机械零件的疲劳强度计算

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1、1、主要学习内容：变应力的基本类型和材料的高周疲劳；机械零件的疲劳强度计算；机械零件疲劳强度计算的机构系数；2、学习目标：掌握变应力的基本类型；掌握材料疲劳曲线；掌握单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算；掌握双向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算；了解单向不稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算；了解提高机械零件疲劳强度的措施；第三章机械零件的疲劳强度计算3、学习的重点和难点：单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算；双向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算；第六章机械零件的疲劳强度计算3.1机械零件设计的基本准则及一般设计步骤一、机械零件设计的基本准则失效：机械

2、零件因为某种原因丧失正常工作能力。失效的形式：断裂或塑性变形、超过规定的弹性变形、工作表面的过度磨损和损伤、打滑或过热以及发生强烈振动等。失效的原因：由于强度、刚度、耐磨性、振动稳定性等不满足工作要求。计算准则：根据失效原因而制定的判定条件称为计算准则。设计中把计算准则作为防止失效和进行设计计算的依据。1、强度；2、刚度；3、耐磨性；4、振动稳定性1、强度：机械零件的强度可以分为体积强度和表面强度两种。（1）体积强度：零件的体积强度不足，会产生断裂或过大的塑性变形，体积强度就是抵抗这两种失效的能力。设计计算时必须使零件危险截面上的最大应力不超过材料的许用应力

3、，或使危险截面上的安全系数不小于零件的许用安全系数。式中分别为正应力和切应力的许用安全系数；分别为极限正应力和极限切应力。极限应力的选择：1）在静应力下工作并用塑性材料制成的零件，其失效将是塑性变形，应按不发生塑性变形的强度条件计算，故常以材料的屈服点作为极限应力。2）在静应力下工作并用脆性材料制成的零件，其失效将是断裂，应按不发生断裂的强度条件计算，故常以材料的强度极限作为极限应力。3）在交变应力下工作的零件，无论使用塑性材料还是用脆性材料制成的零件，其失效均为疲劳断裂，应按不发生疲劳断裂的强度条件计算，故常以材料的疲劳极限作为极限应力。同时应考虑零件尺寸

4、、表面状态及几何形状引起的应力集中对疲劳极限的影响。（2）表面强度：零件的表面强度不足，会发生表面损失。表面强度可分为表面挤压强度和表面接触强度两种。表面挤压强度是指面接触的两零件，受载后接触面间产生挤压应力，应力分布在接触面不太深的表层，挤压应力过大时，零件表面被压溃。设计计算时应使零件的最大挤压应力不超过材料的许用挤压应力。表面接触强度是指以点或线接触的两零件，受载后由于零件表面的弹性变形，使点或线变为微小的接触面，微小接触面上的局部应力称为接触应力，其最大值用表示。实际上，大多数回转零件的接触应力是一种变应力，由于接触应力的反复作用，使零件表面的金属呈

5、小片状剥落下来，形成一些小麻坑，这种现象称为疲劳点蚀。零件表面发生疲劳点蚀后，减小了接触面积，损伤了零件的光滑表面，因而也降低了承载能力，并引起振动和噪声。设计时应按不发生疲劳点蚀为强度条件计算，使零件表面上的最大接触应力不超过材料的许用接触应力，即：式中：——零件表面的最大接触应力；——许用接触应力；——材料的接触疲劳极限；——接触强度的许用安全系数。2、刚度刚度是零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。如果零件的刚度不足，产生的弹性变形过大，会影响机器的正常工作（如果机床主轴刚度不足，会影响零件的加工精度）。设计计算时，必须使零件在载荷作用下产生的最大弹性变

6、形量不超过许用变形量：式中：——分别为零件的变形量和许用变形量；——分别为零件的转角和许用转角；——分别为零件的扭角和许用扭角；3、耐磨性耐磨性是在载荷作用下相对运动的两零件表面抵抗磨损的能力。零件过度磨损会使形状尺寸改变，配合间隙增大，精度降低，产生冲击振动，从而失效。设计时应使零件在预期使用寿命内的磨损量不超过允许范围。一般通过限制工作面的单位压力和相对滑动速度；选择合适的材料组合及热处理方法；良好地润滑以及提高表面硬度和表面质量等均能提高耐磨性。对于传动效率低、发热量大的运动副（如蜗杆传动副），如果散热不良，将使零件温升过高，致使两零件局部熔融引起胶合

7、，因此还应进行散热计算，使其正常工作时的温度不超过允许限度。4、振动稳定性如果机器中某一零件的固有频率f和周期性强迫振动频率fp相等或成整数倍时，零件振幅就会急剧增大而产生共振，使零件工作性能失常，还可能引起破坏。所谓振动稳定性，就是设计时避免使零件的固有频率和强迫振动频率相等或成整数倍。强度、刚度、耐磨性及振动稳定性是衡量机械零件工作能力的准则，设计计算时并不是每一种零件均需按这些准则逐项计算，而是根据零件的实际工作条件，分析出主要失效形式，按其相应的计算准则进行设计计算；确定出主要参数后，必要时再按其他准则校核机械设计中的机械零件强度计算是最基本的设计计

8、算，强度可以分为静应力强度和变应力强度。静应力强度计