第章机械零部件设计中的强度与耐磨性.pptx

第2章机械零部件设计中的强度

问题与耐磨性2.1概述2.2机械设计中的强度问题2.3机械零件的疲劳强度2.4机械零件的表面接触强度2.5机械设计中的摩擦、磨损和润滑问题

教学目标和教学重点1、掌握载荷和应力的分类；2、熟悉机械零件强度的基本概念；3、掌握材料的疲劳特性；4、了解机械零件的强度计算和提高零件疲劳强度的措施。教学目标:教学重点:1、稳定循环应力类型及参量；2、材料的疲劳曲线及极限应力曲线。

2.2机械设计中的强度问题一.载荷与应力强度→工作应力≤许用应力载荷（应力）材料静载荷：不随时间变化或变化缓慢的载荷.变载荷：随时间作周期性或非周期性变化的载荷.注意:在设计计算中，载荷又可分为名义载荷和计算载荷，计算载荷等于载荷系数乘以名义载荷。1.零件设计中的载荷及其分类

2．应力的分类静应力：不随时间变化或变化缓慢的应力。变应力:随时间变化的应力。描述稳定循环变应力有5个参量，应力幅σa、平均应力σm、最小应力σmin、最大应力σmax和循环特性系数r。但其中只有两个参数是独立的。注意:应力循环次数N。

非对称循环变应力2．应力的分类

对称循环变应力2．应力的分类

脉动循环变应力2．应力的分类

静应力2．应力的分类

2.3机械零件的疲劳强度变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。疲劳断裂过程：疲劳断裂截面初始裂纹光滑疲劳区粗糙的脆性

断裂区

变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。▲疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低;▲疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂;▲疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。不管脆性材料或塑性材料，▲零件表层产生微小裂纹；疲劳断裂过程：▲随着循环次数增加，微裂纹逐渐扩展；▲当剩余材料不足以承受载荷时，突然脆性断裂。疲劳断裂是与应力循环次数(即使用寿命)有关的断裂。疲劳断裂具有以下特征：▲断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。光滑疲劳区粗糙的脆性

断裂区

2.3机械零件的疲劳强度一.材料的疲劳特性两个概念：1）疲劳寿命N：材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。????不同或N不同时，疲劳极限则不同。在疲劳强度计算中，取＝。2）材料的疲劳极限：在应力比为的循环应力作用下，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时所能承受的最大应力。（变应力的大小可按其最大应力进行比较）

2.3机械零件的疲劳强度1、s－N疲劳曲线s－N疲劳曲线σmaxN用参数σmax表征材料的疲劳极限，通过实验，可得出如图所示的疲劳曲线。称为：s－N疲劳曲线2.3机械零件的疲劳强度1、s－N疲劳曲线一.材料的疲劳特性

1、s－N疲劳曲线σmaxN104CB103σBAN=1/4在原点处，对应的应力循环次数为N=1/4。在AB段，应力循环次数103，σmax变化很小，可以近似看作为静应力强度。因N较小，特称为：低周疲劳。在原点处，对应的应力循环次数为N=1/4。BC段，N=103～104，随着N↑→σmax↓,疲劳现象明显。因N较小，特称为：低周疲劳。一.材料的疲劳特性

σrCD段，随着N↑→σmax↓，代表有限寿命区，机械零件的疲劳大多发生在CD段。σmaxN104CB103σBAN=1/4DN0≈107D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区。?N﹥104，高周疲劳

σrNNN0σr

2.3机械零件的疲劳强度2、疲劳极限应力图（等寿命疲劳曲线）一.材料的疲劳特性

注：1）疲劳曲线的用途：在于根据确定某个循环次数N下的条件疲劳极限。2）极限应力图的用途：在于根据确定非对称循环应力下的疲劳极限以计算安全系数。3）对于切应力，只需将各式中的换成即可。

2.3机械零件的疲劳强度二.机械零件的疲劳强度计算1.影响零件疲劳强度的主要因素影响零件疲劳强度的主要因素有以下三个：1）应力集中的影响机械零件上的应力集中会加快疲劳裂纹的形成和扩展。从而导致零件的疲劳强度下降。用应力集中系数计入应力集中的影响。有效应力集中系数：、。理论应力集中系数：、。注：当同一