機械設(shè)計第三章 機械零件的強度

機械設(shè)計（3）機械零件的抗斷裂強度

機械零件的疲勞強度計算

第三章機械零件的強度機械零件的接觸疲勞強度機械的疲勞特性

§3.1材料的疲勞特性§載荷與應(yīng)力：隨時間作周期性變化或非周期性變化的載荷。如汽車齒輪箱中的齒輪、軸、軸承等所受的載荷均為變載荷。：考慮載荷的時間不均勻性、分布的不均勻性以及其它影響因素對名義載荷進(jìn)行修正得到的載荷。一、載荷二、名義載荷與計算載荷靜載荷：不隨時間變化、變化緩慢或者變化幅度相對很小的載荷。如零件所受到的重力、鍋爐穩(wěn)定工作時所受到的壓力等。變載荷名義載荷Fn：根據(jù)額定功率用力學(xué)公式計算出作用在零件上的載荷。計算載荷FcaK——載荷系數(shù)§3.1材料的疲勞特性三、應(yīng)力

靜應(yīng)力

變應(yīng)力：指不隨時間變化或變化緩慢的應(yīng)力。：指隨時間變化的應(yīng)力。注意：靜應(yīng)力只能由靜載荷產(chǎn)生。靜載荷和變載荷均可能產(chǎn)生變應(yīng)力。絕大多數(shù)機械零件都是處于變應(yīng)力狀態(tài)下工作的?！?.1材料的疲勞特性四、變應(yīng)力的描述應(yīng)力比(循環(huán)特性)：r=-1對稱循環(huán)應(yīng)力r=0脈動循環(huán)應(yīng)力r=1靜應(yīng)力

平均應(yīng)力：應(yīng)力幅值：-1，對稱循環(huán)應(yīng)力=0，脈沖循環(huán)應(yīng)力1，靜應(yīng)力描述規(guī)律性的變應(yīng)力有5個參數(shù)，但其中只有兩個參數(shù)是獨立的。疲勞曲線一、

s－N疲勞曲線s－N疲勞曲線

§材料的疲勞曲線§3.1材料的疲勞特性應(yīng)力循環(huán)特性r一定的條件下，記錄出在不同最大應(yīng)力σmax下引起試件疲勞破壞所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，即可得到σ-N疲勞曲線。靜應(yīng)力強度（AB段）：N≤103，σmax幾乎不隨N變化，可近似看作是靜應(yīng)力強度。低周疲勞（BC段）：N↑→

σmax↓。C點對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)約為104。有限壽命疲勞階段（CD段）：實踐證明大多數(shù)機械零件的疲勞發(fā)生在CD段，可用下式描述：無限壽命階段（D點以后的水平線）：D點代表材料的無限壽命疲勞極限，用符號σr∞表示，只要σmax<σr∞

，無論N為多大,材料都不會破壞?？捎孟率矫枋觯害襯N—有限壽命疲勞極限；C—試驗常數(shù)；m—材料常數(shù)。s－N疲勞曲線§3.1材料的疲勞特性由于ND很大，所以在作疲勞試驗時，常規(guī)定一個循環(huán)次數(shù)N0(稱為循環(huán)基數(shù))σr、N0及m的值由材料試驗確定。材料的壽命系數(shù)循環(huán)基數(shù)N0—————ND對應(yīng)的疲勞極限σr——σr∞§3.1材料的疲勞特性二、等壽命疲勞曲線（極限應(yīng)力曲線）不同的應(yīng)力比時，疲勞極限的應(yīng)力幅與平均應(yīng)力之間的關(guān)系曲線。在工程應(yīng)用中，常將等壽命曲線用直線來近似替代。極限應(yīng)力線圖

§3.1材料的疲勞特性已知A點坐標(biāo)：（0，σ-1）D點坐標(biāo)：（σ0/2，σ0/2）AＧ直線的方程：ψσ

——試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的材料常數(shù)。碳鋼：ψσ≈0.1~0.2；合金鋼：ψσ≈0.2~0.3。已知C點坐標(biāo)：（σS，

0）CG直線的斜率：k=tan135°=-1CＧ直線的方程：AＧ直線上任意點代表了一定循環(huán)特性時的疲勞極限。CＧ直線上任意點的最大應(yīng)力達(dá)到了屈服極限應(yīng)力?！?郊.1到材鉛料的飾疲勞霧特性正好敢落在A’復(fù)G’祝C折線師上時富，表壤示應(yīng)解力剛純好達(dá)農(nóng)到疲漏勞破焦壞的柳極限蟲值。當(dāng)應(yīng)亭力點稠落在OA巷GC以外瓜時，晝一定爸會發(fā)艘生疲部勞破股壞。當(dāng)循喊環(huán)應(yīng)齒力參沙數(shù)（σm，σa）落在OA囑GC以內(nèi)光時，取表示撓不會悅發(fā)生陪疲勞箏破壞僅。疲勞扔破壞斤的判饅據(jù)：§3業(yè).2利機相械零役件的挖疲勞冬強度型計算一、土影響扒零件疾疲勞碎強度塘的主竊要因使素應(yīng)力缸集中零件藥尺寸表面洪狀態(tài)kσ--丙--應(yīng)力卵集中殿系數(shù)李；εσ--菜--尺寸睛系數(shù)捆；βσ--練--表面釘質(zhì)量與系數(shù)跨；βq--煉--表面輪強化莖系數(shù)條。綜合翻影響且系數(shù)腎:由于陷實際樹零件兩的幾滲何形旅狀、熔尺寸貴大小小、加穴工質(zhì)綱量及耍強化洪因素牧等與棵材料耳標(biāo)準(zhǔn)旱試件劉有區(qū)籌別，借使得致零件略的疲摩勞極耳限要齡小于悟材料巷標(biāo)準(zhǔn)孫試件蹈的疲謝勞極耍限。由于銅零件其形狀犁突然包變化旅而引葉起的準(zhǔn)局部償應(yīng)力絡(luò)增大雕現(xiàn)象欣。應(yīng)力灶集中集的存慘在會某降低鉗零件謠的疲全勞極屠限。其他敬條件廁相同食的情憐況下勾，零悉件的奴絕對報尺寸夾越大用，其饑疲勞仔強度彼越低阿。零件奮的表炊面狀毀態(tài)包跳括表既面粗串糙度候和表慶面處銳理。零件銷表面辱的強砍化處班理、趴提高壘零件覆表面墻的光曲滑程塞度，敵可以謎提高暮零件長的疲此勞強帝度。機械鑒零件妖的疲乘勞強木度計損算1二、蓋零件施的極濤限應(yīng)駕力線叫圖Ｋσ還可褲表示翼材料盟對稱準(zhǔn)循環(huán)壇疲勞迫極限σ-1與零閃件對櫻稱循攏環(huán)疲倒勞極貨限σ-1慘e的比貫值，沿即將材診料標(biāo)仁準(zhǔn)試竭件的失極限獎應(yīng)力白線圖帳中的除直線旱A(chǔ)D敬G易按比樣例向茄下移漆，成筋為右齊圖所離示的挖直線免A’D’G’，而錄極限頭應(yīng)力講曲線定的他CG之部妻分，鳥由于攪是按妻照靜帖應(yīng)力光的要再求來勾考慮塞的，隊故不歷須進(jìn)糕行修縱正。遲這樣淺就得講到了烤零件滑的極扒限應(yīng)閃力線章圖?！?等.2踩機掠械零晨件的琴疲勞席強度管計算直線斬A’燦Ｇ’鄙的方狐程：直線CＧ’的方增程：σ’ae--殿-零線件所騙受極勢限應(yīng)紫力幅懲；σ’me--局-零虎件所姿受極陶限平孟均應(yīng)列力；ψσe--愉-零窩件受豪彎曲系的材置料特言性。三、篇單向執(zhí)穩(wěn)定啄變應(yīng)耳力時辜的疲奴勞強蛋度計軟算§3抖.2五機火械零延件的亦疲勞專強度群計算機械寬零件越疲勞各強度其計算鄰的步皆驟：根據(jù)響零件蠟危險柔截面隨上的σma內(nèi)x及σmi弄n，確沙定平玩均應(yīng)景力σm與應(yīng)獻(xiàn)力幅σa；計算財安全冒系數(shù)多及疲搶勞強坐度條稼件為達(dá)：在極醫(yī)限應(yīng)男力線覽圖中裳標(biāo)出專相應(yīng)俱工作旅應(yīng)力踐點M或N（σm,σa）；M’或N’的位掉置與抱循環(huán)炎應(yīng)力呼的變洽化規(guī)攤律有寄關(guān)。應(yīng)力渴比為飯常數(shù)卻：r=C可能今發(fā)生趙的應(yīng)餐力變?；?guī)栽律：平均獎應(yīng)力津為常鹽數(shù)σm=C最小艇應(yīng)力星為常飼數(shù)σmi殼n=C找出蘆該點戲?qū)?yīng)勝的位攻于曲線AG俘C上的極限帝應(yīng)力尚點M’或N’(σ’m,σ’a)；§3某.2銅機揉械零誓件的旨疲勞失強度役計算應(yīng)力比為常數(shù)：過原也點直弟線的啞斜率燙：可求嫁得M1’點的蛋坐標(biāo)脂(σme’,σae’)作射眠線O裝M，藍(lán)與A’G’交于摧極限泛應(yīng)力敵點M1’。疲勞強度條件：N點的極限應(yīng)力點N1’位于直線CG’上強度計算公式為：OA’G’區(qū)域OCG’區(qū)域OM1’方程：A’G’的方程：§3凱.2企機脊械零溫件的科疲勞常強度覺計算此時增需要誼在予A’卷G’眾C上嚼確定火M’2，N’2，分別使其眾與M2，N2具有拳相同練的平耽均應(yīng)言力，麻即：σ’me=σm顯然床M’2在過郊M點礙的縱罷軸平站行線屠上，胞該線炊上任碰意一夾點所開代表址的應(yīng)輪力循敬環(huán)都旱具有外相同燃的平困均應(yīng)憤力。可求堅得M2’點的膠坐標(biāo)巖(σme’,σae’)平均應(yīng)力為常數(shù)：σm=CMM2’方程：A’G’的方程：N點的極限應(yīng)力點N2’位于直線CG’上強度計算公式為：HCG’區(qū)域疲勞強度條件：OHG’A’區(qū)域最小帶應(yīng)力應(yīng)為常卸數(shù)σmi跨n=C§3輝.2文機軌械零斃件的惱疲勞花強度騾計算因為咬：σmi槳n=σm-浮σa=C過M國點作45?索直線綿，該唐線上再任意幟一點尾的最嫩小應(yīng)編力均艇相同攏。屯M’3即為坑極限凝應(yīng)力慨點。在O悠A’J區(qū)甚域內(nèi)華，最小瘦應(yīng)力儉均為籠負(fù)值兄，在脈實際想機器聰中極增少出嫁現(xiàn)，趟故不脫予討辨論。過點座O、椅G’分別及作與誤橫坐伐標(biāo)成45睡?的直煌線，得到宋OA’J、的OJ咸G’I、畜IG’C三宣個區(qū)春域。MM3’方程湊：A’G’的方撿程：疲勞能強度棗條件斜：在O咱JG’I區(qū)豬域內(nèi)每，OJ性G’I區(qū)引域在I獸G’C區(qū)語域內(nèi)嫩：IG’C區(qū)零域然而表，在減工程核實際嚼中，出當(dāng)工漠作應(yīng)補力小屋于許餐用應(yīng)掌力時手所發(fā)港生的閑突然滅斷裂轉(zhuǎn)。因此行，用河傳統(tǒng)崖的強替度理敗論計哈算高滲強度牲材料左結(jié)構(gòu)漢的強靜度問妹題，字就存犁在一痛定的旺危險遇性。斷裂鍬力學(xué)——捕是研鏡究帶拐有裂鉆紋或嬌帶有您尖缺叨口的遼結(jié)構(gòu)俱或構(gòu)朱件的俯強度溪和變旁形規(guī)標(biāo)律的喜學(xué)科債。為了度量含裂紋結(jié)構(gòu)體的強度，在斷裂力學(xué)中運用了應(yīng)力強度因子KI（或KⅡ、KⅢ）和斷裂韌度KIC

(或KⅡC、KⅢC）這兩個新的度量指標(biāo)來判別結(jié)構(gòu)安全性，即：KI＜KIC時，裂紋不會失穩(wěn)擴展。KI≥KIC時，裂紋失穩(wěn)擴展?！?翁.3劇機鉤械零哪件的槳抗斷菠裂強胞度傳統(tǒng)礎(chǔ)的強考度理奏論:工作豪應(yīng)力充<許名用應(yīng)揀力低應(yīng)硬力脆感斷內(nèi)在原因：結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂紋和缺陷的存在。當(dāng)兩會零件瞇以點枝、線意相接墊處時旺，其俗接觸后的局死部會毫產(chǎn)生竹較大霉的應(yīng)膝力，重該局仰部應(yīng)廚力稱翠為接每觸應(yīng)兇力，覽這時莊零件償?shù)膹娬T度稱己為接獻(xiàn)觸強釣度?！?坊.4害機愚械零烘件的待接觸喉疲勞默強度常見午兩零炮件的悔接觸午，如夏齒輪做、凸梨輪、秋滾動聞軸承棟等。b式中ρ1和ρ2分別激為兩倍零件低初始何接觸貿(mào)線處格的曲顛率半次徑,介其姻中正號用于外接球觸，負(fù)號用于內(nèi)接殖觸?！?星.4努機漏械零垮件的請接觸翅疲勞掘強度對于線接觸的情況，其最大接觸應(yīng)力可用赫茲應(yīng)力公式計算：接觸疲勞強度的判定條件：接觸票失效唱形式狂——疲勞穿點蝕降低承載能力引起振動、噪聲使溫