機(jī)械設(shè)計(jì)第三章

機(jī)械設(shè)計(jì)第三章課件第1頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月一、表征疲勞特性的參數(shù)sm─平均應(yīng)力；sa─應(yīng)力幅值smax─最大應(yīng)力；smin─最小應(yīng)力r─應(yīng)力比（循環(huán)特性）N——應(yīng)力循環(huán)次數(shù)§3-1材料的疲勞特性第2頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1材料的疲勞特性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-1＜r＜1(r≠0)非對稱循環(huán)應(yīng)力第3頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1材料的疲勞特性二、

s－N疲勞曲線(r一定)s－N疲勞曲線AB段：靜應(yīng)力強(qiáng)度，N≤103BC段：低周疲勞（應(yīng)變疲勞），

103

≤

N≤104，N，σmaxCD段:有限壽命疲勞，N>104D點(diǎn)以后：無限壽命疲勞，r—應(yīng)力比N—應(yīng)力循環(huán)次數(shù)m—材料常數(shù)高周疲勞低周疲勞第4頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1材料的疲勞特性G'A'OC三、等壽命疲勞曲線（極限應(yīng)力線圖）D'A'

（0，σ-1）r＝-1，σm＝0，σa＝σmax＝σ-1C'（σS，0

）r＝1，σa＝0,σm＝σsD'（，）r＝0，σa＝σm＝=45?第5頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月CＧ'上任一點(diǎn)代表

的變應(yīng)力狀況G'A'OCD'45?§3-1材料的疲勞特性A'D'上任一點(diǎn)代表一定循環(huán)特性時(shí)的疲勞極限ψσ——為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)第6頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算1§3-2機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算一、零件的極限應(yīng)力線圖零件的疲勞極限<材料試件的疲勞極限Ｋσ——彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)不對稱循環(huán)時(shí)：對稱循環(huán)時(shí)：σ-1——材料對稱循環(huán)彎曲疲勞極限σ-1e——零件對稱循環(huán)彎曲疲勞極限σa——試件的極限應(yīng)力幅σae——零件的極限應(yīng)力幅第7頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算AＧ直線方程：直線CG′按靜應(yīng)力考慮不需修正或A′D′Ｇ′ADG橫坐標(biāo)不變，縱坐標(biāo)按比例改變試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力的材料常數(shù)第8頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月——零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的極限應(yīng)力幅——零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的極限平均應(yīng)力——零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)CＧ直線方程：§3-2機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算各系數(shù)查取見附表第9頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算2§3-2機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算二、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算步驟：求得危險(xiǎn)截面的

max及

min據(jù)此計(jì)算出

m及

a標(biāo)出M(

m,

a)（或N）根據(jù)應(yīng)力變化規(guī)律找到對應(yīng)的極限應(yīng)力值強(qiáng)度計(jì)算式：由強(qiáng)度計(jì)算式求出sca第10頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算1.r＝C的情況方法：連接OM（或ON），與AGC相交，得到極限應(yīng)力點(diǎn)M’1（N’1）當(dāng)M位于AOG區(qū)域時(shí):零件疲勞強(qiáng)度條件為：零件疲勞強(qiáng)度條件為:當(dāng)N位于GOC區(qū)域時(shí)：由式（3-16）第11頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算2.σm＝C的情況方法：過點(diǎn)M（或N）作縱軸平行線M2M2′（或N2N2′），與AGC相交得到極限應(yīng)力點(diǎn)M2′（或N2′）當(dāng)M位于AOHG區(qū)域內(nèi)時(shí)，零件強(qiáng)度條件：當(dāng)N位于CGH區(qū)域內(nèi)時(shí)，零件強(qiáng)度條件：由式（3-19）第12頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算3.

min＝C的情況方法：過M（或N）作與橫軸夾角為45°的直線M2M2′（或N2′），與AGC相交得到極限應(yīng)力點(diǎn)M2′（或N2′）計(jì)算安全系數(shù)及疲勞強(qiáng)度條件為：a.

AOJ區(qū)域內(nèi)：

min為負(fù)值；c.

OJGI區(qū)域內(nèi)：疲勞極限b.GIC區(qū)域內(nèi)：按靜強(qiáng)度計(jì)算；第13頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算注意：當(dāng)難于確定應(yīng)力可能變化的規(guī)律，常采用r＝C時(shí)的公式4.等效對稱循環(huán)變應(yīng)力原來作用的不對稱循環(huán)變應(yīng)力等效的對稱循環(huán)變應(yīng)力彎曲平均應(yīng)力轉(zhuǎn)化系數(shù)把平均應(yīng)力折算為等效的應(yīng)力幅式（3—17）☆轉(zhuǎn)化過程參看《學(xué)習(xí)指南P18》第14頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算5.較短使用期限時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算零件應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：第16頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算5§3-2機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算三、提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施采用具有高疲勞強(qiáng)度的材料，并配以提高材料疲勞強(qiáng)度的熱處理方法。提高零件的表面質(zhì)量

盡可能降低零件上的應(yīng)力集中的影響；

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。

第17頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度§3-3機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度

低應(yīng)力脆斷：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(shí)所發(fā)生的突然斷裂。斷裂力學(xué)——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。內(nèi)在原因：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。

第18頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度§3-4機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度

接觸應(yīng)力：當(dāng)兩零件以點(diǎn)、線相接處時(shí)，其接觸的局部會引起較大的應(yīng)力。

接觸應(yīng)力是不同于以往所學(xué)過的擠壓應(yīng)力的。擠壓應(yīng)力是面接觸引起的應(yīng)力。接觸應(yīng)力的特點(diǎn)：僅在局部很小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生很大的應(yīng)力。第19頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度

式中ρ1和ρ2分別為兩零件初始接觸線處的曲率半徑,其中正號用于外接觸，負(fù)號用于內(nèi)接觸。

線接觸的接觸應(yīng)力計(jì)算公式：注意：接觸變應(yīng)力是一個(gè)脈動循環(huán)變應(yīng)力第20頁，課