机械零件的疲劳强度说课讲解.ppt

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1、机械零件的疲劳强度●机械零件设计概述注意失效并不一定意味着破坏（破坏的零件则不能工作，而失效的零件不一定不能工作，只是不能正常工作），因此，失效有更广泛的含义。◆两个基本概念:失效:机械零件由于某种原因不能正常工作。工作能力：不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。若此限度对载荷而言，又可称承载能力。2◆机械零件的强度零件设计中的载荷与应力名义载荷（公称载荷）——在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。计算载荷=K×名义载荷其中：K——载荷系数载荷载荷的分类：静载荷变载荷3名义应力——由名义载荷求出的应力计算应力——由计算载荷求出的应力注意变应力既可由变载荷产生，也可由静载荷产

2、生应力应力的分类静应力变应力4零件受静载荷产生变应力的举例1.转动心轴F=常数aωσt产生对称循环弯曲应力52.齿轮传动:abF单向回转时：脉动循环弯曲应力齿根弯曲σtab双向回转时：σtababab对称循环弯曲应力6齿面接触FaσHta齿面产生脉动循环接触应力7滚动轴承外圈滚道表面：FaσHta产生脉动循环接触应力8静应力变应力非对称循环对称循环脉动循环σ-tσmσa（平均应力）(应力幅）r（循环特性）otσσmax=σmin0+1otσσ=常数σaσminσmaxσmσmax+σmin2σmax-σmin2σminσmaxotσσaσmaxσmin0σmax=-σmin-1otσ

3、σaσmσmaxσa=σmax2σm=σmax209◆载荷与应力的关系归纳：载荷静载荷变载荷静应力变应力非对称循环对称循环脉动循环名义载荷F计算载荷Fc(Fc=KF)名义应力σσc=Kσ计算应力σc应力10机械零件的强度条件σ≤[σ]=σlimS（或τ≤[τ]=）τlimS说明：上式只适用简单应力于（即只拉、压、弯、扭其中之一应力作用在零件上时）；对于复杂情况（即两种以上应力同时作用在零件上），可用材料力学强度理论中的第3和第4理论）；[σ]——许用应力11S——安全系数应力种类材料S变应力静应力塑性材料1.2~1.5塑性较差(σSσB>0.6)、铸铁1.5~2.5脆性材料3~4材质

4、均匀,计算较准确1.3~1.7材质不均匀,计算不准确1.7~2.512σlim——极限正应力（τlim——极限切应力）变应力作用下时：σlim=σrN(疲劳极限）注意零件的材料一定时，σs和σB可直接从手册(教材:123页表9-1)中查到，而σrN需计算得到。σlim塑性材料：σlim=σs(屈服极限）静应力作用下时脆性材料：σlim=σB(强度极限）13机械零件的疲劳强度变应力下零件的损坏形式——疲劳断裂疲劳断裂的过程：滑移萌生（微裂纹）裂纹扩展突然断裂14F大F大？F大F大？生活小常识：如何将铁丝弄断呢？在无工具的情况下F小15F小小常识的启示：使铁丝疲劳断裂要比使它在静应力下拉

5、断省力的多。换言之，铁丝疲劳断裂的最大应力远小于静应力拉断的极限应力。疲劳断裂与循环次数（N）有关,即是损伤积累到一定程度突然发生的。疲劳断裂与应力循环特性（r）有关,应力循环特性不同则疲劳断裂的速度不同。例：r=-1易断；σ1>σ2>σ3>……>σN易断；σ1<σ2<σ3<……<σN不易断（冷作硬化）；16◆疲劳断裂的断口疲劳区（表面光滑区）脆性断裂区（粗粒状区）17疲劳曲线——表示应力σ与循环次数N之间的关系曲线。有限寿命区无限寿命区疲劳曲线的特点：N0——循环基数N0HB≤350107＞35025×107oσrNNN0（黑色金属）σrσr——持久极限对称循环脉动循环σrσ-1σ

6、018有限寿命区（NN0）疲劳极限:σrN=σr（N>N0）:19按有限寿命（N

7、例：45号钢的对称循环持久极限σ-1=307MPa,m=9,N0=107,求应力循环次数N=106,N=107,N=108时的疲劳极限值。解：由公式σrN=σrmN0N（N≥N0）σrN=σr（N