機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械零件強(qiáng)度

1、第第3章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度3-1材料的疲勞特性材料的疲勞特性 3-2機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 3-3機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度 3-4機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度 教學(xué)目的教學(xué)目的要求要求 了解疲勞曲線與極限應(yīng)力線圖的來源、意義和用途；了解疲勞曲線與極限應(yīng)力線圖的來源、意義和用途； 掌握繪制零件的極限應(yīng)力簡化線圖的方法掌握繪制零件的極限應(yīng)力簡化線圖的方法 ； 掌握單向穩(wěn)定變應(yīng)力與雙向穩(wěn)定變應(yīng)力的強(qiáng)度計(jì)算方掌握單向穩(wěn)定變應(yīng)力與雙向穩(wěn)定變應(yīng)力的強(qiáng)度計(jì)算方法法 ； 了解疲勞損傷累計(jì)假設(shè)的意義與用途；了解疲勞損傷累計(jì)假設(shè)的意義與用途； 了解接觸疲

2、勞強(qiáng)度及其計(jì)算公式。了解接觸疲勞強(qiáng)度及其計(jì)算公式。本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)： 機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算與校核方法機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算與校核方法本章難點(diǎn)：本章難點(diǎn)： 零件在變應(yīng)力作用下極限應(yīng)力和安全系數(shù)的確定。零件在變應(yīng)力作用下極限應(yīng)力和安全系數(shù)的確定。一、強(qiáng)度問題一、強(qiáng)度問題靜應(yīng)力強(qiáng)度靜應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)力變化次數(shù)應(yīng)力變化次數(shù)10103 3 （材力）（材力）變應(yīng)力強(qiáng)度變應(yīng)力強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 接觸強(qiáng)度接觸強(qiáng)度1.1.機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度1 1）強(qiáng)度準(zhǔn)則）強(qiáng)度準(zhǔn)則 最大應(yīng)力最大應(yīng)力許用應(yīng)力許用應(yīng)力 （材料的極限應(yīng)力（材料的極限應(yīng)力/ /許用安全系數(shù)）許用安全系數(shù)） 即即 =limlim/S/S = = li

3、mlim/S/S 實(shí)際安全系數(shù)（材料的極限應(yīng)力實(shí)際安全系數(shù)（材料的極限應(yīng)力/ /最大應(yīng)力）最大應(yīng)力）許用安全系數(shù)許用安全系數(shù) 即即 S S（limlim/）SS S S（limlim/）SS【注注1】材料的極限應(yīng)力材料的極限應(yīng)力 靜應(yīng)力狀態(tài)下：脆性材料靜應(yīng)力狀態(tài)下：脆性材料B 塑性材料塑性材料s 變應(yīng)力狀態(tài)下（塑性、脆性材料）均取變應(yīng)力狀態(tài)下（塑性、脆性材料）均取 疲勞極限疲勞極限r(nóng)N【注注2】載荷與應(yīng)力載荷與應(yīng)力 靜應(yīng)力靜應(yīng)力靜載產(chǎn)生靜載產(chǎn)生 變應(yīng)力變應(yīng)力靜載、變載均可產(chǎn)生靜載、變載均可產(chǎn)生 如：靜載的回轉(zhuǎn)運(yùn)動或周期運(yùn)動如：靜載的回轉(zhuǎn)運(yùn)動或周期運(yùn)動變應(yīng)力變應(yīng)力 2）復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下工作的零件）

4、復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下工作的零件塑性材料零件塑性材料零件第三或第四強(qiáng)度理論確定強(qiáng)度準(zhǔn)則第三或第四強(qiáng)度理論確定強(qiáng)度準(zhǔn)則 第四強(qiáng)度理論第四強(qiáng)度理論拉應(yīng)力、切應(yīng)力的復(fù)合應(yīng)力拉應(yīng)力、切應(yīng)力的復(fù)合應(yīng)力 （如螺栓）（如螺栓） 第三強(qiáng)度理論第三強(qiáng)度理論彎、扭復(fù)合應(yīng)力（如轉(zhuǎn)軸）彎、扭復(fù)合應(yīng)力（如轉(zhuǎn)軸） 以上兩種強(qiáng)度準(zhǔn)則用安全系數(shù)表達(dá)為：以上兩種強(qiáng)度準(zhǔn)則用安全系數(shù)表達(dá)為：脆性材料零件脆性材料零件第一強(qiáng)度理論確定強(qiáng)度準(zhǔn)則（不討論）第一強(qiáng)度理論確定強(qiáng)度準(zhǔn)則（不討論）2.表面接觸疲勞強(qiáng)度表面接觸疲勞強(qiáng)度高副機(jī)構(gòu)高副機(jī)構(gòu)點(diǎn)、線接觸傳遞動力點(diǎn)、線接觸傳遞動力大多數(shù)零件在循環(huán)接觸條件下工作大多數(shù)零件在循環(huán)接觸條件下工作接觸應(yīng)力是循

5、環(huán)變應(yīng)力接觸應(yīng)力是循環(huán)變應(yīng)力接觸疲勞強(qiáng)度的準(zhǔn)則為接觸疲勞強(qiáng)度的準(zhǔn)則為 HmaxHHmax利用赫茲公式計(jì)算利用赫茲公式計(jì)算 二、本章難點(diǎn)二、本章難點(diǎn) 零件在變應(yīng)力的作用下，其極限應(yīng)力和安全系數(shù)零件在變應(yīng)力的作用下，其極限應(yīng)力和安全系數(shù)的確定的確定 變應(yīng)力類型：變應(yīng)力類型： 1）穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力）穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力 （平均應(yīng)力、應(yīng)力幅、周期不變）（平均應(yīng)力、應(yīng)力幅、周期不變） 非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力 （平均應(yīng)力、應(yīng)力幅、周期其中之一有變化）（平均應(yīng)力、應(yīng)力幅、周期其中之一有變化）2）簡單應(yīng)力（彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力）簡單應(yīng)力（彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力） 復(fù)雜應(yīng)力（彎、扭）復(fù)雜應(yīng)力（彎、扭）【注注】 應(yīng)力

6、類型和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力類型和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)明顯影響明顯影響零件材料的極限應(yīng)力零件材料的極限應(yīng)力 故應(yīng)力類型、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)不同，故應(yīng)力類型、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)不同，其極限應(yīng)力和安全系數(shù)確定方法也不其極限應(yīng)力和安全系數(shù)確定方法也不相同相同 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一、應(yīng)力的種類一、應(yīng)力的種類 t= =常數(shù)常數(shù)脈動循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力r =0靜應(yīng)力靜應(yīng)力: = =常數(shù)常數(shù)變應(yīng)力變應(yīng)力: 隨時間變化隨時間變化2minmaxm平均應(yīng)力平均應(yīng)力:2minmaxa應(yīng)力幅應(yīng)力幅:循環(huán)變應(yīng)力循環(huán)變應(yīng)力變應(yīng)力的循環(huán)特性變應(yīng)力的循環(huán)特性:maxminr對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力r =-

7、 -1脈動循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力 -1 -1= 0= 0 +1 +1靜應(yīng)力靜應(yīng)力maxmTmaxminaamtmaxminaattaaminr =+1靜應(yīng)力是變應(yīng)力的特例3-13-1材料的疲勞特性材料的疲勞特性 潘存云教授研制變應(yīng)力下，零件的損壞形式是變應(yīng)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(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)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(jié)果疲勞斷裂是微

8、觀損傷積累到一定程度的結(jié)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(kuò)展紋逐漸擴(kuò)展當(dāng)當(dāng)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(yīng)力循環(huán)次數(shù)疲勞斷裂是與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(即使用壽命即使用壽命)有關(guān)的斷裂。有關(guān)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潘存云教授研制潘存云教授研制maxN二、二、 N疲勞曲線疲勞曲線 用參

9、數(shù)用參數(shù)max表征材料的疲表征材料的疲勞極限，通過實(shí)驗(yàn)，可得出如勞極限，通過實(shí)驗(yàn)，可得出如圖所示的疲勞曲線。稱為：圖所示的疲勞曲線。稱為： N疲勞曲線疲勞曲線 104C在原點(diǎn)處在原點(diǎn)處，對應(yīng)的應(yīng)力，對應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù)為為N=1/4，意味著在意味著在加載到最大值時材料被拉斷。加載到最大值時材料被拉斷。顯然該值為強(qiáng)度極限顯然該值為強(qiáng)度極限B 。B103tBAN=1/4 在在AB段，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)段，應(yīng)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(yīng)力強(qiáng)度?？醋鳛殪o應(yīng)力強(qiáng)度。 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，

10、特稱為較小，特稱為 低周疲勞低周疲勞。潘存云教授研制)DrrNNN （由于由于N NDD很大，所以在作疲勞試驗(yàn)時，常規(guī)定一個很大，所以在作疲勞試驗(yàn)時，常規(guī)定一個循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù)N N0 0( (稱為循環(huán)基數(shù)稱為循環(huán)基數(shù)) )，用，用N N0 0及其相對應(yīng)的疲勞及其相對應(yīng)的疲勞極限極限 r來近似代表來近似代表N NDD和和 rr。maxNrN0107CDrNNBAN=1/4 D點(diǎn)以后的疲勞曲線呈點(diǎn)以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著無限壽命一水平線，代表著無限壽命區(qū)其方程為區(qū)其方程為 實(shí)踐證明，機(jī)械零件的疲實(shí)踐證明，機(jī)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

11、述可用下式描述于是有于是有CNN0mrmrN104CB103 CDCD區(qū)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)區(qū)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)N N與疲與疲勞極限勞極限 rN的關(guān)系為的關(guān)系為式中，式中， r、N0及及m的值由材料試驗(yàn)確定。的值由材料試驗(yàn)確定。mrNNN0r0rrNNmN試驗(yàn)結(jié)果表明在試驗(yàn)結(jié)果表明在CDCD區(qū)間內(nèi)，試件經(jīng)過相應(yīng)次數(shù)的區(qū)間內(nèi)，試件經(jīng)過相應(yīng)次數(shù)的變應(yīng)力作用之后，總會發(fā)生疲勞破壞。而變應(yīng)力作用之后，總會發(fā)生疲勞破壞。而D D點(diǎn)以后，如點(diǎn)以后，如果作用的變應(yīng)力最大應(yīng)力小于果作用的變應(yīng)力最大應(yīng)力小于DD點(diǎn)的應(yīng)力（點(diǎn)的應(yīng)力（max 100潘存云教授研制潘存云教授研制1.00.80.60.40.2400 600 800

12、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(zhì)量系數(shù)鋼材的表面質(zhì)量系數(shù) 表面高頻淬火的強(qiáng)化系數(shù)表面高頻淬火的強(qiáng)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(yīng)力集中無應(yīng)力集中 有應(yīng)力集中有應(yīng)力集中 化學(xué)熱處理的強(qiáng)化系數(shù)化學(xué)熱處理的強(qiáng)化系數(shù)q 515 1.151.253040 1.101.15515 1.93.03040 1.32.0化學(xué)熱處理方法化學(xué)熱處理方法 試件種類試件種類 試件直徑試件直徑/mm q 無應(yīng)力集中無應(yīng)力集中 有應(yīng)力集中有應(yīng)力集中 81

13、5 1.22.13040 1.11.5815 1.52.53040 1.22.0無應(yīng)力集中無應(yīng)力集中 有應(yīng)力集中有應(yīng)力集中 氮化，膜厚氮化，膜厚0.10.4mm 硬度硬度HRC64 滲炭，膜厚滲炭，膜厚0.20.6mm氰化，膜厚氰化，膜厚 0.2mm 無無應(yīng)力集中應(yīng)力集中 10 1.8表面硬化加工的強(qiáng)化系數(shù)表面硬化加工的強(qiáng)化系數(shù)q 720 1.21.43040 1.11.25720 1.52.23040 1.31.8 加工方法加工方法 試件種類試件種類 試件直徑試件直徑/mm q 無應(yīng)力集中無應(yīng)力集中 有應(yīng)力集中有應(yīng)力集中 720 1.11.33040 1.11.2720 1.42.53040

14、 1.11.5無應(yīng)力集中無應(yīng)力集中 有應(yīng)力集中有應(yīng)力集中 滾子碾壓滾子碾壓 噴噴 丸丸潘存云教授研制NM二、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行零件疲勞強(qiáng)度計(jì)算時，進(jìn)行零件疲勞強(qiáng)度計(jì)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(yīng)力確定平均應(yīng)力m與與應(yīng)力幅應(yīng)力幅a，然后，在極限應(yīng)力，然后，在極限應(yīng)力線圖的坐標(biāo)中標(biāo)示出相應(yīng)工作線圖的坐標(biāo)中標(biāo)示出相應(yīng)工作應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)力點(diǎn)MM或或N N。兩種情況分別討論a mOS -1CAG-1eD相應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力應(yīng)是極相應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力應(yīng)是極限應(yīng)力曲線限應(yīng)力曲線AGC上的某一個點(diǎn)上的某一個點(diǎn)MM或

15、或N N所代表的應(yīng)力所代表的應(yīng)力( (m ，a ) ) 。M或或N的位置確定與循環(huán)應(yīng)力變化規(guī)律有關(guān)。的位置確定與循環(huán)應(yīng)力變化規(guī)律有關(guān)。am 應(yīng)力比為常數(shù)應(yīng)力比為常數(shù)r=C可能發(fā)生的應(yīng)可能發(fā)生的應(yīng)力變化規(guī)律力變化規(guī)律 平均應(yīng)力為常數(shù)平均應(yīng)力為常數(shù) m=C 最小應(yīng)力為常數(shù)最小應(yīng)力為常數(shù) min=C計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為 SS+=amammaxmaxca潘存云教授研制11Crra mO-1CAG-1e D(1) r=常數(shù)常數(shù) 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(diǎn)的坐標(biāo)為點(diǎn)的坐標(biāo)為 作射線作射線OM，其上任意一點(diǎn)，其上任意一點(diǎn)所代表的應(yīng)力

16、循環(huán)都具有所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的應(yīng)力比。相同的應(yīng)力比。M1為極限為極限應(yīng)力點(diǎn)，其坐標(biāo)值應(yīng)力點(diǎn)，其坐標(biāo)值me ，ae之和就是對應(yīng)于之和就是對應(yīng)于M點(diǎn)的點(diǎn)的極限應(yīng)力極限應(yīng)力max 。minmaxminmaxma比值S amMmeae也是一個常數(shù)。也是一個常數(shù)。M1meaemax+=maam1)(Kmamax1K潘存云教授研制ae計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為 SKS+=ma1-maxmaxca-1-1ea mOCAD GN點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn)點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn)N N1位于位于直線直線CG上，上，meaeamN N1maxsmeae有有 這說明工作應(yīng)力為N點(diǎn)時，首先可能發(fā)生的是

17、屈服失效。故只需要進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算即可。強(qiáng)度計(jì)算公式為強(qiáng)度計(jì)算公式為SS+=masmaxsca凡是工作應(yīng)力點(diǎn)落在凡是工作應(yīng)力點(diǎn)落在OGC區(qū)域內(nèi)，在循環(huán)特性區(qū)域內(nèi)，在循環(huán)特性 r=常數(shù)常數(shù)的條件下，極限應(yīng)力統(tǒng)統(tǒng)為屈服極限，只需的條件下，極限應(yīng)力統(tǒng)統(tǒng)為屈服極限，只需要進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。要進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。潘存云教授研制am-1-1eamOCAD G(2) m=常數(shù)常數(shù) 此時需要在此時需要在 AG上確定上確定M2，使得使得m= m M顯然顯然M2在過在過M點(diǎn)且與縱軸平點(diǎn)且與縱軸平行的直線上，該線上任意一行的直線上，該線上任意一點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的平均應(yīng)力值。相同的平均應(yīng)力

18、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(diǎn)的坐標(biāo)為點(diǎn)的坐標(biāo)為 Kme11maxKKm)(1Kmae1計(jì)算安全系數(shù)及計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為疲勞強(qiáng)度條件為SKKSm)()-(ma1-maxmaxca潘存云教授研制潘存云教授研制-1-1ea mOCA Ds G45 am-1-1ea mOCADs G同理，對應(yīng)于同理，對應(yīng)于N點(diǎn)的極限應(yīng)點(diǎn)的極限應(yīng)力為力為N N2點(diǎn)。點(diǎn)。 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(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。要進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算公式為計(jì)算公式為SS+=masmaxsca(3) min=常數(shù)常數(shù) MM3此時需要在此時需要在

19、 AG上確定上確定M3，使得使得 min= min 因?yàn)橐驗(yàn)?min= m - a =C過過M點(diǎn)作點(diǎn)作45 直線，其上任意一直線，其上任意一點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的最小應(yīng)力。的最小應(yīng)力。 M3位置如圖。位置如圖。minML潘存云教授研制在在OAD區(qū)域內(nèi)，最小應(yīng)力均區(qū)域內(nèi)，最小應(yīng)力均為負(fù)值，在實(shí)際機(jī)器中極少為負(fù)值，在實(shí)際機(jī)器中極少出現(xiàn)，故不予討論。出現(xiàn)，故不予討論。通過通過O、G兩點(diǎn)分別作兩點(diǎn)分別作45直線，直線， I得得OAD、ODGI、GCI三個區(qū)域。三個區(qū)域。PLQminQ0 0minM-1e-1a mOCAS GMM3 D而在而在GCI區(qū)域內(nèi)，極限應(yīng)力統(tǒng)

20、區(qū)域內(nèi)，極限應(yīng)力統(tǒng)為屈服極限。按靜強(qiáng)度處理：為屈服極限。按靜強(qiáng)度處理：SS+=masmaxsca只有在只有在ODGI區(qū)域內(nèi)，極限應(yīng)力才在疲勞極限應(yīng)力曲線上。區(qū)域內(nèi)，極限應(yīng)力才在疲勞極限應(yīng)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(diǎn)的坐標(biāo)值后，點(diǎn)的坐標(biāo)值后，可得到可得到計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為SKKS)2)()-(2minamin1 -maxmaxca潘存云教授研制規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力三、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計(jì)算三、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計(jì)算若應(yīng)力每循環(huán)一次都對材料的破壞起相同的作用，若應(yīng)力每循環(huán)一

21、次都對材料的破壞起相同的作用，則應(yīng)力則應(yīng)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(yīng)力變應(yīng)力規(guī)律性規(guī)律性非規(guī)律性非規(guī)律性 用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算按損傷累按損傷累積積假說進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算假說進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算如汽車鋼板彈簧的載荷與應(yīng)力受載重量、行車速度、輪胎充氣成都、路面狀況、駕駛員水平等因素有關(guān)。1n12n23n34n4maxnOmaxNO1n1N

22、12 n2N23 n3 N3-1 -1 ND而低于而低于-1的應(yīng)力可以認(rèn)為不構(gòu)成破壞作用。的應(yīng)力可以認(rèn)為不構(gòu)成破壞作用。 當(dāng)損傷率達(dá)到當(dāng)損傷率達(dá)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(yīng)于極限狀況有應(yīng)于極限狀況有1=+=3322111=NnNnNnNnziii實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明 (1)當(dāng)應(yīng)力作用順序是先大當(dāng)應(yīng)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).(1101221110mzimiimzzmmmNnnnnN極限情況極限情況 mzimiiN

23、n101mzimiinN1=0ca1=SSca1 -ca若材料在這些應(yīng)力作用下，未達(dá)到破壞，則有若材料在這些應(yīng)力作用下，未達(dá)到破壞，則有令不穩(wěn)定變應(yīng)力的計(jì)算應(yīng)力為令不穩(wěn)定變應(yīng)力的計(jì)算應(yīng)力為則則 ca -1 ，其強(qiáng)度條件為，其強(qiáng)度條件為四、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計(jì)算四、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計(jì)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 a a 和和 a a時，由實(shí)驗(yàn)得出的極限應(yīng)力關(guān)系式為時，由實(shí)驗(yàn)得出的極限應(yīng)力關(guān)系式為12e1a2e1a潘存云教授研制CD式中 a及a為同時作用的切向及法向應(yīng)力幅的極限值。若作用于零件上的應(yīng)力幅a及a如圖中M點(diǎn)

24、表示，則圖中M點(diǎn)對應(yīng)于M點(diǎn)的極限應(yīng)力。由于是對稱循環(huán)變應(yīng)力，故應(yīng)力幅即為最大應(yīng)力?；【€ AMB 上任何一個點(diǎn)即代表一對極限應(yīng)力a及a。Oa-1ea-1e12e1a2e1aABMDCM計(jì)算安全系數(shù)ODODOCOCOMOMScae1 -aOC因?yàn)閑1 -aODe1 -aOCe1-aODacaacaa=SSa于是有強(qiáng)調(diào)代入第一個公式12e1a2e1a將將 a及及 a代入到極限應(yīng)力關(guān)代入到極限應(yīng)力關(guān)系可得系可得潘存云教授研制12e12e1acaacaSSSSaeae11和而而 是是只承受切向應(yīng)力或只承受法向應(yīng)力時的計(jì)算安全系數(shù)。只承受切向應(yīng)力或只承受法向應(yīng)力時的計(jì)算安全系數(shù)。于是求得計(jì)算安全系數(shù)于是求

25、得計(jì)算安全系數(shù)22ca+=SSSSOMOMS說明只要工作應(yīng)力點(diǎn)說明只要工作應(yīng)力點(diǎn)MM落在極限區(qū)域以內(nèi)，就不會達(dá)落在極限區(qū)域以內(nèi)，就不會達(dá)到極限條件，因而總是安全的。到極限條件，因而總是安全的。CDOa-1ea-1eABMDCMmaKS1- 當(dāng)零件上所承受的兩個變應(yīng)力均為不對稱循環(huán)時，有當(dāng)零件上所承受的兩個變應(yīng)力均為不對稱循環(huán)時，有maKS1-五、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(yīng)力下，塑性材料的零件靜應(yīng)力下，塑性材料的零件 S =1.2 =1.2.5.5 鑄鋼件鑄鋼件 S =1. =1.5.5S典型機(jī)械的典型機(jī)械的 S 可通過查表求

26、得?？赏ㄟ^查表求得。 無表可查時，按以無表可查時，按以下原則取下原則取零件尺寸大，結(jié)構(gòu)笨重。零件尺寸大，結(jié)構(gòu)笨重。S可能不安全。可能不安全。（）（）靜應(yīng)力下，脆性材料，如高強(qiáng)度鋼或鑄鐵：靜應(yīng)力下，脆性材料，如高強(qiáng)度鋼或鑄鐵： S =3 =34 4（3 3）變應(yīng)力下，變應(yīng)力下， S =1.3 =1.31.71.7材料不均勻，或計(jì)算不準(zhǔn)時取材料不均勻，或計(jì)算不準(zhǔn)時取 S =1.7 =1.72.52.5潘存云教授研制六、提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施六、提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施 在綜合考慮零件的性能要求和經(jīng)濟(jì)性后，采用具有高在綜合考慮零件的性能要求和經(jīng)濟(jì)性后，采用具有高疲勞強(qiáng)度的材料，并配以適當(dāng)?shù)臒崽?/p>

27、理和各種表面強(qiáng)疲勞強(qiáng)度的材料，并配以適當(dāng)?shù)臒崽幚砗透鞣N表面強(qiáng)化處理化處理 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(hù)處理位的表面加工質(zhì)量，必要時表面作適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)處理盡可能降低零件上應(yīng)力集中的影盡可能降低零件上應(yīng)力集中的影響，是提高零件疲勞強(qiáng)度的首要響，是提高零件疲勞強(qiáng)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

28、不可避免地要產(chǎn)生較大應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)處，可采在不可避免地要產(chǎn)生較大應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)處，可采用減載槽來降低應(yīng)力集中的作用用減載槽來降低應(yīng)力集中的作用在工程實(shí)際中，往往會發(fā)生工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力在工程實(shí)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)象稱為低應(yīng)力脆斷。時所發(fā)生的突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為低應(yīng)力脆斷。對于高強(qiáng)度材料，一方面是它的強(qiáng)度高（即許用應(yīng)對于高強(qiáng)度材料，一方面是它的強(qiáng)度高（即許用應(yīng)力高），另一方面則是它抵抗裂紋擴(kuò)展的能力要隨著強(qiáng)力高），另一方面則是它抵抗裂紋擴(kuò)展的能力要隨著強(qiáng)度的增加而下降。因此，用傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論計(jì)算高強(qiáng)度度的增加而下降。因此，用傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論計(jì)算高強(qiáng)度材

29、料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度問題，就存在一定的危險性。材料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度問題，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)是研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強(qiáng)度和變形規(guī)律的學(xué)科。或構(gòu)件的強(qiáng)度和變形規(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)在原因。紋和缺陷的存在是導(dǎo)致低應(yīng)力斷裂的內(nèi)在原因。3-33-3機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度 為了度量含裂紋結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度，在斷裂力學(xué)中運(yùn)用為了度量含裂紋結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度，在斷裂力學(xué)中運(yùn)用了應(yīng)力強(qiáng)度因子了應(yīng)力強(qiáng)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(biāo)來判別結(jié)構(gòu)安全性，）這兩個新的度量指標(biāo)來判別結(jié)構(gòu)安全性，即即KIKIC時，裂紋不會失穩(wěn)擴(kuò)展。時，裂紋不會失穩(wěn)擴(kuò)展。KIKIC時，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展。時，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展。潘存云教授研制潘存云教授研制3-43-4機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度如齒輪、凸輪、滾動軸承等。如齒輪、凸輪、滾動軸承等。B 機(jī)械零件中各零件之間的力的傳遞，總是通過兩機(jī)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(shí)現(xiàn)的。常見兩機(jī)械零