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1、第三章 机械零件的强度 1载荷与应力的分类载荷与应力的分类 一、载荷的分类一、载荷的分类1）循环变载荷a) 稳定循环变载荷b) 不稳定循环变载荷 2）随机变载荷静载荷：不随时间变化的载荷。变载荷：随时间变化的载荷。载荷：1）名义载荷在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷 复习复习2）计算载荷 F 名义载荷K载荷系数2随机变应力静应力规律性不稳定变应力二、应力的分类二、应力的分类1、应力种类变应力：不稳定变应力稳定循环变应力32、稳定循环变应力的基本参数和种类 a) 基本参数 应力循环特性平均应力应力幅b) 稳定循环变应力种类： -125x107时,近似为无限寿命区 m材料常数 l钢 m=9拉
2、、弯应力、剪应力 m=6接触应力l青铜 m=9弯曲应力 m=8接触应力13二、等寿命疲劳曲线(极限应力线 图)工程应用中，常以直线来近似替代二次曲线 14如图 AB脆性材料所示，塑性材料类似，曲线上的点对应着不同应力循环特性下的材料疲劳极限A对称疲劳极限点 D脉动疲劳极限点 C 屈服极限点 B 强度极限点15l 上各点： 如果 不会疲劳破坏l 上各点： 如果 不会屈服破坏 折线以内为疲劳和塑性安全区，折线以外为疲劳和塑性失效 区，工作应力点离折线越远，安全程度愈高。材料的简化极限应 力线图，可根据材料 的三个试验数据 和 而作出16直线 方程为 直线 方程为 碳钢， 0.10.2合金钢， 0.
3、20.3材料常数 17影响机械零件疲劳强度的主要因素和零件极限应力线图1、应力集中的影响有效应力集中系数 零件受载时，在几何形状突变处（圆角、凹槽、孔等）要产 生应力集中，对应力集中的敏感程度与零件的材料有关，一般材 料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感。 为考虑零件几何形状的理论应力集中系数 应力集中源处名义应力 材料对应力集中的敏感系数 应力集中源处最大应力 3-2 3-2 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算182、零件尺寸的影响尺寸系数 由于零件尺寸愈大时，材料的晶粒较粗，出现缺陷的概率 大，而机械加工后表面冷作硬化层相对较薄，所以对零件疲劳 强度的不良影响愈显著。尺寸愈大，
4、 愈小。3、表面状态的影响 1）表面质量系数零件加工的表面质量（主要指表面粗糙度）对疲劳强度的影响钢的 越高，表面愈粗糙， 愈低 强化处理淬火、渗氮、渗碳、热处理、抛光、喷丸、 滚压等冷作工艺2）表面强化系数考虑对零件进行不同的强化处理，对零件疲劳强度的影响19综合影响系数表示了材料极限应力幅与零件极限应力幅的比值综合影响系数综合影响系数20零件的极限应力线图零件的极限应力线图由于 只对 有影响，而对 无影响，在材料的极限 应力线图 ADGC上几个特殊点的坐标计入 影响 零件脉动循环疲劳点 零件对称循环疲劳点AG许用疲劳极限曲线，GC屈服极限曲线 21直线AG方程 :零件的材料常数 标准试件的
5、材料常数直线CG方程：22一、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算一、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算1、 过原点与工作应力点M或N作连线交ADG于M1和N1点， 由于直线上任一点的应力循环特性均相同, M1和N1点即为所 求的极限应力点 23a)当工作应力点位于OAG内极限应力为疲劳极限，按疲劳强度计算零件的极限应力(疲劳极限)：强度条件为： b)工作应力点位于OGC内极限应力为屈服极限，按静强度计算242、需在极限应力图上找一个其平均应力与零件工作应力相同的 极限应力，如图，过工作应力点M（N）作与纵轴平行的轴线交 AGC于M2（N2 ）点，即为极限应力点 a) 当工作应力点位 于
6、OAGH区域零件的极限应力为疲劳 极限： 强度条件： 零件的极限应力幅： 按应力幅计算的强度条件 ： 25b）工作应力点位于GHC区域极限应力为屈服极限 强度条件为： 按静强度计算263、过工作应力点M（N）作与横坐标成45的直线，则这直线任一点的最小应力 均相同，直线与极限应力线图交点 即为所求极限应力点。 27a)工作应力点位于 OJGI区域内求AG与MM3的交点:强度条件:极限应力为疲劳极限，按疲劳强度计算28c）工作应力位于OAJ区域内b)工作应力点位于IGC区域极限应力为屈服极限 按静强度计算极限应力点为静强度条件：为负值，工程中罕见，故不作考虑。 按极限应力幅计算的强度条件：294
7、、等效对称循环变应力在上式中，分子为材料的对称循环弯曲疲劳极限，分母为；第一项是应力幅，第二项可以看成是把平均应力折算为一个等效的应力幅， 称为折算系数。就把一个不对称循环变应力等效为一个对称循环变应力。称为应力的等效转化。5、较短使用期限时零件的疲劳强度计算等效应力幅 30注意事项：1）若零件所受应力变化规律不能肯定，一般采用 =C的情 况计算 2）上述计算均为按无限寿命进行零件设计，若按有限寿命 要求设计零件时，即应力循环次数103(104)ac 或接近aC，不能使用。运用断裂力学对含裂纹结构进行强度分析和安全性评价步骤：1）确定初始裂纹尺寸a02）确定裂纹顶端的应力强度因子K 3）测定构
8、件材料的断裂韧度Kc 4）进行安全性判断 413-4 3-4 机械零件的接触强度机械零件的接触强度高副零件工作时，理论上是点接触或线接触实际上由于接 触部分的局部弹性变形而形成面接触由于接触面积很小，使 表层产生的局部应力却很大。该应力称为接触应力。在表面接 触应力作用下的零件强度称为接触强度 计算依据：弹性力学的赫兹公式 1，接触应力两圆柱体接触423、提高接触疲劳强度的措施1）控制最大接触应力 2）提高接触表面硬度，改善表面加工质量3）增大综合曲率半径 4）改外接触为内接触，点接触线接触5）采用高粘度润滑油 2、失效形式 静应力: 表面压碎 脆性材料,表面塑性变形塑性材料变应力：疲劳点蚀齿轮、滚动轴承的常见失效形式。43
