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1、第三章 机械零件的强度3-1 材料的疲劳强度 3-2 机械零件的疲劳强度 3-3 机械零件的抗断裂强度 3-4 机械零件的接触强度 3-5 机械零件可靠性设计简介1t静应力：不随时间变化或变化缓慢变应力：随时间变化tt2稳定循环变应力3-1 材料的疲劳强度2非稳定循环变应力随机变应力3 max最大应应力 min 最小应应力 m 平均应应力 a 应应力幅 r 应应力比（循环环特性）稳定循环变应力的参数有5个，其中只有 2 个参数是独立的 。t41、非对对称循环变应环变应 力（- 1 2）尺寸及截面形状尺寸及截面形状的影响：1综合影响系数K273-2 机械零件的疲劳强度综合影响系数K的计算28零件
2、的极限应应力线线 图图零件D D G A G OA a0/2-1-1e 0e/20/2S材料C4545m29零件的极限应力线图 已知：-1，0，s ，K （循环环次数N=N0时时）作图图如下：1）标标出A （0，-1e ） ，D （ 0/2, 0e/2 ），C（s, 0） 三点；2）连连接AD并延长长；3） 过过C作与横轴轴成135的直线线与ADAD延延长线长线长线长线 交于G 点。30零件的极限应应力线线 图图零件D D G A G OA a0/2-1-1e 0e/20/2S材料C4545me31零件的极限应应力线线 图图零件D D G A GOA a0/2-1-1e 0e/20/2S材料C
3、4545me321）应应力比r=C-1eamOA MMmaGC S单单向稳稳定变应变应 力时时零件的疲劳劳强 度33-1eamOA NNmaGC S34CCsasmstsasmsminsmaxsmaxsmin2）平均应应力m=C35mH -1eamOAMMaG C S36mH -1eamOANNaG C S37CCsasmtmin3）最小应应力min=C38mI J -1eamOA MMminaG C S4539mI J -1eamOA NNminaG C S4540min0-1eamSA MMmmina45G OCI J 41已知：某零件材料的机械性能为为 -1=600 MPa ， 0=10
4、00 MPa， S=800 MPa 。（1）试试画出材料的简简化极限应应力图图；（2）如果疲劳劳强度综综合影响系数 K =2.0，绘绘制此零件的 简简化极限应应力图图；（3）若零件所受的最大应应力 max=500 MPa，应应力循环环特 性系数r=0.20 ，求平均应应力和应应力幅并在图图中标标出工作点 ；（4）在上述情况下零件的计计算安全系数为为多少？42O800600500500S-1(0/2, 0/2)maCA D43已知：某零件材料的机械性能为为 -1=600 MPa ， 0=1000 MPa， S=800 MPa 。（1）试试画出材料的简简化极限应应力图图；（2）如果疲劳劳强度综综合
5、影响系数 K =2.0，绘绘制此零件的 简简化极限应应力图图；（3）若零件所受的最大应应力 max=500 MPa，应应力循环环特 性系数r=0.20 ，求平均应应力和应应力幅并在图图中标标出工作点 ；（4）在上述情况下零件的计计算安全系数为为多少？44O800600500500S-1(0/2, 0/2)ma-1e(0/2, 0e/2)300A DA D 250C45已知：某零件材料的机械性能为为 -1=600 MPa ， 0=1000 MPa， S=800 MPa 。（1）试试画出材料的简简化极限应应力图图；（2）如果疲劳劳强度综综合影响系数 K =2.0，绘绘制此零件的 简简化极限应应力图
6、图；（3）若零件所受的最大应应力 max=500 MPa，应应力循环环特 性系数r=0.20 ，求平均应应力和应应力幅并在图图中标标出工作点 ；（4）在上述情况下零件的计计算安全系数为为多少？46解：（3 ）47O800600500500S-1(0/2, 0/2)ma-1e(0/2, 0e/2)300M200300DAA 250DC48已知：某零件材料的机械性能为为 -1=600 MPa ， 0=1000 MPa， S=800 MPa 。（1）试试画出材料的简简化极限应应力图图；（2）如果疲劳劳强度综综合影响系数 K =2.0，绘绘制此零件的 简简化极限应应力图图；（3）若零件所受的最大应应力
7、 max=500 MPa，应应力循环环特 性系数r=0.20 ，求平均应应力和应应力幅并在图图中标标出工作点 ；（4）在上述情况下零件的计计算安全系数为为多少？491）r=0.2O800600500500S-1(0/2, 0/2)ma-1e(0/2, 0e/2)300390260 200300MM DAA DC50解：（3 ）1）应应力比r=0.251O800600500500S-1(0/2, 0/2)ma-1e(0/2, 0e/2)300390280200300MM DAA DC2）m=300 MPa52解：（3 ）2）平均应应力m=300 MPa533）min=100 MPaO800600
8、500500S-1(0/2, 0/2)ma-1e(0/2, 0e/2)300360260200300MM DAA DC543）最小应应力min=100 MPa55双向稳定变应力时的疲劳强度计算零件同时时作用同相位的法向对对称循环稳环稳 定变应变应 力a和切向对对称循环稳环稳 定变应变应 力aODCDC56ODCDC57当零件承受不对称循环的双向稳定变应力时58已知：转轴单转轴单 向转动转动 ，轴轴的危险险截面直径为为d=40mm， 轴轴同时时承受转转矩T=800 Nm（转转矩脉动动循环环）和弯矩 M=300 Nm（弯矩对对称循环环），轴轴的材料 -1=355 MPa，-1=200 MPa，K
9、=2.2， K =1.8， =0.2， =0.1。求：在弯矩和转转矩同时时作用下的计计算安全系数Sca。59转轴弯曲应力对称循环 ：双向转动转轴扭切应力为对称循环：单向转动转轴扭切应力为脉动循环：60解 ：弯曲应力扭切应力6162单向不稳定变应力下零件的疲劳强度Miner法则则63正好发生破坏未发生损坏Miner法则则64强度条件65已知：材料-1=350 MPa，N0= 107，m=6。500105n/MPa400600/MPa55010010410410410466损伤率 ：500105n/MPa67总损伤率 ：400600/MPa55010010410410410468在400MPa下还
10、还能循环环多少次才损损坏 ？400600/MPa55010410469已知：材料-1=350 MPa，N0= 107，m=6。已知：某轴轴的轴轴肩尺寸为为D=54mm，d=45mm，r=3mm， 表面抛光，未作强化处处理，轴轴的材料性能S=260 MPa， B=560 MPa ，-1=170 MPa， 0=283 MPa。计算该轴肩的综合影响系数。707172457374已知：某轴轴的轴轴肩尺寸为为D=70mm，d=65mm，r=2mm ，表面抛光，未作强化处处理，轴轴的材料性能B=640 MPa ，-1=275 MPa， -1=155 MPa， =0.1， =0.05，调调 质处质处 理，磨
11、削加工，不经过经过 强化处处理。作用在轴轴上的 M=1.336 105 N mm ，T=9.6 106 N mm。计计算轴轴肩 处处的综综合影响系数K 和轴轴的计计算安全系数。75解 ：弯曲应力扭切应力综综合影响系数76773-3 机械零件的抗断裂强度u断裂力学：低应力脆断问题 高强度钢材和大型焊接件 带有裂纹或尖缺口的结构u断裂力学理论： 应应力强度因子KI：表征裂纹纹尖端应应力场场的强度。 平面应变应变 断裂韧韧度KIC：表征材料阻止裂纹纹失稳扩稳扩 展的能力。 裂纹纹构件安全强度准则则：裂纹纹不会失稳扩稳扩 展：KI KIC裂纹纹失稳扩稳扩 展：KI KIC783-4 机械零件的接触强度
12、7921H HbFn 弹性模量E大，材料硬，则接触应力H大； 宽宽度B大,曲率 大，则则接触面积积大，使接触应应力H下降 。u最大接触应力（赫兹应力 ）803-5 机械零件可靠性设计简介u机械零件可靠性设计（概论设计）核心思想： 将设计变量作为随机变量； 以应力-强度干涉模型为基础； 以可靠度为目标u机械零件可靠性设计（概论设计）分类： 可靠性评估或分析问题 可靠性设计问题81解 ：3.2 已知材料的 S=260 MPa ， -1=170 MPa， =0.2。试试 绘绘制此材料的极限应应力线图线图 。CG D ma0/20/2-1OSA 823-3 一圆轴圆轴 的轴轴肩尺寸为为D=72 mm，
13、d=62 mm，r=3mm。 材料为为40CrNi，其强度极限B=900 MPa ，屈服极限S=750 MPa。试试计计算轴轴肩的弯曲有效应应力集中系数k 。83解：1）由附表3-2 （见见教材P40页页），采用线线性插值值法， 查查取轴轴肩圆圆角处处的理论应论应 力集中系数=1.98。84附表3-2 轴轴肩圆圆角处处的理论应论应 力集中系数（P40 ）851.201.161.100.042.092.052.000.051.980.101.621.611.59D/dr/d862）由附图图3-1 （见见教材P41页页），采用线线性插值值法，查查取材料的 敏性系数q=0.88。附图图3-1 钢钢材
14、的敏性系数（P41 ）873）计计算轴轴肩的弯曲有效应应力集中系数k3-4 圆轴轴圆轴轴 肩处处的尺寸为为D=54 mm，d=45 mm，r=3mm。 材料的力学系能S=260 MPa，-1=170 MPa， =0.2， B=420 MPa 。试绘试绘 制此零件的简简化等寿命疲劳劳曲线线。88解：1）由附表3-2 （见见教材P40页页），采用线线性插值值法， 查查取轴轴肩圆圆角处处的理论应论应 力集中系数=1.86。89附表3-2 轴轴肩圆圆角处处的理论应论应 力集中系数（P40 ）901.200.042.090.071.860.101.62D/dr/d912）由附图图3-1 （见见教材P41
15、页页），采用线线性插值值法，查查取材料的 敏性系数q=0.77。附图图3-1 钢钢材的敏性系数（P41 ）923）计计算轴轴肩的弯曲有效应应力集中系数k45934）由附图图3-2 （见见教材P42页页），查查取轴轴肩的绝对绝对 尺寸及截面形状系数 =0.74。945）由附图图3-4 （见见教材P44页页），查查取表面质质量系数=0.96。表面磨削 未作强化处处理956）计计算影响零件疲劳劳极限的综综合影响系数K =2.28。96由得7）97A Cm/MPaOD G26074.56a/MPa141.6762.13零件的简简化等寿命疲劳劳曲线线3.5 已知危险险截面上的平均应应力 m=20 MPa ，应应力幅 a=30 MPa。试试分别别按1）r=C，2） m=C计计算该该截面的计计算 安全系数Sca。9899解： 1）r=C 零件极限应应力点M 位于直线线AD上A C
