第3章 機械零件的強度

1、東莞理工學院專用 1第三章第三章 機械零件的強度機械零件的強度3-1 3-1 材料的疲勞特性材料的疲勞特性3-2 3-2 機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算 3-3 3-3 機械零件的抗斷裂強度機械零件的抗斷裂強度 3-4 3-4 機械零件的接觸強度機械零件的接觸強度 內容提要內容提要3-5 3-5 機械零件可靠性設計簡介機械零件可靠性設計簡介東莞理工學院專用 2一、應力的種類一、應力的種類ot= =常數(shù)常數(shù)脈動循環(huán)變應力脈動循環(huán)變應力r =0靜應力靜應力: = =常數(shù)常數(shù)變應力變應力: 隨時間變化隨時間變化2minmaxm平均應力平均應力:2minmaxa應力幅應力幅:循環(huán)變應力循

2、環(huán)變應力變應力的變應力的循環(huán)特性循環(huán)特性:maxminr對稱循環(huán)變應力對稱循環(huán)變應力r =- -1-脈動循環(huán)變應力脈動循環(huán)變應力-對稱循環(huán)變應力對稱循環(huán)變應力 -1 -1= 0= 0 +1 +1-靜應力靜應力maxmTmaxminaamotmaxminaaototaaminr =+1靜應力是變應力的特例3-1 3-1 材料的疲勞特性材料的疲勞特性 東莞理工學院專用 3變應力下，零件的損壞形式是變應力下，零件的損壞形式是疲勞斷裂疲勞斷裂。 疲勞斷裂的最大應力遠比靜應力下材料的強度極限疲勞斷裂的最大應力遠比靜應力下材料的強度極限 低，甚至比屈服極限低低，甚至比屈服極限低; 疲勞斷口均表現(xiàn)為無明顯塑

3、性變形的脆性突然斷裂疲勞斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂; 疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結果。疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結果。不管脆性材料或塑性材料，零件表層產(chǎn)生微小裂紋；零件表層產(chǎn)生微小裂紋； 疲勞斷裂過程：疲勞斷裂過程： 隨著循環(huán)次數(shù)增加，微裂隨著循環(huán)次數(shù)增加，微裂 紋逐漸擴展；紋逐漸擴展；當當剩余材料不足以承受載剩余材料不足以承受載 荷時，突然脆性斷裂。荷時，突然脆性斷裂。疲勞斷裂是與應力循環(huán)次數(shù)疲勞斷裂是與應力循環(huán)次數(shù)(即使用壽命即使用壽命)有關的斷裂。有關的斷裂。 疲勞斷裂具有以下特征：疲勞斷裂具有以下特征： 斷裂面累積損傷處表面光滑，而折斷區(qū)表面粗糙。斷裂面累

4、積損傷處表面光滑，而折斷區(qū)表面粗糙。表面光滑表面光滑表面粗糙表面粗糙東莞理工學院專用 4maxN二、二、 N 疲勞曲線疲勞曲線 用參數(shù)用參數(shù)max表征材料的疲勞極表征材料的疲勞極限，通過實驗，可得出如圖所示限，通過實驗，可得出如圖所示的疲勞曲線的疲勞曲線, ,即：即：在一定應力比在一定應力比r r下下，疲勞極限，疲勞極限max 與應力循環(huán)與應力循環(huán)次數(shù)次數(shù)N的關系曲線。稱為：的關系曲線。稱為： N疲勞曲線疲勞曲線 104C 1. 在原點處在原點處，對應的應力循環(huán)，對應的應力循環(huán)次數(shù)次數(shù)為為N=1/4，意味著在加載到意味著在加載到最大值時材料被拉斷。顯然該值最大值時材料被拉斷。顯然該值為強度極限

5、為強度極限B 。B103tBAN=1/4 2. 在在AB段，應力循環(huán)次數(shù)段，應力循環(huán)次數(shù)103 max變化很小，可以近似變化很小，可以近似看作為靜應力強度?？醋鳛殪o應力強度。 3. BC段，段，N=103104，隨著，隨著N max ,疲勞現(xiàn)象明顯。疲勞現(xiàn)象明顯。 因因N較小，特稱為：較小，特稱為： 低周疲勞低周疲勞。東莞理工學院專用 5)DrrNNN （ 由于由于N NDD很大，所以在作疲勞試驗時，常規(guī)定一個循很大，所以在作疲勞試驗時，常規(guī)定一個循環(huán)次數(shù)環(huán)次數(shù)N N0 0( (稱為稱為循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù)) ) ，用，用N N0 0及其相對應的疲勞極及其相對應的疲勞極限限 r來近似代表來近似代表

6、N NDD和和 rr。maxNrN0CDrNNBAN=1/4 5. D點以后的疲勞曲線呈一點以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著無限壽命區(qū)水平線，代表著無限壽命區(qū)其方程為：其方程為： 4.4. 實踐證明，機械零件的疲實踐證明，機械零件的疲勞大多發(fā)生在勞大多發(fā)生在CD段。段。)(DCmrNNNNCN可用下式描述：可用下式描述：104CB103 mm為材料常數(shù)，其值由試驗決定。對于鋼材，在彎曲疲勞和為材料常數(shù)，其值由試驗決定。對于鋼材，在彎曲疲勞和拉壓疲勞時，拉壓疲勞時，m=6m=620,20, N N0 0=(1=(1 1010）106 。在初步計算中，。在初步計算中，鋼制零件受彎曲疲勞時，中等尺寸

7、零件取：鋼制零件受彎曲疲勞時，中等尺寸零件?。?m=9, m=9, N N0 0=5=5106 ；大尺寸零件取：大尺寸零件?。?m=9, m=9, N N0 0= =107。東莞理工學院專用 6 CD CD區(qū)間內循環(huán)次數(shù)區(qū)間內循環(huán)次數(shù)N N與疲與疲勞極限勞極限 rN的關系為：的關系為：式中，式中， r、N0及及m的值由材料試驗確定。的值由材料試驗確定。0mrNrNN 試驗結果表明在試驗結果表明在CDCD區(qū)間內，試件經(jīng)過相應次數(shù)的應區(qū)間內，試件經(jīng)過相應次數(shù)的應力作用之后，總會發(fā)生疲勞破壞。而力作用之后，總會發(fā)生疲勞破壞。而DD點以后，如果作點以后，如果作用的變應力最大應力小于用的變應力最大應力小

8、于DD點的應力（點的應力（max r），），則無論循環(huán)多少次，材料都不會破壞。則無論循環(huán)多少次，材料都不會破壞。CDCD區(qū)間區(qū)間-有限壽命疲勞階段有限壽命疲勞階段 DD點之后點之后-無限壽命疲勞階段無限壽命疲勞階段 高周疲勞高周疲勞 maxNrN0107CBAN=1/4 104CB103DrNNNKNNmr0rrN于是有：于是有：CNN0mrmrN東莞理工學院專用 7am應力幅應力幅平均應力平均應力amS-11. 1. 定義定義 材料的疲勞極限曲線材料的疲勞極限曲線也可用也可用在特定的應力循環(huán)次數(shù)在特定的應力循環(huán)次數(shù)N N下下，極限應力幅與極限平均應，極限應力幅與極限平均應力之間的關系曲線來表

9、示，特力之間的關系曲線來表示，特稱為稱為等壽命曲線等壽命曲線。簡化曲線簡化曲線三、等壽命疲勞曲線三、等壽命疲勞曲線實際應用時常用實際應用時常用雙直線雙直線將其加以簡化。其他近將其加以簡化。其他近似替代線圖從略似替代線圖從略S-145 東莞理工學院專用 8amS 45 -1Omax2. 簡化等壽命疲勞曲線簡化等壽命疲勞曲線（極限應力線圖極限應力線圖）：）：(材料的）已知已知A(0，-1) D (0 /2，0 /2)兩點坐兩點坐標，求得標，求得A直線的方直線的方程為：程為：ma1smaA直線上任意點代表了一直線上任意點代表了一定循環(huán)特性時的疲勞極限。定循環(huán)特性時的疲勞極限。對稱循環(huán)：對稱循環(huán)： m

10、=0 A脈動循環(huán)：脈動循環(huán)： m=a =0 /2 說明說明C直直 線上任意點的最大應力達到了屈服極限應力。線上任意點的最大應力達到了屈服極限應力。0 /20 /245 Dm a C直線上任意點直線上任意點N 的坐標為的坐標為（m ，a ）由由中兩條直角邊相等可求得中兩條直角邊相等可求得 C直線的方程為：直線的方程為：a GCN東莞理工學院專用 9amS 45 -1GC0 /20 /245 DCGAO而正好落在而正好落在AGC折線折線上時，表示應力狀況達到上時，表示應力狀況達到疲勞破壞的極限值。疲勞破壞的極限值。 0012對于碳鋼，對于碳鋼， 0.10.2，對于合金鋼，對于合金鋼， 0.20.3

11、。 公式公式 中的參數(shù)中的參數(shù) 為試件受循環(huán)彎曲應為試件受循環(huán)彎曲應力時的材料常數(shù)，其值由試驗及下式?jīng)Q定：力時的材料常數(shù)，其值由試驗及下式?jīng)Q定：ma1當工作應力點落在當工作應力點落在OAGC以以外時，外時，一定一定會發(fā)生疲勞破壞。會發(fā)生疲勞破壞。 當工作應力參數(shù)（當工作應力參數(shù)（ m，a ）落在）落在OAGC以內以內時，表示不會發(fā)生疲勞破壞。時，表示不會發(fā)生疲勞破壞。東莞理工學院專用 10材料材料S -1DAGCamo3-2 3-2 機械機械零件零件的疲勞強度計算的疲勞強度計算 一、一、零件零件的極限應力線圖的極限應力線圖 由于材料試件是一種特殊的由于材料試件是一種特殊的結構，而實際零件的幾何

12、形狀、結構，而實際零件的幾何形狀、尺寸大小、加工質量及強化因尺寸大小、加工質量及強化因素等與材料試件有區(qū)別，使得素等與材料試件有區(qū)別，使得零件的疲勞極限要小于材料試零件的疲勞極限要小于材料試件的疲勞極限。件的疲勞極限。定義彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)定義彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù) ：e11K在在不對稱循環(huán)不對稱循環(huán)時，時，是試件與零件是試件與零件極限應力幅極限應力幅的比值。的比值。-1 0 /20 /2零件的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限為：零件的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限為：-1e 設材料的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限為：設材料的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限為： -1 K1e1K0e0？ DAG45 -1e零件零件東莞理工學

13、院專用 11amoS -1DAGC-1 AG45 -1eDmeae11eeKsmeaemeae1K或：直線直線A的方程為：的方程為：直線直線C的方程為：的方程為：ae -零件所受極限應力幅；零件所受極限應力幅；me -零件所受極限平均應力；零件所受極限平均應力； e -零件受彎曲循環(huán)應力的材料常數(shù)；零件受彎曲循環(huán)應力的材料常數(shù)； 彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù) 反映了：應力集中、反映了：應力集中、尺寸因素、表面加工質量及強化等因素的綜合影響結果。尺寸因素、表面加工質量及強化等因素的綜合影響結果。其計算公式如下：其計算公式如下：其中：其中：k -有效應力集中系數(shù)；有效應力集

14、中系數(shù)；qkK111 -表面質量系數(shù)；表面質量系數(shù)； -尺寸系數(shù)；尺寸系數(shù)；q -強化系數(shù)。強化系數(shù)。CG東莞理工學院專用 12meae11eeKsmeae及：meae1K或：對于切應力同樣有如下方程：對于切應力同樣有如下方程：其中的系數(shù)：其中的系數(shù)：k 、 、 、 q 與與 k 、 、 、 q 相對應；相對應；qkK111 教材教材P39附表附表3-13-11詳細列出了零件的典型結構、尺詳細列出了零件的典型結構、尺寸、表面加工質量及強化措施等因素對彎曲疲勞極限的寸、表面加工質量及強化措施等因素對彎曲疲勞極限的綜合影響綜合影響 。下面列舉了部分圖表。 a mo S -1DAGC -1 / 0

15、/2 0 /2 DAG45 -1e式中：式中：5 . 0東莞理工學院專用 13有效應力集中系數(shù)有效應力集中系數(shù)k k東莞理工學院專用 14東莞理工學院專用 15 T東莞理工學院專用 161.00.80.60.40.2400 600 800 1000 1200 1400 B / Mpa精車精車粗車粗車未加工未加工磨削磨削拋光拋光鋼材的表面質量系數(shù)鋼材的表面質量系數(shù) 表面高頻淬火的強化系數(shù)表面高頻淬火的強化系數(shù)q 720 1.31.63040 1.21.5720 1.62.83040 1.55試件種類試件種類 試件直徑試件直徑/mm 無應力集中無應力集中 有應力集中有應力集中 東莞理工學院專用 1

16、7 例例3-13-1NM二、單向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算二、單向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算 進行零件疲勞強度計算時，進行零件疲勞強度計算時，首先根據(jù)零件危險截面上的首先根據(jù)零件危險截面上的 max 及及 min確定平均應力確定平均應力m與與應力幅應力幅a，然后，在極限應力，然后，在極限應力線圖的坐標中標示出相應線圖的坐標中標示出相應工作工作應力應力點點MM或或N N。兩種情況分別討論amoS CAG-1eD 相應的疲勞極限應力應是極限應力曲線相應的疲勞極限應力應是極限應力曲線AGC上的某一個上的某一個點點MM或或N N所代表的應力所代表的應力( (me ，a e) ) 。am計算安全系數(shù)及疲

17、勞強度條件為：計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：SSamaememaxmaxca東莞理工學院專用 19NMamoS CAG-1eDM或或N的位置確定與循環(huán)應的位置確定與循環(huán)應力變化規(guī)律有關。力變化規(guī)律有關。am 應力比為常數(shù)：應力比為常數(shù)：r=C （具體設計零件時，如（具體設計零件時，如果難于確定應力的可能的變化規(guī)律，在實踐中果難于確定應力的可能的變化規(guī)律，在實踐中往往采用此規(guī)律）往往采用此規(guī)律）可能發(fā)生的應力變化規(guī)律：可能發(fā)生的應力變化規(guī)律： 平均應力為常數(shù)平均應力為常數(shù)m=C 最小應力為常數(shù)最小應力為常數(shù)min=C計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：SSamaemema

18、xmaxca東莞理工學院專用 2011CrramOCAG-1e D1) r=Const 通過聯(lián)立直線通過聯(lián)立直線OM和和AG的方程可求解的方程可求解M1點的坐標為：點的坐標為： 作射線作射線OM，其上任意，其上任意一點所代表的應力循環(huán)都一點所代表的應力循環(huán)都具有相同的應力比。具有相同的應力比。M1為為極限應力點，其坐標值極限應力點，其坐標值me ，ae之和就是對應于之和就是對應于M點的極限應力點的極限應力max 。minmaxminmaxma比值：S amMmeae也是一個常數(shù)。也是一個常數(shù)。M1meaemaxmaamK)(1maKmax1東莞理工學院專用 21計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：計

19、算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：SKSma1 -maxmaxcaamOCAG-1e DS amMmeaeM1等效應力幅：等效應力幅：maad K即：可將上式中即：可將上式中maK應力的等效轉化：應力的等效轉化：看成是一個與原來作用的看成是一個與原來作用的不對稱循環(huán)變應力不對稱循環(huán)變應力等效的等效的對稱循環(huán)變應力。對稱循環(huán)變應力。東莞理工學院專用 22ae-1eamOCADS GN點的極限應力點點的極限應力點N N1位于直線位于直線CG上，上，meaeamN N1maxsmeae有：有：這說明工作應力為這說明工作應力為N點時，首點時，首先可能發(fā)生的是屈服失效。故先可能發(fā)生的是屈服失效。故只需要進行靜

20、強度計算即可。只需要進行靜強度計算即可。強度計算公式為：強度計算公式為：SSSmaSmaxca 凡是工作應力點落在凡是工作應力點落在OGC區(qū)域內，在循環(huán)特性區(qū)域內，在循環(huán)特性 r=常數(shù)常數(shù)的條件下，極限應力均為屈服極限，只需要進行靜強度計的條件下，極限應力均為屈服極限，只需要進行靜強度計算。算。東莞理工學院專用 23am-1eamOCADS GH2) m=Const 此時需要在此時需要在 AG上確定上確定M2，使得：使得：me= m M顯然顯然M2在過在過M點且縱軸平點且縱軸平行線上，該線上任意一點所行線上，該線上任意一點所代表的應力循環(huán)都具有相同代表的應力循環(huán)都具有相同的平均應力值。的平均應

21、力值。 M2通過聯(lián)立直線通過聯(lián)立直線M M2和和AG的方程可求解的方程可求解M2點的坐標為：點的坐標為： Kme11maxKKm)(1Kmae1計算安全系數(shù)及疲計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：勞強度條件為：SKKSm)()(ma1 -maxmaxca東莞理工學院專用 24-1eamOCA JS G45 am-1eamOCADS GH同理，對于同理，對于N點的極限應力點的極限應力為為N N2點。點。 N N2由于落在了直線由于落在了直線CG上，故只上，故只要進行靜強度計算：要進行靜強度計算：計算公式為：計算公式為：SSSmaSmaxca3) min=Const MM3此時需要在此時需要在 AG上確

22、定上確定M3，使得：使得：min= min 因為：因為：min= m - a =C過過M點作點作45 直線，其上任意一直線，其上任意一點所代表的應力循環(huán)都具有相同點所代表的應力循環(huán)都具有相同的最小應力。的最小應力。 M3位置如圖。位置如圖。minML東莞理工學院專用 25在在OAJ區(qū)域內，最小應力區(qū)域內，最小應力均為負值，在實際機器中極均為負值，在實際機器中極少出現(xiàn)，故不予討論。少出現(xiàn)，故不予討論。通過通過O、G兩點分別作兩點分別作45直線，直線，I得得OAJ、OJGI、GCI三個區(qū)域。三個區(qū)域。PLQminQ0 0minM-1eamOCAS GMM3 J而在而在GCI區(qū)域內，極限應力區(qū)域內，

23、極限應力均為屈服極限。按靜強度處理：均為屈服極限。按靜強度處理：SSSmaSmaxca只有在只有在OJGI區(qū)域內，極限應力才在疲勞極限應力曲線上。區(qū)域內，極限應力才在疲勞極限應力曲線上。 通過聯(lián)立直線通過聯(lián)立直線M M3和和AG的方程可求解的方程可求解M3點的坐標點的坐標值后，可得到值后，可得到計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：SKKS)2)()(2minamin1 -maxmaxca東莞理工學院專用 26 例例3-3-東莞理工學院專用 27東莞理工學院專用 28規(guī)律性不穩(wěn)定變應力規(guī)律性不穩(wěn)定變應力三、單向不穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算三、單向不穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計

24、算 若應力每循環(huán)一次都對材料的破壞起相同的作用，若應力每循環(huán)一次都對材料的破壞起相同的作用，則應力則應力 1 每循環(huán)一次對材料的損傷率即為每循環(huán)一次對材料的損傷率即為1/N1，而循，而循環(huán)了環(huán)了n1次的次的1對材料的損傷率即為對材料的損傷率即為n1/N1。如此類推，循。如此類推，循環(huán)了環(huán)了n2次的次的2對材料的損傷率即為對材料的損傷率即為n2/N2，。不穩(wěn)定不穩(wěn)定變應力變應力規(guī)律性規(guī)律性非規(guī)律性非規(guī)律性用統(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如汽車鋼板彈簧的載荷與應力受載重量、行車速度、輪胎充氣程度、路面狀況、駕駛員水平等

25、因素有關。1n12n23n34n4maxnOmaxNO1n1N12 n2N23 n3 N3-1 -1 ND而低于而低于-1的應力可以認為不構成破壞作用。的應力可以認為不構成破壞作用。 東莞理工學院專用 29 當損傷率達到當損傷率達到100%時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對應于極限狀況有：應于極限狀況有：1.3322111NnNnNnNnziii實驗表明：實驗表明： 1）當應力作用順序是先大）當應力作用順序是先大 后小時，等號右邊值后小時，等號右邊值 1； 11ziiiNn11ziiiNn一般情況有：一般情況有： 2 . 27 . 01ziiiNnmiiNN10其中：1)

26、.(1101221110mzimiimzzmmmNnnnnN極限情況：極限情況： 東莞理工學院專用 30mzimiiNn101mzimiicanN101SScaca1若材料在這些應力作用下，未達到破壞，則有：若材料在這些應力作用下，未達到破壞，則有：令不穩(wěn)定變應力的令不穩(wěn)定變應力的計算應力計算應力為：為：則：則： ca -1 ，其強度條件為：，其強度條件為：東莞理工學院專用 31例題例題3-3 東莞理工學院專用 32四、雙向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算四、雙向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算1. 1. 對稱循環(huán)對稱循環(huán) 當零件上同時作用有當零件上同時作用有同相位同相位的穩(wěn)定對稱的穩(wěn)定對稱循環(huán)變應力循環(huán)

27、變應力 a a 和和 a a時，由實驗得出的極限應力關系式為：時，由實驗得出的極限應力關系式為：CD 式中 a及a為同時作用的切向及法向應力幅的極限值。若作用于零件上的應力幅a及a如圖中M點表示，則圖中M點對應于M點的極限應力。 由于是對稱循環(huán)變應力，故應力幅即為最大應力?；【€ AMB 上任何一個點即代表一對極限應力a及a。Oa-1ea-1e12e1a2e1aABMDCM12e1a2e1a東莞理工學院專用 33計算安全系數(shù)：ODODOCOCOMOMScaeaOC1因為：eaOD1eaOC1eaOD1acaaacaaSS于是有：強調代入第一個公式CDOa-1ea-1eABMDCM東莞理工學院專用

28、 3412e12e1acaacaSS將將 a及及 a代入到極限應力關代入到極限應力關系可得：系可得：SSaeae11和而而 是是只承受切向應力或只承受法向應力時的計算安全系數(shù)。只承受切向應力或只承受法向應力時的計算安全系數(shù)。于是求得計算安全系數(shù)：于是求得計算安全系數(shù)：22caSSSSOMOMS 說明只要工作應力點說明只要工作應力點MM落在極限區(qū)域以內，就不會落在極限區(qū)域以內，就不會達到極限條件，因而總是安全的。達到極限條件，因而總是安全的。CDOa-1ea-1eABMDCMmamaKSKS11 2. 2. 當零件上所承受的兩個變應力均為當零件上所承受的兩個變應力均為不對稱循環(huán)不對稱循環(huán)時，有：

29、時，有：東莞理工學院專用 35五、許用安全系數(shù)的選取五、許用安全系數(shù)的選取 安全系數(shù)定得正確與否對零件尺寸有很大影響1 1）靜應力下，塑性材料靜應力下，塑性材料的零件：的零件：S =1.2S =1.2.5.5 鑄鋼件：鑄鋼件：S =1.S =1.5.5S S典型機械的典型機械的 S S 可通過查表求得?？赏ㄟ^查表求得。 無表可查時，按無表可查時，按以下原則?。阂韵略瓌t?。?零件尺寸大，結構笨重。零件尺寸大，結構笨重。S S 可能不安全。可能不安全。）靜應力下，靜應力下，脆脆性材料，性材料，如高強度鋼或鑄鐵：如高強度鋼或鑄鐵： S =3S =34 43 3）變變應力下，應力下， S =1.3S

30、=1.31.71.7材料不均勻，或計算不準時?。翰牧喜痪鶆?，或計算不準時?。?S =1.7S =1.72.52.5東莞理工學院專用 36六、提高機械零件疲勞強度的措施六、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)濟性后，采用具有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，并配以適當?shù)臒崽幚砗透鞣N表面強高疲勞強度的材料，并配以適當?shù)臒崽幚砗透鞣N表面強化處理?；幚?。 適當提高零件的表面質量，特別是提高有應力集中部適當提高零件的表面質量，特別是提高有應力集中部位的表面加工質量，必要時表面作適當?shù)姆雷o處理。位的表面加工質量，必要時表面作適當?shù)姆雷o處理。 盡可能降低零件

31、上的應力集中的盡可能降低零件上的應力集中的影響，是提高零件疲勞強度的首要影響，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。更為顯著的作用。減載槽減載槽 在不可避免地要產(chǎn)生較大應力集中的結構處，可采在不可避免地要產(chǎn)生較大應力集中的結構處，可采用減載槽來降低應力集中的作用。用減載槽來降低應力集中的作用。東莞理工學院專用 37 在工程實際中，往往會發(fā)生工作應力小于許用應力時在工程實際中，往往會發(fā)生工作應力小于

32、許用應力時所發(fā)生的突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為低應力脆斷。所發(fā)生的突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為低應力脆斷。 對于高強度材料，一方面是它的強度高（即許用應力對于高強度材料，一方面是它的強度高（即許用應力高），另一方面則是它抵抗裂紋擴展的能力要隨著強度高），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下降。因此，用傳統(tǒng)的強度理論計算高強度材的增高而下降。因此，用傳統(tǒng)的強度理論計算高強度材料結構的強度問題，就存在一定的危險性。料結構的強度問題，就存在一定的危險性。 斷裂力學斷裂力學是研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結構或是研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結構或構件的強度和變形規(guī)律的學科。構件的強度和變形規(guī)律的學科。

33、通過對大量結構斷裂事故分析表明，結構內部裂紋通過對大量結構斷裂事故分析表明，結構內部裂紋和缺陷的存在是導致低應力斷裂的內在原因。和缺陷的存在是導致低應力斷裂的內在原因。3-3 3-3 機械零件的抗斷裂強度機械零件的抗斷裂強度( (自學自學) ) 東莞理工學院專用 38為了度量含裂紋結構體的強度，在斷裂力學中運用為了度量含裂紋結構體的強度，在斷裂力學中運用了應力強度因子了應力強度因子KI（或（或K、K）和斷裂韌度）和斷裂韌度KIC (或或KC、KC）這兩個新的度量指標來判別結構安全性，）這兩個新的度量指標來判別結構安全性，即：即：KIKIC時，裂紋不會失穩(wěn)擴展。時，裂紋不會失穩(wěn)擴展。KIKIC時

34、，裂紋失穩(wěn)擴展。時，裂紋失穩(wěn)擴展。東莞理工學院專用 3934 機械零件的接觸強度機械零件的接觸強度如齒輪、凸輪、滾動軸承等。如齒輪、凸輪、滾動軸承等。B一、表面接觸應力一、表面接觸應力 機械零件中各零件之間的力的機械零件中各零件之間的力的傳遞，總是通過兩個零件的接觸形式來實現(xiàn)的。常見傳遞，總是通過兩個零件的接觸形式來實現(xiàn)的。常見兩機械零件的接觸形式為兩機械零件的接觸形式為點點接觸或接觸或線線接觸。接觸。東莞理工學院專用 40 若兩個零件在受載前是若兩個零件在受載前是點點接觸或接觸或線線接觸。受載后，由于接觸。受載后，由于局部彈性變形其接觸處為一局部彈性變形其接觸處為一小面積小面積，通常此面積甚

35、小而表，通常此面積甚小而表層產(chǎn)生的局部應力卻很大，這種應力稱為層產(chǎn)生的局部應力卻很大，這種應力稱為接觸應力。接觸應力。這時這時零件強度稱為零件強度稱為接觸強度接觸強度。F F 2 O2 1 O1 2 2 O2 1 1 O1 F F 2 2b H1 變形量B接觸失效形式常表現(xiàn)為：接觸失效形式常表現(xiàn)為： 疲勞點蝕疲勞點蝕后果：后果：減少了接觸面積、損壞了零件的光滑表面、降減少了接觸面積、損壞了零件的光滑表面、降低了承載能力、引起振動和噪音。低了承載能力、引起振動和噪音。初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋裂紋的擴展與斷裂裂紋的擴展與斷裂 油油金屬剝落出現(xiàn)小坑金屬剝落出現(xiàn)小坑機械零件的接觸應力通常是隨時間作周期性變化的，在載荷重復作用下，首先在表層內約20m處產(chǎn)生初始疲勞裂紋，然后裂紋逐漸擴展(潤滑油被擠迸裂紋中將產(chǎn)生高壓，使裂紋加快擴展，終于使表層金屬呈小片狀剝落下來，而在零件表面形成一些小坑 ，這種現(xiàn)象稱為渡勞點蝕。二、接觸應力的