机械设计课件 第三章 机械零件的强度.ppt

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1、机械设计MachineDesign机电工程系王会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内容提要2一、应力的种类otσσ=常数脉动循环变应力r=0静应力:σ=常数变应力:σ随时间变化平均应力:应力幅:循环变应力变应力的循环特性:对称循环变应力r=-1----脉动循环变应力----对称循环变应力-1=0+1----静应力σmaxσmTσmaxσminσaσaσmotσσmaxσminσaσaotσotσσaσa

2、σminr=+1§3-1材料的疲劳特性3注：循环变应力可用smax、smin、sm、sa、这五个参数中的任意两个参数表示。对称循环变应力：脉动循环变应力：4变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。▲疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低;▲疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂;▲疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。▲零件表层产生微小裂纹；疲劳断裂过程：▲随着循环次数增加，微裂纹逐渐扩展；▲当剩余材料不足以承受载荷时，突然脆性断裂。疲劳断裂是与应力循环次数(即使用

3、寿命)有关的断裂。疲劳断裂具有以下特征：▲断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。表面光滑表面粗糙5σmaxN二、s－N疲劳曲线通过实验，可得出如图所示：在一定应力比下，疲劳极限σmax与循环次数之间的关系的疲劳曲线。称为：s－N疲劳曲线104C1.在原点处，意味着在加载到最大值时材料被拉断。显然该值为强度极限σB。B103σtσBA2.在AB段，应力循环次数<103σmax变化很小，可以近似看作为静应力强度。3.BC段，N=103~104，随着N↑→σmax↓,疲劳现象明显。因N较小，特称

4、为：低周疲劳。6由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和σr∞。σmaxNσrN0≈107CDσrNNσBAN=1/4D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：4.实践证明，机械零件的疲劳大多发生在CD段。可用下式描述：于是有：104CB103σr∞-持久疲劳极限。7CD区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为：sr、N0及m（材料常数，钢取6-20）的值由材料试验确定。试验结果表明在CD区间内，试件经

5、过相应次数的应力作用之后，总会发生疲劳破坏。而D点以后，如果作用的变应力最大应力小于D点的应力（σmax<σr），则无论循环多少次，材料都不会破坏。CD区间-----有限疲劳寿命阶段D点之后----无限疲劳寿命阶段高周疲劳σmaxNσrN0≈107CσBAN=1/4104CB103DσrNN8910σaσm应力幅平均应力σaσmσSσ-1σaσmσSσ-11.定义材料的疲劳极限曲线也可用在特定的应力循环次数N下，极限平均应力和应力幅之间的关系曲线来表示，特称为等寿命曲线。简化曲线之一简化曲线之二

6、三、等寿命疲劳曲线实际应用时常有两种简化方法。σSσ-145˚11材料的极限应力线图A´D´G´C45°45°σ0/2σ-1σ0/2σSσmσaO2.简化等寿命曲线（极限应力线图-材料的）12已知A’(0，σ-1)D’(σ0/2，σ0/2)两点坐标，求得A‘Ｇ’直线的方程为：A’Ｇ’直线上任意点代表了一定循环特性时的疲劳极限。对称循环：σm=0脉动循环：σm=σa=σ0/2说明CＧ‘直线上任意点的最大应力达到了屈服极限应力。CＧ’直线上任意点N’的坐标为（σ’m，σ’a）由∆中两条直角边相等可求

7、得CＧ’直线的方程为：13σaσmσS45˚σ-1G’Cσ0/2σ0/245˚D’CG’A’O③而正好落在A’G’C折线上时，表示应力状况达到疲劳破坏的极限值。对于碳钢，yσ≈0.1~0.2，对于合金钢，yσ≈0.2~0.3。公式中的参数yσ为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由试验及下式决定：②当工作应力点落在OA’G’C以外时，一定会发生破坏。①当工作应力参数（σm，σa）落在OA’G’C以内时，表示不会发生破坏。14例题：习题3-2例题：绘制某碳钢的材料极限应力图。已知：σS=350MP

8、a,σ-1=275MPa，=0.05。15§3-2机械零件的疲劳强度计算一、零件的极限应力线图定义弯曲疲劳极限的综合影响系数Ｋ※在不对称循环时，Ｋσ是试件与零件极限应力幅的比值。零件的对称循环弯曲疲劳极限为：σ-1e设材料的对称循环弯曲疲劳极限为：σ-116A´D´G´Cσ0/2σSσmσaOADG零件的极限应力线图17σ’ae---零件所受极限应力幅；σ’me---零件所受极限平均应力；---零件受弯曲的材料特性；弯曲疲劳极限的综合影响系数Ｋσ反映了：应力集中、尺寸因素、表面加工质量及强化等因