机械工程学院机械设计系.pptx

机 械 原理及设计（Ⅱ）第三章 机械零件的强度第三章 机械零件的强度§3-1 预备知识§3-2 疲劳曲线和极限应力线图§3-3 变应力下零件的疲劳强度计算§3-4 机械零件的接触强度为名义载荷§3-1　预备知识一．载荷分类外力F、转矩T、弯矩M、功率P等的统称。1．按其性质分：静载荷；动载荷2．按设计计算分：实际载荷：机器工作时实际承受的载荷 名义载荷：按力学公式算出来的载荷P，T等 计算载荷：Pca=k*P二．应力分类1．静应力特点：σmax=σmin=σmσa=0；r=1σt2．变应力a·稳定变应力b·不稳定变应力三．稳定变应力1．变应力的五个参数： σmax；σmin；σm；σa ； rσmax－－最大应力σmin－－最小应力σm －－平均应力σa －－ 应力幅 r－－循环特征2.关系：3．分类：1）对称循环变应力2）脉动循环变应力FA3）非对称循环变应力特点：-1r1且r≠0 中的任意值例：图示轴受载荷F作用 a. 轴不转　b. 轴转动试分析其应力情况（A点）提示静应力只能由静载荷产生，而变应力既可由变载荷产生，也可由静载荷产生。§3-2　疲劳曲线和极限应力线图强度准则是设计机械零件的最基本的准则，在前面已对强度准则进行了简介，静强度问题已经在材料力学中介绍了，本章重点介绍有关疲劳强度的知识。（本章是后面其它各章学习的共同基础，也是本书中的一个重点、难点） 绝大多数的机械零件是在变应力状态下工作的。本章研究以下几个方面的问题：在给定的r条件下，找出循环次数N与应力σrN之间的关系。如何根据已知的条件，求出在不同的r时的疲劳极限σrN。一．疲劳曲线标准试件（材料）在某一r时的σ－N 曲线1．疲劳类别AB:N103　静强度破坏区：按静强度理论设计BC:103 ≤N≤104　低周疲劳区：按静强度或按低周疲劳强度设计CD及以后:N 104 高周疲劳区：按疲劳强度理论设计 1· CD段： 有限寿命疲劳区 ND ＞N＞ 104 2· CD段以后：无限寿命疲劳区　N≥ ND σmaxCσrNDσrσr∞1/4NCNND（N0）N说明σrN----- N 次循环应力作用下不发生疲劳破坏的最大 应力。 即疲劳极限：r=-1记为σ-1N 　； r=0 记为 σ0Nσr∞ ----无限寿命疲劳极限：当 N＞ND=106~25?107时σr-----N0时的疲劳极限：σr即σrN0 N0------循环基数(当ND不大时,N0=ND,当ND很大时,（N0＜ND) 设定N0的原因是有时ND非常大,做实验时工作量太大CD: 段s=mN常数rN2．疲劳曲线方程和寿命系数(对数坐标)（式中各参数的解释见下页）说明至此，我们已解决了第一个问题，我们可以根据材料的疲劳曲线图求出在给定的循环特性r下的不同的循环次数N时所对应的疲劳极限应力σrN。试验表明，同样的材料在不同的循环特性r下的疲劳曲线的位置不相同，即使有相同的循环次数N，其对应的疲劳极限应力值σrN也不相同，如用疲劳曲线图来求不同的循环特性r下的疲劳极限应力σrN将非常不实际，也不可行。因此，我们将引入第二个线图来解决这个问题-----极限应力曲线（等寿命疲劳曲线 ----“N” 相同）σmaxCr=0·4r=0σrNDr=-1σrσr∞1/4NCNND（N0）NσaA’（0， σ-1）D’（σ0/2， σ0/2）σ0/245oσ0/20σmC’（ σB ，0）ss(, )三点坐标mas对称循环变应力A’(0,)-1s)C’(,静应力0BssD’(2,2)脉动循环变应力00二．材料的极限应力曲线1．试件的极限应力线图：在相同N（N0），不同r下时的曲线2．材料的极限应力线图的简化 ADGC线已知σ-1、σ0、σs (循环次数N=N0时)作图如下：1·找A’、D’、C（σs，0）三点。 2·连接A’D’并延长。 3·过C作与横轴成135°的直线与 A’D’连线或其延长线交于G’点。具体简化过程如下页所示σaA’（0， σ-1） D’（σ0/2， σ0/2）?G’σ0/245°45°C’（ σB ，0）σmσ0/20C（ σS ，0）s-ss-s22g===y--1010tgsss200y--试件的材料特性s s+s=sA’G’线 疲劳失效mamaxs+s=s=sG’C线屈服失效mamaxs说明提示G也可在AD之间。问题：1·为什么CG’为1350线？ 2·ψσ的几何意义如何？　★★ 3·当（104＜N＜N0）时如何作图？（在零件的极限应力线图中将讨论这个问题）三．影响零件疲劳强度的主要因素：三个方面kσ＞１1．应力集中的影响：εσ＜１（尺寸越大， εσ越小）2．尺寸大小的影响：3 · 表面状态的影响：　加工质量 βσ＜１（加工质量越高，