机械设计第3章机械零件的强度ppt课件.ppt

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1、第三章机械零件的强度§3-1材料的疲劳特性§3-2机械零件的疲劳强度计算§3-3机械零件的抗断裂强度§3-4机械零件的接触强度第三章机械零件的强度强度静应力强度变应力强度在整个工作寿命期间应力变化次数小于103的通用零件----均按静应力强度进行设计本章主要讨论零件在变应力下的疲劳强度和接触强度等问题零件在变应力作用下产生的破坏----疲劳破坏绝大多数机械零件都是处在变应力的状态下工作的。P（变）汽油发动机第三章机械零件的强度一般来讲，静应力只能在静载荷的作用下产生。而变应力由变载荷产生，也可能由静载荷产生。pa对称循环变应力r=-1σmaxσ

2、min例如：转轴上a点的应力变化受拉otσ受压第三章机械零件的强度otσσ=常数平均应力:循环变应力变应力的循环特性:σmaxσminσaσaσmotσ静应力:σ=常数变应力:σ随时间变化◆变应力参数最大应力：smax=sm+sa最小应力：smin=sm－sa应力幅:--脉动循环变应力--对称循环变应力-1=0+1--静应力----对称循环变应力smax=smin，sa=0，sm=smax当=+1时，----静应力（变应力的特例）smax=sminsm=0，sa=smax=-smin当=-1时，sminsmaxsa----脉动循环变应力当=0时

3、，smin=0、sm=sa=smax2smaxsasm可见：变应力可由五个参数中的两个参数来描述,通常是:smax和rr表示应力的变化情况。smax表示变应力的大小，otσ当r为任意值(r≠0，1，-1)时，-----非对称循环变应力§3-1材料的疲劳特性材料的疲劳特性可用最大应力smax应力循环次数N循环特性r来描述。σmaxNNDCDACBNB=103NC=104用参数σmax表征材料的疲劳极限，通过实验，记录出在不同最大应力下引起试件疲劳破坏所经历的应力循环次数N。材料的疲劳特性曲线AB段，N<103，σmax基本不变，可看作是静应力强度

4、。BC段，随着N↑→σmax↓，因N较少，故称为：低周疲劳σmaxNNDCDACBNB=103NC=104s－N曲线曲线表示在一定r下，疲劳极限σmax与应力循环次数N的关系----高应力低循环疲劳§3-1材料的疲劳特性低周疲劳机械零件的疲劳大多发生在s－N曲线的CD段。多数通用零件，其承受变应力循环次数总是大于104的。所以本书不讨论低周疲劳问题。（一）s－N疲劳曲线有限寿命疲劳阶段曲线CD段上任何一点所代表的疲劳极限-----有限寿命疲劳极限σrN§3-1材料的疲劳特性σmaxNNDCDACBNB=103NC=104在此范围内，试件经过一定

5、次数的变应力作用后总会发生疲劳破坏可用下式描述：曲线CD段上任何一点所代表的疲劳极限-----有限寿命疲劳极限σrN§3-1材料的疲劳特性无限寿命疲劳阶段可用下式描述：σr∞----D点对应的疲劳极限，常称为持久疲劳极限。σmaxNDCDACB104NσrNNσr∞-----（3-1）循环基数N0，用N0及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和σr∞。§3-1材料的疲劳特性有限寿命疲劳阶段无限寿命疲劳阶段ND=106~25×107σmaxNDCDACB104NσrNNσr∞N0σr于是有：----（3-1a）有限寿命疲劳阶段σmaxNDCDAC

6、B104NσrNNσr∞N0σr于是有：§3-1材料的疲劳特性求有限寿命区内任意循环次数N时的疲劳极限σrN的表达式：式中：KN----寿命系数m----材料常数，其值由试验来确定。σr∞σmaxNDCDACB104NσrNNN0σr高周疲劳多数通用机械零件的失效都是由高周疲劳引起的§3-1材料的疲劳特性（低应力高循环疲劳）σaσm应力幅平均应力σaσmσSσ-1材料的疲劳特性也可用在特定的应力循环次数N下，循环特性r与疲劳极限σr之间的关系曲线来表示----等寿命疲劳曲线。简化曲线（二）等寿命疲劳曲线σSσ-1§3-1材料的疲劳特性（一）s－

7、N疲劳曲线s－N疲劳曲线是在r不变的情况下，通过实验得到的表示N与σr之间的关系曲线。然而，零件的工作应力不总是对称循环的变应力，材料所受的变应力的循环特性不同，得到的疲劳极限也不同。在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。简化的等寿命疲劳曲线（极限应力线图）§3-1材料的疲劳特性图3-3材料的极限应力线图σS45˚OA’CG’σ0/2σ0245˚D’σaσmσ-1极限应力线图----在特定的N下，根据不同的r特性得到的σr，用σa、σm表示的图形。∵对称循环：σm=0∵脉动循环：σm=σa=σ0/2§3-1材料的疲劳特性A’点---代表

8、材料的对称循环疲劳极限σ-1，坐标为（0,σ-1）D’点σ02---代表材料的脉动循环疲劳极限σ0，坐标为（,)σ02∴σmax=σa+σm=σ0代表