1、1,第三章 机械零件的强度,3-1、材料的疲劳特性 3-2、机械零件的疲劳强度计算 3-3、机械零件的接触强度,静 强 度 计 算疲劳强度计算,应力循环次数10 3(材料力学),应力循环次数10 3(本章内容),通过本章学习：掌握机械零件的疲劳强度计算（单向稳定变应力）；掌握接触强度的计算,2,第三章 机械零件的强度,应力的种类,静应力,变应力,脉动循环,对称循环,一般循环,平均应力,应 力 幅,应 力 比,3-1、材料的疲劳特性,r=-1 r=0,在变应力作用下，材料发生疲劳破坏。,材料的疲劳特性用max、r、N来表征。,疲劳极限（以最大应力表征）,3,第三章 机械零件的强度,（二）N疲劳曲
2、线,材料的疲劳特性曲线之一,该曲线通过试验获得：施加对称循环的等幅交变应力。,在某一应力比下，疲劳极限与应力循环次数的关系。,4,A点：对应N=1/4。 加载到最大值时材料被拉断，该最大应力值为强度极限B,第三章 机械零件的强度,D点：对应N=10625107。由于N很大，在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0（循环基数）。,在AB段，max变化很小，可近似看作静应力。,在BC段，破坏有疲劳破坏并伴塑性变形，称应变疲劳。,在CD段，总会发生疲劳破坏，零件的疲劳大多发生在该段。,在D段后，无论循环多少次，材料都不会发生疲劳破坏。,5,第三章 机械零件的强度,rN,N,下面研究CD段的曲线方程:,
3、rN为r，N状态下的疲劳极限,CD段方程：,r,应该是rN0，简写为r。 持久疲劳极限,r及m由试验确定,KN成为寿命系数,6,第三章 机械零件的强度,例：钢-1=307mpa，m = 9，N0=5*106。当-1N=500Mpa时，N=？,解：,7,材料疲劳特性：max、r、N,第三章 机械零件的强度,（三）等寿命疲劳曲线,由于：,这表明：,a-m曲线反映了什么？,材料的疲劳特性曲线之二,在一定的N下，最大值max与应力比r的关系,固定 r ：N曲线,固定N ：r曲线,（等寿命曲线）,8,第三章 机械零件的强度,看图：,1）曲线上的点：,曲线上点的坐标值之和：代表材料的疲劳极限（最大应力）（
4、极限应力图),代表某应力比下, 材料的疲劳极限,9,第三章 机械零件的强度,看图：,2）曲线内的点：,坐标值之和还代表材料的疲劳极限吗？,代表材料受到的交变应力的值。,疲劳强度设计，实际上是疲劳强度的安全系数校核！,为何做射线？,这样，两点的循环特性一样！,10,第三章 机械零件的强度,看图：3）研究A、C两点坐标,A点,0,对称循环,a= max,-1,（m、a）,C点,0,静应力,max=m,（m、a）,s,该曲线表示：在一定的N时，r从-1到+1变化时，疲劳极限（用最大应力max表征）的变化。,11,第三章 机械零件的强度,等寿命曲线的简化画法：,D点：脉动循环(0/2,0/2),已知：
5、A点：对称循环 (0, -1)C 点：静 应 力 (s, 0),m=a =max / 2 =0 / 2,直线AD是曲线AD的近似，表示从r=-1到0时，最大应力的变化。,作直线CG(-135方向),直线CG上任一点：,m+a,=s,max=,二折线法，用过r=-1、0、+1三关键点的两条直线代替二次曲线,说明C直 线上任意点均是r=+1的静应力，且达到了屈服极限。,12,第三章 机械零件的强度,二折线简化的极限应力图，实际上变成两个区域：M和N,实际应力在M区：校核疲劳强度 实际应力在N区：校核静强度,13,第三章 机械零件的强度,直线AG的方程：,(0，-1),(0 /2, 0 /2),(m
6、, a ),试件受循环弯曲应力时的材料常数,直线CG的方程：,(m, a ),在AGC线上时，达到疲劳破坏的极限值。,在OAGC以外时，一定会发生疲劳破坏。,在AGC以内时，不会发生疲劳破坏,当材料试件的交变应力参数（ m，a ）,14,第三章 机械零件的强度,3-2、机械零件的疲劳强度计算,零件的静强度计算，实际上是安全系数校核：,零件受到的最大工作应力,零件的疲劳极限应力,零件的疲劳强度计算，实际上也是安全系数校核：,零件与材料不同？,15,第三章 机械零件的强度,材料试件是一种特殊结构。实际零件受形状、尺寸、加工质量及强化因素的影响，故零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。,这样，可估
7、算出零件的疲劳极限：,弯曲疲劳极限 综合影响系数,于是，可根据材料的极限应力图修正画出零件的极限应力图。,16,第三章 机械零件的强度,A,D,黄线即是零件的极限应力图。,注：横坐标及直线CG不用修正,直线AG方程：,直线CG方程：,材料试件受弯曲应力时的材料常数,17,第三章 机械零件的强度,（一）单向稳定变应力时零件的疲劳强度计算,单向稳定变应力？,零件的工作应力点，可能是M或N区。,疲劳极限max？ 实际应力max？,只受剪切、弯曲、拉伸应力。,在M区：校核疲劳强度 在 N区：校核静强度,18,第三章 机械零件的强度,1、r = Const,疲劳极限max？,应力比为常数的情形：,M1(
8、me ,ae),M、M1有相同的应力比,工作点在M时：,19,第三章 机械零件的强度,联立OM和AG方程，求出M1坐标：,疲劳极限：,安全系数：,20,第三章 机械零件的强度, 当工作点在N点：,这时N点在CG上，其极限应力为屈服极限（只校核静强度）。,21,第三章 机械零件的强度,M2(me ,ae),2、m= Const,作纵轴平行线，其上任意点均有相同的m 。,需找一个m与零件工作点m相同的疲劳极限值。,联立M M2和AG,疲劳极限值：,工作点在M时：,工作点在N时：,22,第三章 机械零件的强度,3、min=Const,min= m - a ，,过M点作45 线，其上任一点所代表的应力
9、循环都具 有相同的最小应力。,找一个min与零件工作点min相同的疲劳极限值。,在45 直线上任一点，min= C,23,第三章 机械零件的强度,3、min=Const,因为：min= m - a = C,过M点作45 线，其上任一点都具有相同的最小应力。,曲线上找到与零件工作点的min相同的疲劳极限值。,过O、G两点分别作45直线，得三个区域：,在OAD区：最小应力均为负值，在实际机器中极少出现，故不予讨论。,在EGC区：极限应力均为屈服极限，按静应力计算,在ODGE区：,24,第三章 机械零件的强度,（四）提高机械零件疲劳强度的措施, 在综合考虑零件的性能要求和经济性后，采用具有高疲劳强度
10、的材料，并配以适当的热处理和各种表面强化处理。, 适当提高零件的表面质量，特别是提高有应力集中部位的表面加工质量，必要时表面作适当的防护处理。, 降低零件上的应力集中（提高零件疲劳强度的首要措施）；, 尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。, 在不可避免地要产生较大应力集中的结构处，采用减载槽来降低应力集中的作用。,25,第三章 机械零件的强度,34 机械零件的接触强度,1、几种接触形式,点接触,线接触,机械零件中各零件之间的力的传递，总是通过两个零件的接触形式来实现的。常见两机械零件的接触形式为点接触或线接触。,26,第三章 机械零件的强度,2、两圆柱体接触时的变形与应力分布,交变接触应力产生的失效形式为疲劳点蚀。,受载后，接触区域产生的局部应力称接触应力，强度称为接触强度。,27,第三章 机械零件的强度,3、两圆柱体接触应力的计算,赫兹(HHertz)公式,“+”用于外接触， “-”用于内接触。,H ：最大接触应力或赫兹应力;,B ：接触长度;,Fn :作用在圆柱体上的载荷;,:综合曲率半径;,:综合弹性模量,接触疲劳强度的判定条件为：,28,THE END,
