机械设计 强度理论ppt课件.ppt

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1、第三章机械零件的疲劳强度设计§3-1材料的疲劳特性§3-2机械零件的疲劳强度计算§3-1材料的疲劳特性1.载荷由于机器在运转过程中，会产生惯性力或冲击、震动等，这将引起载荷发生变化，因此，静载荷变载荷载荷按大小和方向是否随时间变化分为：在机械零件的设计计算中，又将载荷分为：名义载荷：计算载荷：不随时间变化或变化缓慢的载荷随时间作周期性或非周期性变化的载荷重力曲轴，支承车身的弹簧根据额定功率，用力学公式计算出的载荷＝载荷系数K×名义载荷（作为零件设计时的载荷）载荷和应力2应力分为静应力变应力2.应力只在静载荷作用下产生失效形式：断裂破坏或塑性变

2、形既可由变载荷产生，也可由静载荷产生。失效形式：疲劳破坏另外，应力还分为名义应力：根据名义载荷求得的应力计算应力：根据计算载荷求得的应力载荷和应力3对称循环变应力脉动循环变应力变应力有：对称循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力非对称循环变应力载荷和应力2sm─平均应力；sa─应力幅值r─应力比（应力循环特性）非对称循环变应力smax─最大应力；smin─最小应力1r+1载荷和应力3对称循环变应力脉动循环变应力r=-1、m＝0max＝ar=0、min＝0m=a概述3循环应力分为：恒幅循环应力变幅循环应力规律性变幅循环应力随机循

3、环应力脉动循环应力对称循环应力非对称循环应力规律性变幅循环应力：随机循环应力§2-1概述§3-1材料的疲劳特性3.疲劳破坏机械零件在循环应力作用下。即使循环应力的，而应力的每次循环也仍然会对零件造成轻微的损伤。随应力循环次数的增加，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。之后，裂纹又逐渐扩展直到发生完全断裂。这种缓慢形成的破坏称为“疲劳破坏”。“疲劳破坏”。－－是循环应力作用下零件的主要失效形式。疲劳破坏的特点a)疲劳断裂时：受到的低于，甚至低于。b)断口通常没有显著的塑性变形。不论是脆性材料，还是塑性材料，均表现为脆性断裂。—更具

4、突然性，更危险。§2-2疲劳曲线和极限应力图5.疲劳寿命N：材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。一、疲劳曲线（N曲线）是在应力比一定时，表示疲劳极限与循环次数N之间关系的曲线。不同或N不同时，疲劳极限则不同。在疲劳强度计算中，取＝。4.材料的疲劳极限：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所能承受的最大应力max。§3-1材料的疲劳特性疲劳曲线§3-1材料的疲劳特性典型的疲劳曲线如右图所示：可以看出：随N的增大而减小。但是当N超过某一循环次数N0时，曲线趋于水平。即不再随N的增大而减小。N0-----循环基数以N

5、0为界，曲线分为两个区：s－N疲劳曲线有限寿命区无限寿命区CA疲劳曲线N0-----循环基数s－N疲劳曲线有限寿命区无限寿命区CA1）无限寿命区：当N≥N0时，曲线为水平直线，对应的疲劳极限是一个定值，用表示。它是表征材料疲劳强度的重要指标，是疲劳设计的基本依据。持久疲劳极限当材料受到的时，则可以经受无限次的应力循环而不疲劳破坏。－－寿命是无限的。§3-1材料的疲劳特性疲劳曲线s－N疲劳曲线有限寿命区无限寿命区CA条件疲劳极限当材料受到的>时，在疲劳破坏之前，只能经受有限次的应力循环。－－寿命是有限的。。2）有限寿命区：非水平段（N＜N

6、0）的疲劳极限称为条件疲劳极限。1）无限寿命设计：N≥N0取＝2）有限寿命设计：N＜N0取＝§3-1材料的疲劳特性疲劳曲线s－N疲劳曲线有限寿命区无限寿命区CA§3-1材料的疲劳特性设计中常用的是疲劳曲线上的CD段，其方程为：常数D点的坐标满足CD的方程，即式中——寿命系数；m—材料常数，其值见教材P23。—循环基数，其值与零件材质有关，见教材P23。疲劳曲线3疲劳曲线和极限应力图注：1）计算时，如N≥，则取N＝。2）工程中常用的是对称循环应力（=-1）下的疲劳极限，计算时，只须把和换成和即可。3）对于受切应力的情况，则只需将各式中的换成即可。4

7、）当N＜（～）时，因N较小，可按静强度计算。(二)等寿命疲劳曲线N0一定,与r的曲线已知材料的极限应力-1、0、s(二)等寿命疲劳曲线0ADGBC对称循环：σm=0脉动循环：m=a=0/2可绘制材料的极限应力线图静应力：a=00ADGBC直线AG的方程AG上任意点的坐标直线AG的方程:-1=a+m（3–4）式中：（3-6）碳钢：0.10～0.2；合金钢：0.2～0.3直线CG的方程为：a+m=S（3–5）——试件受循环弯曲应力时的材料常数。（用于将平均应力等效地折算

8、成应力幅的折算系数）a——试件受循环弯曲应力时的极限应力幅m——试件受循环弯曲应力时的极限平均应力§3-2机械零件的疲劳强度计算