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1、音乐欣赏,机械零件的强度,机械零件载荷和应力的分类,零件在静应力下工作时的强度,机械零件的疲劳强度,机械零件的抗断裂强度,机械零件的接触强度,总目录,上一页,分目录,机械零件载荷和应力的分类,机械零件载荷分类,静载荷 不随时间而变化或变化很缓慢的载荷，常称名义载荷。,变载荷 随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷。,计算载荷=载荷系数名义载荷,Fca=KF,上一页,分目录,机械零件应力分类,机械零件载荷和应力的分类,静应力 不随时间变化的应力。,变应力 随时间变化的应力。分稳定变应力（循环变应力）和非稳定变应力，,平均应力,应力幅,循环特性：,对称循环,脉动循环,静应力,如图。,分目录,上一页
2、,机械零件载荷和应力的分类,静应力,非对称循环变应力,脉动循环变应力,对称循环变应力,图3-1 应力的类型,a),b),c),d),分目录,上一页,零件在静应力下工作时的强度,在静应力作用下零件的破坏形式为断裂或塑性变形,强度条件,、, 危险截面处的最大应力。 s 、 s安全系数。, 、 零件材料的许用应力。,lim、 lim 极限正应力和极限切应力，对于塑性材料，按不发生 塑性变形的条件进行强度计算时， lim s ，lims；按允许 少量塑性变形的条件进行强度计算时，lim B ，limB。 对于脆性材料， limB ，limB。,零件在静应力下工作时的强度,分目录,上一页,复合静应力作用
3、下的塑性材料零件，用第三和第四强度 理论计算复合应力。,其强度条件为,复合安全强系数为,危险截面处的实际安全系数, s 许用复合安全系数。,分目录,上一页,机械零件的疲劳强度,在变应力下工作的零件，疲劳断裂是主要的失效形式之一。,在有限寿命区,任意循环次数下的疲劳极限,KN寿命系数，,m材料常数，由实验定。,图3-2 材料的疲劳曲线,当循环特性未知时，按对称循环处理！ r= -1,当NN0时，rN= -1,r,机械零件的疲劳强度,分目录,上一页,图3-3 材料的极限应力曲线,直线AG的方程：,零件材料的疲劳极限：,材料的最大工作应力：,若Max Max, 材料发生的应力在OAGC 区域内，不会
4、发生疲劳破坏，否则会发生。 在OAGC 折线上，表示处于极限状态。,直线GC的方程：,为试件受循环弯曲应力时的材料常数， 其值由试验确定 。对碳钢， ； 对合金钢 。,也可计算：,-1对称循环疲劳极限 0脉动循环疲劳极限,机械零件的疲劳强度计算,分目录,上一页,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。,综合影响系数,零件的对称循环疲劳极限为,图3-3 材料的极限应力曲线,分目录,上一页,机械零件的疲劳强度计算,或,直线CG的方程为,+,直线AG的方程为,式中：,零件受循环弯曲应力时的极限应力幅；,零件受循环弯曲应力时的极限平均应力；,零件受循环弯曲应力时的材料常数。,图3-
5、4 零件的极限应力图,分目录,上一页,机械零件的疲劳强度计算,=,弯曲疲劳极限的综合影响系数。,式中：,零件的有效应力集中系数(脚标 表示在正应力条件下，下同)；,零件的尺寸系数；,零件的表面质量系数；,零件的强化系数。,以上各系数的值见有关资料或本章附录。,分目录,上一页,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,的情况,对应于M点零件的极限应力（疲劳极限）,图3-5 r=c时的极限应力,计算安全系数及强度条件为,分目录,上一页,机械零件的疲劳强度计算,对应于 点的极限应力点 位于直线CG上。此时的极限应力即为屈服极 限，工作应力为 点时，可能发生的是屈服失效，故
6、只需进行静强度计算。 在工作应力为单向应力时，强度计算式为,的情况,=,=,计算安全系数及强度条件为,分目录,上一页,机械零件的疲劳强度计算,的情况,+,机械零件的疲劳强度计算,分目录,上一页,（二）单向不稳定变应力时的疲劳强度计算,当损伤率达到100 时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有,图3-8 规律性不稳定变应力示意图,图3-9 不稳定变应力在 坐标上,注意：当-1时，计算时不予考虑。,机械零件的疲劳强度计算,分目录,上一页,（三）双向稳定变应力时的疲劳强度计算,及,图3-10 双向应力时的极限应力图,机械零件的疲劳强度计算,分目录,上一页,（四）提高机械零件疲劳强度的措施,1.
7、尽可能降低零件上的应力集中的影响，是提高零件疲劳强度 的首要措施。,2. 选用疲劳强度高的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处 理方法及强化工艺。,3. 提高零件的表面质量。,4. 尽可能的减小或消除零件表面可发生的初始裂纹的尺寸，对 于延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。,3、通过断裂力学试验，测定构件材料的断裂韧度k1c。目前已 由一些工程手册中列出了用结构材料的平面应变断裂韧度；,分目录,上一页,机械零件的抗断裂强度,在工程实际中，有一些结构，当工作应力小于许用应力时， 在实际应用中有时会发生突然的断裂，这种现象称低应力脆断。,4、对构件进行安全性判断。,在运用断裂力学对
8、含裂纹结构进行强度分析和安全性评价时， 通常应做以下几方面的工作：,1、 分析确定裂纹的形状、大小及分布，已确定初使裂纹的 尺寸a0， 通常应对结构进行精确的无损探伤来确定a0,通常应对 构件进行精确的无损探伤来确定a0；,2、对构件的工作载荷进行充分的分析，运用断裂力学的知识， 确定裂纹顶端的应力强度因子k1;,分目录,上一页,机械零件的接触强度计算,E1、E2零件1和零件2材料的弹性模量；,Fn作用在接触面上的总压力；,b初始接触线长度。,赫兹公式,例 题,例1.1 在图示极限应力图上，工作点D和E为斜齿轮轴上的两种应力工作点。试在图中标出对应的极限应力点，并说明分别会出现什么形式的破坏？
9、 要点分析： （1）斜齿轮轴上即承受弯矩，又承受扭矩，为转轴，所以轴上各点应力循环特性r=常数，DE两点对应的极限应力点分别是OD,OE与极限应力线的交点D、E。 （2）r=常数时，OAG区域内工作应力点的失效形式为疲劳失效，OGC区域内工作应力点的失效形式为屈服失效，其极限应力均为s。 解： 如图示D点对应的极限应力点为D， E点对应的极限应力点为E。 D点会出现疲劳失效，E点会出现 屈服失效（塑性变形）。,分目录,上一页,例 题,例1.3 45钢经调质后的性能为-1=307MPa, m=9, No=5106, 以此材料作试件进行实验, 先以对称循环变应力-1=500MPa作用104次，再以
10、2=400N/mm2作用于试件，求还能循环多少次才会使试件破坏。 要点分析：这是属于不稳定变应力作用下的疲劳强度计算问题，应根据疲劳损伤累积假说（Miner定理） 进行计算：按计算 。解：由疲劳强度极限应力曲线方程 得 由 知 还能循环 次,分目录,上一页,作 业,题1.3.4(4) 一零件由45钢制成，材料的力学性能为：S= 360 MPa，-1 = 300MPa，= 0.2。已知零件上的最大工作应力max=200 MPa, 最小工作应力min=100 MPa，弯曲疲劳极限的综合影响系数K=2。1）当应力变化规律为m=常数时，分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数；2）若应力变化规律为
11、r=常数，该零件会发生什么形式的破坏？题1.3.4(5)某材料受弯曲变应力作用，其力学性能为：-1 = 300MPa, m = 9, N0 = 5106。现用此材料的试件进行试验，以对称循环变应力1 = 500MPa作用104次，2=400 MPa作用105次，3=250 MPa作用106次。试确定：1）该试件在此条件下的计算安全系数；2）如果试件再作用=350 MPa的应力，还能循环多少次试件才破坏？,分目录,上一页,作 业,1.3.2 填空题 （5） 某材料的对称循环疲劳极限-1 = 350MPa, 屈服极限S=550 MPa, 强度极限B = 750 MPa, 循环基数N0= 5106, m = 9, 当对称循环次数N分别为5104、5105、5107次时，极限应力分别为 、 、 。,分目录,上一页,
