机械设计中国地质大学长城学院ppt课件.ppt

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1、第三章机械零件的强度概述材料的疲劳特性机械零件的疲劳强度计算机械零件的接触强度影响机械零件疲劳强度的主要因素教学目标1.掌握机械零件的载荷和应力的类型；2.熟练掌握材料的σ-N曲线、σm-σa3.了解影响机械零件疲劳强度的综合影响系数的构成4.熟练掌握单向稳定变应力时机械零件危险截面上的疲劳强度计算5.了解双向稳定变应力时的疲劳强度计算；6.了解疲劳损伤累计假说；7.了解点蚀的形成过程8.掌握机械零件的接触强度计算；§3-1概述一、载荷和应力的分类1.载荷分类静载荷：不随时间变化或变化缓慢的载荷如：

2、锅炉所受压力变载荷：随时间作周期性变化或非周期变化的载荷。1）循环变载荷a)稳定循环变载荷b)不稳定循环变载荷2）随机变载荷如：汽车的齿轮和轴等所受的载荷名义载荷和计算载荷2.应力的分类1）应力种类静应力变应力：稳定循环变应力不稳定变应力σt静应力r=1σt0对称循环变应力σt0脉动循环变应力tσ0非对称循环变应力随机变应力规律性不稳定变应力注意：静应力只能由静载荷产生，变应力可能由变载荷或静载荷产生。aσ0tt0σa在变应力下，零件的主要失效形式为：疲劳破坏2）稳定循环变应力的基本参数基本参数最大

3、应力最小应力平均应力应力幅应力循环特性（应力比）插图1-3二、材料的疲劳特性1.疲劳破坏很多机械零件在工作中承受变应力，在变应力的作用下零件不会立即破坏，但变应力每次作用仍会对零件造成轻微的损伤，随应力作用次数（也称循环次数）的增加，当损伤累积到一定程度时，在零件的表面或内部将出现裂纹并扩展直至到发生完全断裂，这种缓慢形成的破坏------疲劳破坏。2.疲劳断口特征1）没有显著的塑性变形2）断口上明显的分两个区脆性断裂区疲劳源疲劳纹疲劳区§3-2疲劳曲线和极限应力图一、疲劳曲线（σ-N）应力比r一定

4、时，表示疲劳极限（σrN）和循环次数N之间关系的曲线。疲劳极限（）：在应力比为r的循环应力作用下，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力（σmax）称为材料的疲劳极限。1.疲劳曲线：NNDσmaxDNc有限寿命区无限寿命区低周疲劳高周疲劳σr2.疲劳曲线方程σrNm*N=C(常量）显然有：σrm*N0=C(常量）所以：σrNm*N=σrm*N0即：----寿命系数M----寿命指数（材料常数）其值有试验来决定。对于钢材，在弯曲疲劳和拉压疲劳时，m=6-20,在初步计算中，零件受弯曲疲劳时取m

5、=9注意：方程适用于：有限寿命区的高周疲劳段二、极限应力图（等寿命疲劳曲线）1.σm–σa图疲劳寿命N一定时，不同应力比r对应的材料疲劳极限σrN亦不同，表示两者关系的图叫极限应力图。特殊点：A点为对称循环r=-1极限应力点，纵坐标上各点均表示对称循环应力状态。B点为脉动循环r=0的极限应力点。C点为r=1的静强度极限应力点。应力比范围-1

6、C以内，最大应力既不超过疲劳极限又不超过σs,则不会发生破坏，且工作应力点距折线越远越安全。如果工作应力点落在折线AGC以外，就会发生破坏。由A、B两点坐标可建立直线AG方程，为：σ-1=σra+ψσσrmΨσ=(2σ-1-σ0)/σ0直线GC的方程：σra+σrm=σs根据实验，对碳钢，ψσ≈0.1-0.2；对合金钢，ψσ≈0.2-0.3Ψσ的取值？作业题某合金钢σ-1=340MPa，σs=550MPa。（1）绘制材料的极限应力图。（2）试求r=-0.3时的疲劳极限σ-0.3。§3-3影响零件疲劳

7、强度的主要因素材料的各疲劳极限σrN，σ0，σ-1以及材料的极限应力图，都是用标准试件通过疲劳试验测得的，是标准试件的疲劳强度指标，而机械零件与标准试件之间，在形体表面状态以及绝对尺寸等方面是有差异的。因此机械零件的疲劳强度与标准试件的疲劳强度有所不同。主要影响因素：（一）、零件结构的理论应力集中系数用实验的方法求出的零件几何不连续处的应力集中系数ασ（ατ）称为理论应力集中系数。见附表3-1、附表3-2、附表3-3（二）、疲劳强度降低系数或有效应力集中系数Kα(kτ)注：理论应力集中系数与有效应力

8、集中系数的关系式为：K-1=q(α-1)见附图3-1、附表3-4、3-5、3-6（三）、绝对尺寸及截面形状影响系数零件真实尺寸及截面形状与标准试件尺寸（d=10mm)及形状（圆柱形）不同时对材料疲劳极限的影响，用尺寸及截面形状系数εσ（ετ）来表示。见：P42-43附图3-2、附图3-3、附表3-7（四）、表面质量系数零件表面质量（主要指表面粗糙度）对疲劳强度的影响，用表面质量系数β来表示。见：P44附图3-4（五）、强化系数对零件表面施行不同的强化处理，均不同程度地