第4章 機(jī)械零件的強(qiáng)度

1、第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度第第4 章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度靜載荷靜載荷變載荷變載荷不隨時間改變或變化緩慢不隨時間改變或變化緩慢隨時間作周期性或非周期性變化隨時間作周期性或非周期性變化名義載荷名義載荷計算載荷計算載荷理想工作條件下的載荷理想工作條件下的載荷作用于零件的實(shí)際載荷作用于零件的實(shí)際載荷計算載荷計算載荷名義載荷名義載荷=K 載荷系數(shù)載荷系數(shù)？4.1 載荷和應(yīng)力載荷和應(yīng)力4.1.1 載荷的分類載荷的分類第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度靜應(yīng)力靜應(yīng)力變應(yīng)力變應(yīng)力不隨時間改變或變化緩慢不隨時間改變或變化緩慢隨時間作周期性或非

2、周期性變化隨時間作周期性或非周期性變化變應(yīng)力變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力周期性循環(huán)變應(yīng)力周期性循環(huán)變應(yīng)力非穩(wěn)定變應(yīng)力非穩(wěn)定變應(yīng)力非周期性循環(huán)變應(yīng)力非周期性循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力4.1.2 應(yīng)力的分類應(yīng)力的分類第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度 =常數(shù)常數(shù)ttmaxminammaxammaxamin對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力靜應(yīng)力靜應(yīng)力OtOOtO第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度幾個應(yīng)力參數(shù)幾個應(yīng)力參數(shù)平均應(yīng)力：平均應(yīng)力：2mi

3、nmaxm應(yīng)應(yīng) 力力 幅：幅：2minmaxa對稱循環(huán)對稱循環(huán):m= 0; a=max脈動循環(huán)脈動循環(huán):m=a=max / 2第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度循環(huán)特征：循環(huán)特征：maxminr 表示應(yīng)力變化的情況表示應(yīng)力變化的情況對稱循環(huán)對稱循環(huán) r = -1脈動循環(huán)脈動循環(huán) r = 0非對稱循環(huán)非對稱循環(huán) r 0 且且 | r | 1; 靜應(yīng)力靜應(yīng)力 r = +1用用r 表示循環(huán)特征為表示循環(huán)特征為 r 的變應(yīng)力。如的變應(yīng)力。如 -1、0等等第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度注意：注意：變載荷變載荷 變應(yīng)力變應(yīng)力靜載荷靜載荷 靜應(yīng)力靜應(yīng)力 ？或變應(yīng)力或變應(yīng)力nP an第第4章章

4、 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度主要失效形式：斷裂或塑性變形主要失效形式：斷裂或塑性變形強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件： 或或 sslimlim;許用應(yīng)力：許用應(yīng)力：lim 、lim 極限應(yīng)力極限應(yīng)力 s 安全系數(shù)安全系數(shù)4.2 機(jī)械零件的靜強(qiáng)度機(jī)械零件的靜強(qiáng)度第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度塑性材料：塑性材料：lim = s ；lim = s脆性材料：脆性材料：lim = B ；lim = BB、B 材料強(qiáng)度極限材料強(qiáng)度極限s、s 材料屈服極限材料屈服極限強(qiáng)度條件也可用安全系數(shù)來表強(qiáng)度條件也可用安全系數(shù)來表示示第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度4.3 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度疲勞

5、斷裂具有以下特征疲勞斷裂具有以下特征: 1 ) 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, 甚至甚至比屈服極限低比屈服極限低;2) 不管脆性材料或塑性材料不管脆性材料或塑性材料, 其疲勞斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性其疲勞斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂變形的脆性突然斷裂;3) 疲勞斷裂是損傷的積累疲勞斷裂是損傷的積累, 它的初期現(xiàn)象是在零件表面或表層它的初期現(xiàn)象是在零件表面或表層形成微裂紋形成微裂紋, 這種微裂紋隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展這種微裂紋隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展, 直至余下的未裂開的截面積不足以承受外荷載時直至余下的

6、未裂開的截面積不足以承受外荷載時, 零件就突然零件就突然斷裂斷裂在變應(yīng)力作用下在變應(yīng)力作用下, 機(jī)械零件的主要失效形式是疲勞斷裂機(jī)械零件的主要失效形式是疲勞斷裂4.3.1 疲勞斷裂特征疲勞斷裂特征第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度初始裂紋初始裂紋疲勞區(qū)疲勞區(qū)(光滑光滑)粗糙區(qū)粗糙區(qū)強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：limslim = ？疲勞破壞與零件的變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有關(guān)疲勞破壞與零件的變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有關(guān)N 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)rN 疲勞極限（對應(yīng)于疲勞極限（對應(yīng)于N）N0 循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù)r 持久極限持久極限軸軸4.3.2 疲勞極限疲勞極限 對任一給定的應(yīng)力循環(huán)特性對任一給定的應(yīng)力循環(huán)特性r ,

7、當(dāng)應(yīng)力循環(huán)當(dāng)應(yīng)力循環(huán)N 次后次后, 材料不材料不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力稱為發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力稱為疲勞極限疲勞極限, 以以rN 表示。表示。以以N 或或lg N 為橫坐標(biāo)為橫坐標(biāo),rN 或或lg rN 為縱坐標(biāo)為縱坐標(biāo), 把表示把表示rN (或或lg rN )和和N( 或或lg N) 的關(guān)系曲線稱為的關(guān)系曲線稱為疲勞曲線或疲勞曲線或- N 曲線曲線第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度0mmrNrNN const由此得：由此得：0mrNrNrNNkNk為 壽 命 系 數(shù)與應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)的指數(shù)有關(guān)的指數(shù)金屬材料的疲勞曲線可分為如下兩金屬材料的疲勞曲線可分為如下兩類類: 對于大多數(shù)黑色

8、金屬及其合金對于大多數(shù)黑色金屬及其合金, 當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N 高于某一數(shù)值高于某一數(shù)值N0 后后, 疲勞曲線呈現(xiàn)為水平直線疲勞曲線呈現(xiàn)為水平直線; 而對而對有色合金和高硬度合金鋼有色合金和高硬度合金鋼, 無論無論N 值多大值多大, 疲勞曲線也不存在水平部疲勞曲線也不存在水平部分分有明顯水平部分的疲勞曲線可以分為兩個區(qū)域有明顯水平部分的疲勞曲線可以分為兩個區(qū)域: N N0 的部分稱為有限壽命區(qū)的部分稱為有限壽命區(qū), N N0 的部分稱為無限壽命區(qū)的部分稱為無限壽命區(qū)N疲勞曲線鋼 m=9拉、彎應(yīng)力、剪應(yīng)力 m=6接觸應(yīng)力青銅 m=9彎曲應(yīng)力 m=8接觸應(yīng)力第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械

9、零件的強(qiáng)度l 對任何材料（標(biāo)準(zhǔn)試件）而言，對不同的應(yīng)力循環(huán)特性下對任何材料（標(biāo)準(zhǔn)試件）而言，對不同的應(yīng)力循環(huán)特性下有不同的持久極限，即每種應(yīng)力循環(huán)特性下都對應(yīng)著該材料的有不同的持久極限，即每種應(yīng)力循環(huán)特性下都對應(yīng)著該材料的最大應(yīng)力最大應(yīng)力 ，再由應(yīng)力循環(huán)特性可求出，再由應(yīng)力循環(huán)特性可求出 和和 、maxminmmaxa以以 為橫坐標(biāo)、為橫坐標(biāo)、 為縱坐標(biāo)，即可得材料在不同應(yīng)力循為縱坐標(biāo)，即可得材料在不同應(yīng)力循環(huán)特性下的極限環(huán)特性下的極限 和和 的關(guān)系圖的關(guān)系圖mmaa4.3.3 疲勞極限應(yīng)力圖疲勞極限應(yīng)力圖同一種材料在不同的應(yīng)力循環(huán)特性下的同一種材料在不同的應(yīng)力循環(huán)特性下的疲勞極限圖疲勞極限圖

10、第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度1(0,)A對稱疲勞極限點(diǎn)C(,0)B強(qiáng)度極限點(diǎn)00B(,)22脈動疲勞極限點(diǎn)S(,0)s屈服極限點(diǎn)limlimAErrmrar段若則不會疲勞破壞limlimESsrmras段若則不會塑性破壞折線以內(nèi)為疲勞和塑性安全區(qū)，折線以外為疲勞和塑性失效折線以內(nèi)為疲勞和塑性安全區(qū)，折線以外為疲勞和塑性失效區(qū)，工作應(yīng)力點(diǎn)離折線越遠(yuǎn)，安全程度愈高。區(qū)，工作應(yīng)力點(diǎn)離折線越遠(yuǎn)，安全程度愈高。第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度4.3.4 影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的主要因素影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的主要因素影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的因素很多影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的因素很多, 有應(yīng)力集

11、中、零有應(yīng)力集中、零件尺寸、表面狀況、環(huán)境介質(zhì)、加載順序和頻率等件尺寸、表面狀況、環(huán)境介質(zhì)、加載順序和頻率等,1. 應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中的影響有效應(yīng)力集中系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù):材料、尺寸和受載情況都相同的一個無應(yīng)力集中試材料、尺寸和受載情況都相同的一個無應(yīng)力集中試樣與一個有應(yīng)力集中試樣的疲勞極限的比值樣與一個有應(yīng)力集中試樣的疲勞極限的比值, 即即式中式中:- 1 、(- 1 )k 無應(yīng)力集中試樣和有應(yīng)力集無應(yīng)力集中試樣和有應(yīng)力集中試樣的疲勞極限。中試樣的疲勞極限。1(1)kK第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度2. 絕對尺寸的影響絕對尺寸的影響當(dāng)其他條件相同時當(dāng)其他條件相同時, 零件尺寸

12、越大零件尺寸越大, 則其疲勞強(qiáng)度越低。其則其疲勞強(qiáng)度越低。其原因是由于尺寸大時原因是由于尺寸大時, 材料晶粒粗材料晶粒粗,出現(xiàn)缺陷的概率大出現(xiàn)缺陷的概率大, 機(jī)機(jī)加工后表面冷作硬化層相對較薄加工后表面冷作硬化層相對較薄, 疲勞裂紋容易形成。疲勞裂紋容易形成。截面絕對尺寸對疲勞極限的影響截面絕對尺寸對疲勞極限的影響, 可用絕對尺寸系數(shù)可用絕對尺寸系數(shù) 表示。表示。絕對尺寸系數(shù)定義絕對尺寸系數(shù)定義:直徑為直徑為d的試樣的疲勞極限的試樣的疲勞極限(- 1 ) d 與直徑與直徑d0 = 610 mm 的的試樣的疲勞極限試樣的疲勞極限(- 1 ) d0 的比值的比值, 即即10()(1)dd第第4章章

13、機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度3. 表面狀態(tài)的影響表面狀態(tài)的影響表面狀態(tài)包括表面粗糙度和表面處理的情況。零件表表面狀態(tài)包括表面粗糙度和表面處理的情況。零件表面光滑或經(jīng)過各種強(qiáng)化處理面光滑或經(jīng)過各種強(qiáng)化處理( 如噴丸、表面熱處理或表如噴丸、表面熱處理或表面化學(xué)處理等面化學(xué)處理等) , 可以提高零件的疲勞強(qiáng)度可以提高零件的疲勞強(qiáng)度表面狀態(tài)對疲勞極限的影響可用表面狀態(tài)系數(shù)表面狀態(tài)對疲勞極限的影響可用表面狀態(tài)系數(shù)表示。表示。10()(1)表面狀態(tài)系數(shù)定義表面狀態(tài)系數(shù)定義:試樣在某種表面狀態(tài)下的疲勞極限試樣在某種表面狀態(tài)下的疲勞極限(- 1 ) 與精拋光試與精拋光試樣樣(未經(jīng)強(qiáng)化處理未經(jīng)強(qiáng)化處理) 的疲勞

14、極限的疲勞極限(- 1 )0 的比值的比值第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度由實(shí)驗得知由實(shí)驗得知, 應(yīng)力集中、尺寸效應(yīng)和表面狀態(tài)只對應(yīng)力幅應(yīng)力集中、尺寸效應(yīng)和表面狀態(tài)只對應(yīng)力幅有影響有影響, 對平均應(yīng)力沒有影響。通常對平均應(yīng)力沒有影響。通常,可將這三個系數(shù)綜合可將這三個系數(shù)綜合考慮考慮, 稱為稱為綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù), 即即()DKK 在計算時在計算時, 零件的工作應(yīng)力幅要乘以綜合影響系數(shù)零件的工作應(yīng)力幅要乘以綜合影響系數(shù)第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度4.3.5 許用疲勞極限應(yīng)力圖許用疲勞極限應(yīng)力圖對于有應(yīng)力集中、絕對尺寸和表面狀態(tài)影響的零件對于有應(yīng)力集中、絕對尺寸和表面狀

15、態(tài)影響的零件, 在在計算安全系數(shù)時必須考慮綜合影響系數(shù)計算安全系數(shù)時必須考慮綜合影響系數(shù)( k )D 或或( k )D 和壽命系數(shù)和壽命系數(shù)kN 對疲勞強(qiáng)度的影響對疲勞強(qiáng)度的影響在簡化疲勞極限應(yīng)力圖基礎(chǔ)上得到許用疲勞極限應(yīng)力在簡化疲勞極限應(yīng)力圖基礎(chǔ)上得到許用疲勞極限應(yīng)力1(0,)()NDkk00(,)22()NNDkkk(,0)S第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度4.3.6 穩(wěn)定變應(yīng)力狀態(tài)下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算穩(wěn)定變應(yīng)力狀態(tài)下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算1. 許用應(yīng)力法許用應(yīng)力法機(jī)械零件在變應(yīng)力作用下的疲勞強(qiáng)度計算與靜強(qiáng)度計機(jī)械零件在變應(yīng)力作用下的疲勞強(qiáng)度計算與靜強(qiáng)度計算相似算相似, 即零件

16、危險點(diǎn)處的最大工作應(yīng)力應(yīng)小于或等于即零件危險點(diǎn)處的最大工作應(yīng)力應(yīng)小于或等于零件的許用應(yīng)力零件的許用應(yīng)力危險點(diǎn)處的最大工作應(yīng)力危險點(diǎn)處的最大工作應(yīng)力max 仍按靜載荷時的應(yīng)仍按靜載荷時的應(yīng)力公式計算力公式計算,其許用應(yīng)力取零件的疲勞極限其許用應(yīng)力取零件的疲勞極限r(nóng)N 除以除以規(guī)定的安全系數(shù)規(guī)定的安全系數(shù)S第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度零件在零件在對稱循環(huán)對稱循環(huán)下的許用應(yīng)力用下的許用應(yīng)力用- 1 來表示來表示, 則對稱循則對稱循環(huán)下的疲勞強(qiáng)度條件為環(huán)下的疲勞強(qiáng)度條件為對某些受對某些受不對稱循環(huán)不對稱循環(huán)變應(yīng)力的零件變應(yīng)力的零件, 其疲勞強(qiáng)度條件可取為其疲勞強(qiáng)度條件可取為式中式中,a 、

17、a 分別為零件所受的最大工作應(yīng)力幅和許用應(yīng)力幅。分別為零件所受的最大工作應(yīng)力幅和許用應(yīng)力幅。1max1Saa第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度進(jìn)行零件疲勞強(qiáng)度計算時，首先根據(jù)零件危險截面上的 max 及 min確定平均應(yīng)力m與應(yīng)力幅a，然后，在極限應(yīng)力線圖的坐標(biāo)中標(biāo)示出相應(yīng)工作應(yīng)力點(diǎn)n或m。 根據(jù)零件工作時所受的約束來確定應(yīng)力可能發(fā)生的變化規(guī)律，從而決定以哪一個點(diǎn)來表示極限應(yīng)力。機(jī)械零件可能發(fā)生的典型的應(yīng)力變化規(guī)律有以下三種： 應(yīng)力比為常數(shù)：r=C 平均應(yīng)力為常數(shù)m=C 最小應(yīng)力為常數(shù)min=C相應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力應(yīng)是極限應(yīng)力曲線上的某一個點(diǎn)所代表的應(yīng)力。),(am2. 安全系數(shù)法安全系數(shù)

18、法危險截面處的危險截面處的S S(1) 單向應(yīng)力狀態(tài)時的安全系數(shù)單向應(yīng)力狀態(tài)時的安全系數(shù)第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度1 1、 大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài)大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài) Cmaxmin/meOaeCmNN1ADM1aGM過原點(diǎn)與工作應(yīng)力點(diǎn)過原點(diǎn)與工作應(yīng)力點(diǎn)M M或或N N作連線交作連線交ADGADG于于M M1 1和和N N1 1點(diǎn)，由于點(diǎn)，由于直線上任一點(diǎn)的應(yīng)力循環(huán)特性均相同直線上任一點(diǎn)的應(yīng)力循環(huán)特性均相同, M, M1 1和和N N1 1點(diǎn)即為所求的極點(diǎn)即為所求的極限應(yīng)力點(diǎn)限應(yīng)力點(diǎn) mlimmaxm11aamaam第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度meOaeCmNN1A

19、DM1aGMa)a)當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位于當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位于OAGOAG內(nèi)內(nèi)極限應(yīng)力為疲勞極限，極限應(yīng)力為疲勞極限，按疲勞強(qiáng)度計算按疲勞強(qiáng)度計算11maxmax()()()NamNamDamDamkkkk 零件的極限應(yīng)力零件的極限應(yīng)力( (疲勞極限疲勞極限) )正應(yīng)力安全系數(shù)正應(yīng)力安全系數(shù)max1max ()NDamkssk 同理，切應(yīng)力安全系數(shù)同理，切應(yīng)力安全系數(shù)max1max ()NDamkssk 、 是將平均應(yīng)力折合為應(yīng)力是將平均應(yīng)力折合為應(yīng)力幅的等效系數(shù)幅的等效系數(shù), , 其大小表示材料對其大小表示材料對循環(huán)不對稱特性的敏感程度循環(huán)不對稱特性的敏感程度第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度b

20、)b)工作應(yīng)力點(diǎn)位于工作應(yīng)力點(diǎn)位于OGCOGC內(nèi)內(nèi)極限應(yīng)力為屈服極限，按靜強(qiáng)度計算極限應(yīng)力為屈服極限，按靜強(qiáng)度計算max ssmassmax ssmass第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度2、 振動中的受載彈簧的應(yīng)力狀態(tài)振動中的受載彈簧的應(yīng)力狀態(tài)cm需在極限應(yīng)力圖上找一個其平均應(yīng)力與工作應(yīng)力相同的極需在極限應(yīng)力圖上找一個其平均應(yīng)力與工作應(yīng)力相同的極限應(yīng)力，如圖，過工作應(yīng)力點(diǎn)限應(yīng)力，如圖，過工作應(yīng)力點(diǎn)M（N）作與縱軸平行的軸線交）作與縱軸平行的軸線交AGC于于M2（N2 ）點(diǎn)，即為極限應(yīng)力點(diǎn)）點(diǎn)，即為極限應(yīng)力點(diǎn) NOHmCMM2ADGN2aa) 當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位 于于OAGH區(qū)

21、域區(qū)域極限應(yīng)力為疲勞極限極限應(yīng)力為疲勞極限 強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件： )()(1maxmaxmaxlimskksammecab）工作應(yīng)力點(diǎn)位于）工作應(yīng)力點(diǎn)位于GHC區(qū)域區(qū)域極限應(yīng)力為屈服極限極限應(yīng)力為屈服極限 強(qiáng)度條件為：強(qiáng)度條件為： maxlimssamseca第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度3、 變軸向變載荷的緊螺栓聯(lián)接中的螺栓應(yīng)力狀態(tài)變軸向變載荷的緊螺栓聯(lián)接中的螺栓應(yīng)力狀態(tài) cmin過工作應(yīng)力點(diǎn)過工作應(yīng)力點(diǎn)M（N）作與橫坐標(biāo)成）作與橫坐標(biāo)成45的直線，則這直線任的直線，則這直線任一點(diǎn)的最小應(yīng)力一點(diǎn)的最小應(yīng)力 均相同，均相同，直線與極限應(yīng)力線圖直線與極限應(yīng)力線圖交點(diǎn)交點(diǎn) 即為所求極限應(yīng)

22、力點(diǎn)。即為所求極限應(yīng)力點(diǎn)。 cammin ammin)(33NMminMaOminN45CmM3AJGN3MN45LI第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度minMaOminN45CmM3AJGN3MN45LIa)a)工作應(yīng)力點(diǎn)位于工作應(yīng)力點(diǎn)位于OJGIOJGI區(qū)域內(nèi)區(qū)域內(nèi)求求AG與與MM3的交點(diǎn)的交點(diǎn):aememeeaeekk11aeamaememinkkmeaeemin1maxlim)(2 )2)()(2)()(2minmin1min1maxlimSkkkkSaameca強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件: :極限應(yīng)力為疲勞極限，極限應(yīng)力為疲勞極限，按疲勞強(qiáng)度計算按疲勞強(qiáng)度計算第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)

23、械零件的強(qiáng)度minMaOminN45CmM3AJGN3MN45LIc）工作應(yīng)力位于OAJ區(qū)域內(nèi)),(3aemeNesaemelim 2minmaxlimSSasamsecaminb)工作應(yīng)力點(diǎn)位于工作應(yīng)力點(diǎn)位于IGC區(qū)域區(qū)域極限應(yīng)力為屈服極限極限應(yīng)力為屈服極限按靜強(qiáng)度計算按靜強(qiáng)度計算極限應(yīng)力點(diǎn)為極限應(yīng)力點(diǎn)為靜強(qiáng)度條件靜強(qiáng)度條件為負(fù)值，工程中罕見，故不作考慮。為負(fù)值，工程中罕見，故不作考慮。 第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度5）等效應(yīng)力幅）等效應(yīng)力幅 mNNN0maadk注意：注意：1）若零件所受應(yīng)力變化規(guī)律不能肯定，一般采用）若零件所受應(yīng)力變化規(guī)律不能肯定，一般采用 r =C的的情況計

24、算情況計算2）上述計算均為按無限壽命進(jìn)行零件設(shè)計，若按有限壽）上述計算均為按無限壽命進(jìn)行零件設(shè)計，若按有限壽命要求設(shè)計零件時，即應(yīng)力循環(huán)次數(shù)命要求設(shè)計零件時，即應(yīng)力循環(huán)次數(shù)103(104)NNo時時，這時上述公式中的極限應(yīng)力應(yīng)為有限壽命的疲勞極，這時上述公式中的極限應(yīng)力應(yīng)為有限壽命的疲勞極限限 ，即應(yīng)以，即應(yīng)以-1N 代代-1 ，以，以oN代代o3）當(dāng)未知工作應(yīng)力點(diǎn)所在區(qū)域時，應(yīng)同時考慮可能出現(xiàn)）當(dāng)未知工作應(yīng)力點(diǎn)所在區(qū)域時，應(yīng)同時考慮可能出現(xiàn)的兩種情況的兩種情況4）對切應(yīng)力上述公式同樣適用，只需將）對切應(yīng)力上述公式同樣適用，只需將改為改為即可。即可。第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度(2

25、) 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)時的安全系數(shù)復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)時的安全系數(shù)很多零件很多零件(如轉(zhuǎn)軸如轉(zhuǎn)軸) 在工作時同時受有彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力在工作時同時受有彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的復(fù)合變應(yīng)力作用。根據(jù)試驗研究和理論分析的復(fù)合變應(yīng)力作用。根據(jù)試驗研究和理論分析, 可導(dǎo)出零可導(dǎo)出零件在對稱循環(huán)彎扭復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)計件在對稱循環(huán)彎扭復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)計算式為算式為式中的式中的S 和和S 可根據(jù)下面的公式計算可根據(jù)下面的公式計算:22S SSSS11()()NDaNDakSkkSk第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度4.3.7 非穩(wěn)定變應(yīng)力狀態(tài)下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算非穩(wěn)定變應(yīng)力狀態(tài)下機(jī)械零

26、件的疲勞強(qiáng)度計算 非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的種類非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的種類常見的非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力有兩種常見的非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力有兩種: 規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力:應(yīng)力按一定規(guī)律周期性變化應(yīng)力按一定規(guī)律周期性變化, 且應(yīng)力幅也是按一定規(guī)律周期性變化且應(yīng)力幅也是按一定規(guī)律周期性變化(2) 隨機(jī)性非穩(wěn)定變應(yīng)力隨機(jī)性非穩(wěn)定變應(yīng)力:應(yīng)力的變化不呈周期性應(yīng)力的變化不呈周期性, 而而帶有偶然性帶有偶然性, 隨機(jī)性非穩(wěn)定變應(yīng)力可采用統(tǒng)計概率隨機(jī)性非穩(wěn)定變應(yīng)力可采用統(tǒng)計概率分布方法轉(zhuǎn)化成規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力。分布方法轉(zhuǎn)化成規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力。第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度疲勞損傷累積假說是疲勞損傷累積假說

27、是: 在疲勞裂紋形成和擴(kuò)展的過程中在疲勞裂紋形成和擴(kuò)展的過程中, 零件或材料內(nèi)部的損傷是逐漸積累的零件或材料內(nèi)部的損傷是逐漸積累的, 積累到一定程度積累到一定程度才發(fā)生斷裂。才發(fā)生斷裂。用統(tǒng)計方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算用統(tǒng)計方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算不穩(wěn)定變應(yīng)力不穩(wěn)定變應(yīng)力非規(guī)律性非規(guī)律性規(guī)律性規(guī)律性按損傷累按損傷累積積假說進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算假說進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力線性疲勞損傷累積計算提出線性疲勞損傷累積計算提出: 應(yīng)力每循環(huán)一次應(yīng)力每循環(huán)一次, 造成零造成零件一次壽命損傷件一次壽命損傷, 其總壽命損傷率為其總壽命損傷率為:零件達(dá)到疲勞壽命極限時零件達(dá)到

28、疲勞壽命極限時, 理論上總壽命損傷率為理論上總壽命損傷率為13121123nniiniNNNNNFNNNNN11niiiNFN第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度3. 非穩(wěn)定變應(yīng)力疲勞強(qiáng)度計算非穩(wěn)定變應(yīng)力疲勞強(qiáng)度計算取轉(zhuǎn)化后的等效應(yīng)力取轉(zhuǎn)化后的等效應(yīng)力v 等于非穩(wěn)定變應(yīng)力中的最大應(yīng)力等于非穩(wěn)定變應(yīng)力中的最大應(yīng)力或作用時間最長的應(yīng)力或作用時間最長的應(yīng)力,非穩(wěn)定變應(yīng)力下零件的疲勞強(qiáng)度計算是先將非穩(wěn)定變非穩(wěn)定變應(yīng)力下零件的疲勞強(qiáng)度計算是先將非穩(wěn)定變應(yīng)力折算成單一的與其總壽命損傷率相等的等效穩(wěn)定應(yīng)力折算成單一的與其總壽命損傷率相等的等效穩(wěn)定變應(yīng)力變應(yīng)力v , 然后再按穩(wěn)定變應(yīng)力進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算然后

29、再按穩(wěn)定變應(yīng)力進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算312123nvnvmiiNNNNNNNNNNNC11221()mmmmnnvvnmiviivNNNNNN根據(jù)總壽命損傷率相等的條件根據(jù)總壽命損傷率相等的條件第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度0mNvNkN等效循環(huán)次數(shù)時的壽命系數(shù)求得對稱循環(huán)和非對稱循環(huán)時的安全系數(shù)求得對稱循環(huán)和非對稱循環(huán)時的安全系數(shù)11()()NDavNDavmvkSkkSk 式中式中,av 為等效應(yīng)力的應(yīng)力幅為等效應(yīng)力的應(yīng)力幅; mv 為等效應(yīng)力的平均為等效應(yīng)力的平均應(yīng)力。應(yīng)力。對于受非穩(wěn)定切應(yīng)力的零件疲勞強(qiáng)度計算對于受非穩(wěn)定切應(yīng)力的零件疲勞強(qiáng)度計算, 只需將上述只需將上述公式中的正應(yīng)力公式中的正應(yīng)力換成切應(yīng)力換成切應(yīng)力即可即可第第4章章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度4.4 機(jī)械零件的表面接觸強(qiáng)度機(jī)械零件的表面接觸強(qiáng)度 兩個零件在受載前是點(diǎn)接觸或線接觸兩個零件在受載前是點(diǎn)接觸或線接觸, 受載后受載后, 由于變由于變形其接觸處為一小面積形其接觸處為一小面積, 通常此面積甚小而表層產(chǎn)生的局通常此面積甚小而表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力卻很大部應(yīng)力卻很大, 這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。這時零件強(qiáng)度稱這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。這時零件強(qiáng)度稱為