极限条件，因而是安全的。OM'SSSστ计算安全系数：ca详细推导OMS2S2στzpofrp2013-10-23机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算5五、提高机械零件疲劳强度的措施尽可能降低零件上的应力集中的影响，是提高零件疲劳强度的首要措施。在不可避免地要产生较大应力集中的结构处，可采用减载槽来降低应力集中的作用。在综合考虑零件的性能要求和经减载槽济性后，采用具有高疲劳强度的材料，并配以适当的热处理和各种表面强化处理。适当提高零件的表面质量，特别是提高有应力集中部位的表面加工质量，必要时表面作