第三章机械零件的强度详解.ppt

3.3 机械零件的抗断裂强度 3.2 机械零件的疲劳强度计算 第3章 机械零件的强度 3.4 机械零件的接触疲劳强度 3.1 材料的疲劳特性 K —— 载荷系数，K≥1 3.1 材料的疲劳特性 §3.1.1 载荷与应力 ：载荷的大小或方向随时间不断变化。如汽车齿轮箱中的齿轮、轴、轴承等所受的载荷均为变载荷。 ：考虑载荷的时间不均匀性、分布的不均匀性以及其它 影 响因素对名义载荷进行修正得到的载荷。 一、载荷 二、名义载荷与计算载荷 静载荷 ：载荷的大小和方向不随时间变化或变化极缓慢。 如零件所受到的重力、锅炉稳定工作时所受到的压力等。 变载荷 名义载荷Fn ：根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷。 计算载荷Fca 三、应力 静应力 变应力 ：指不随时间变化或变化缓慢的应力。 ：指随时间变化的应力。 注意： 静应力只能由静载荷产生。 静载荷和变载荷均可能产生变应力。 绝大多数机械零件都是处于变应力状态下工作的。 3.1 材料的疲劳特性 四、 变应力的描述 应力比 (循环特性)： r = -1　对称循环应力 r=0　脉动循环应力 r=1　静应力 平均应力： 应力幅值： -1，对称循环变应力 = 0，脉动循环变应力 1，静应力 描述规律性的变应力有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。 3.1 材料的疲劳特性 　 §3.1.2 材料的疲劳特性 一、 s－N 疲劳曲线 s－N疲劳曲线 应力循环特性 r 一定的条件下，记录出在不同最大应力σmax下引起试件疲劳破坏所经历的应力循环次数N，即可得到σ-N疲劳曲线 。 静应力强度（AB段）：N≤103， σmax几乎不随N变化，可近似看作是静应力强度。 低周疲劳（BC段）：N↑→ σmax↓。C点对应的循环次数约为104。 有限寿命疲劳阶段（CD段）：实践证明大多数机械零件的疲劳发生在CD段，可用下式描述： 无限寿命阶段（D点以后的水平线）： D点代表材料的无限寿命疲劳极限，用符号σr∞表示，只要σmaxσr∞ ，无论N为多大,材料都不会破坏。可用下式描述： σrN—有限寿命疲劳极限； C—试验常数；m —材料常数。 3.1 材料的疲劳特性 s－N疲劳曲线 由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常 规定一个循环次数N0(称为循环基数) σr、N0及m的值由材料试验确定。 材料的寿命系数 循环基数N0—————ND 对应的疲劳极限σr ——σr∞ 3.1 材料的疲劳特性 二、等寿命疲劳曲线（极限应力曲线） 不同的应力比r时，疲劳极限σr在σa- σm坐标系中的表达。 在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。 3.1 材料的疲劳特性 　 已知A点坐标：（0，σ-1） D点坐标： （σ0/2，σ0/2） AＧ直线的方程： ψσ ——材料受循环弯曲应力时的材料常数。 碳钢： ψσ≈0.1~0.2； 合金钢： ψσ≈0.2~0.3。 已知C点坐标：（σS ， 0） CG直线的斜率： k=tan135°=-1 CＧ直线的方程： AＧ直线上任意点代表了一定循环特性时的疲劳极限。 CＧ直线上任意点的最大应力均达到了屈服极限应力。 3.1 材料的疲劳特性 正好落在A’G’C折线上时，表示应力刚好达到疲劳破坏的极限值。 当应力点落在OAGC以外时，一定会发生疲劳破坏。 当循环应力参数（ σm，σa ）落在OAGC以内时，表示不会发生疲劳破坏。 疲劳破坏的判据： 3.1 材料的疲劳特性 3.2 机械零件的疲劳强度计算 一、影响零件疲劳强度的主要因素 应力集中 零件尺寸 表面状态 kσ ----应力集中系数； εσ ----尺寸系数； βσ ----表面质量系数； βq ----表面强化系数。 综合影响系数: 由于实际零件的几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因素等与材料标准试件有区别，使得零件的疲劳极限要小于材料标准试件的疲劳极限。 由于零件形状突然变化而引起的局部应力增大现象。 应力集中的存在会降低零件的疲劳极限。 其他条件相同的情况下，零件的绝对尺寸越大，其疲劳强度越低。 零件的表面状态包括表面粗糙度和表面处理。 零件表面的强化处理、提高零件表面的光滑程度，可以提高零件的疲劳强度。 二、零件的极限应力线图 Ｋσ还可表示材料对称循环疲劳极限σ-1与零件对称循环疲劳极限σ-1e的比值，即 将材料标准试件的极限应力线图中的直线ADG 按比例向下移，成为右图所示的直线A’D’G’，而极限应力曲线的 CG 部分，由于是按照静应力的要求来考虑的，故不须进行修正。这样就得到了零件的极限应力线图。 直线A’Ｇ’的方程： 直线CＧ’的方程： σ’ae ---零件所受极限应力幅； σ’me --