机械设计 第3章+机械零件的强度学习课件

俞爱林广东工业大学机电学院电话：39322212EMAIL：allan75@126.com机械设计

DesignofMachinery

第3章机械零件的强度3-1

应力及其分类3-2材料的疲劳特性3-3

机械零件的疲劳强度计算3-4机械零件的接触强度本章重点：掌握机械零件的疲劳强度计算

掌握机械零件的接触强度随机变应力1静应力：不随时间变化的应力规律性不稳定变应力变应力：不稳定变应力：规律性不稳定变应力和随机变应力稳定循环变应力2变应力：随时间变化的应力§3-1应力及其分类一、应力及其分类锅炉所受的压力内燃机阀门弹簧所受的载荷1基本参数应力循环特性（应力比）最大应力最小应力平均应力应力幅2稳定循环变应力种类γ=+1—

静应力γ=-1—

对称循环变应γ=0—脉动循环变应力-1<γ<00<γ<1—非对称循环变应力二、稳定循环变应力的基本参数和种类

静应力γ=+1脉动循环变应力γ=0对称循环变应力γ=－1非对称循环变应力-1<γ<00<γ<12稳定循环变应力种类注意：1、最大、最小应力都是代数值，以绝对值较大者为最大应力，并规定它为正号，按照这样的规定，循环特征的范围为：2、静应力只能由静载荷产生，而变应力可能由变载荷产生，也可能由静载荷产生。影响疲劳的因素：σN

r★不同循环次数下的疲劳极限(r=-1)无限寿命区N0——应力循环基数σr——持久疲劳极限KN——寿命系数有限寿命区静强度(AB段)：N<103低周疲劳(BC段)：N=103

104(少)有限寿命疲劳(CD段)N>104无限寿命疲劳(D点后)：N>106

25x107有限寿命区的疲劳极限高周疲劳§3-2材料的疲劳特性一、σ-N疲劳曲线特定寿命下，最大应力σmax与应力循环特性r的关系等寿命疲劳曲线σsσ-1σaσmO★求不同循环特性下的疲劳极限二、等寿命疲劳曲线特定寿命下，最大应力σmax与应力循环特性r的关系材料的极限应力图C（σS，0）：r=+1A′（0，σ-1

）：r=-1D′（σ0/2，σ0/2）：r=0G′：交点在OA′G′C内为安全区CσsA'D'（σ0/2，σ0/2）G'σmσaσ-145°45°O二、等寿命疲劳曲线

直线CG′的方程：σa′+σm′=σs直线A′G′的方程：σ-1=σa′+ψσσm′其中试件受循环弯曲应力时的材料常数:CσsA'D'（σ0/2，σ0/2）G'σmσaσ-145°45°O基本问题：零件的极限应力图

各类应力变化规律下的疲劳极限§3-3机械零件的疲劳强度计算

零件的极限应力图与材料的极限应力图相似，考虑应力集中、尺寸、表面质量等的影响，只有应力幅改变（减少）。弯曲疲劳极限的综合影响系数：一、零件的极限应力线图零件的对称循环弯曲疲劳极限：对称循环时，表示材料对称循环弯曲疲劳极限与零件对称循环弯曲疲劳极限的比值。直线CG′的方程：A′对称循环C屈服极限静强度极限应力线材料的极限应力线图零件的极限应力线图直线AG的方程：不对称循环时，是试件与零件极限应力副的比值。A′对称循环C屈服极限静强度极限应力线材料的极限应力线图零件的极限应力线图综合影响系数K

应力集中系数k

尺寸系数

表面质量系数

强化系数

qM——工作应力点Mi——极限应力点例如：

M2点为aM2与AB线的交点，坐标为（σm2，σa2），则极限应力为：σlim=σmax=σm2+

σa2二、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算——工作应力点——极限应力点

零件的极限应力σlim的选取取决于应力的变化规律，典型应力变化规律应力比(循环特性)保持不变：r=C平均应力保持不变：σm=C最小应力保持不变：σmin=C二、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算应力比(循环特性)保持不变：r=C

极限应力的应力比与工作应力的应力比相同极限点位于CG直线上：3-163-173-182.平均应力保持不变：σm=C

极限应力的平均应力与工作应力的平均应力相同极限应力幅为安全系数及强度条件为3-193-203-213.最小应力保持不变：σmin=C极限应力的最小应力与工作应力的最小应力相同（紧螺栓联接）按应力幅求安全系数3-243-25降低应力集中选用疲劳强度高的材料、热处理方法及强化工艺提高零件的表面质量减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸三、提高零件疲劳强度的措施

高副零件工作时，理论上是点接触或线接触→实际上由于接触部分的局部弹性变形而形成面接触→由于接触面积很小，使表层产生的局部应力很大。该应力称为接触应力。在表面接触应力作用下的零件强度称为接触强度在接触应力的反复作用下，首先在表层内约20处产生疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展，最后使表面金属呈小片剥落疲劳点蚀疲劳点蚀是齿轮、滚动轴承等零件的主要失效形式。§3-4机械零件的接触强度一、接触应力的产生两圆柱体接触接触应力（线接触）计算依据