1、第三章第三章 機械零件的強度機械零件的強度強度：影響零件工作能力最重要的因素強度：影響零件工作能力最重要的因素材料、試件：靜應力強度材料、試件：靜應力強度實際零件：變應力強度實際零件：變應力強度3-1 材料的疲勞強度材料的疲勞強度一、變應力的基本強度一、變應力的基本強度0t 10minmax ram )0(1122maxminminmaxminmax rrram 002minmax ram 0t a m min max0t a m max10minmax ram 0t a= max min二、變應力的基本參數二、變應力的基本參數 變應力參數：變應力參數：5個個2)(minmaxminmaxma

2、x mamam平均應力平均應力最小應力最小應力最大應力最大應力maxminminmax2 ra循環特性循環特性應力幅應力幅三、材料疲勞的兩種類別三、材料疲勞的兩種類別 maxNADCB41 N310 BN410 CNDN持久疲勞極限持久疲勞極限高周疲勞高周疲勞點以后點以后）低周疲勞（或應變疲勞低周疲勞（或應變疲勞帶有塑性變形的疲勞，帶有塑性變形的疲勞，段段靜應力靜應力，數數基本不變，應力循環次基本不變，應力循環次段段 rDNNCNBCNAB 76443max1025101010103-2 高周疲勞和機械零件的疲勞強度計算高周疲勞和機械零件的疲勞強度計算一、疲勞曲線一、疲勞曲線 rNNDN r0

3、N r CD有限壽命區有限壽命區無限壽命區無限壽命區CmrN rNN曲線曲線1. 疲勞極限疲勞極限 r：對應于循環基數：對應于循環基數N0時的疲勞極限時的疲勞極限 有限壽命區有限壽命區 N N0600010)101(206 NmmKKNNNNNNrmrrNmrmrN鋼材：鋼材：由應力、材料而定由應力、材料而定壽命系數壽命系數曲線方程曲線方程 無限壽命區無限壽命區 N N0由由手手冊冊中中查查出出 rr 2. 不同不同r下的疲勞極限下的疲勞極限 r rNNr=0.5r=0r=-1判判斷斷是是否否失失效效）要要求求：已已知知兩兩個個參參數數（rNamr 二、材料（試件）的極限應力線圖二、材料（試件

4、）的極限應力線圖極限應力線圖：極限應力線圖： m a圖圖1. 作圖作圖已知：已知： s -1 02. 分析分析 橫坐標：橫坐標： a =0，r=+1，靜應力，靜應力，C點（點（ s ，0） 縱坐標：縱坐標： m =0，r=-1，對稱循環應力，對稱循環應力， A 點（點（ 0 , -1 ） 過原點作過原點作45線，線， a = m = ，r=0， 脈動循環應力，脈動循環應力，D 點（點（ , ）20 20 20 過過C作作45線，線，CG 線表示線表示 max = m + a = s 曲線上任一點代表曲線上任一點代表r的疲勞極限的疲勞極限 m + arrrmaamam 11maxmin 在區域內

5、安全，線上極限應力狀態，線外破壞在區域內安全，線上極限應力狀態，線外破壞 線外疲勞破壞線外疲勞破壞 線外靜強度破壞線外靜強度破壞CGGAD 材料特性材料特性 001001222 tgr3 . 02 . 02 . 01 . 0 合金鋼合金鋼碳鋼碳鋼三、零件的極限應力線圖三、零件的極限應力線圖 零件（幾何形狀、尺寸、加工質量、強化）零件（幾何形狀、尺寸、加工質量、強化） 的疲勞極限要小于材料的疲勞極限。的疲勞極限要小于材料的疲勞極限。qkK 1)11( 有效應力集中系數有效應力集中系數式中：式中： k)1(1 qk敏性系數敏性系數 qmaK 不影響不影響只影響只影響理論應力集中系數理論應力集中系數

6、 尺寸系數尺寸系數 表面質量系數表面質量系數 強強化化系系數數q 1. 作圖作圖 KtgrKKsse 2011、2. 分析分析 C點（點（ s ，0） A點（點（ 0 , -1e ） D點點)2,2(00 K 換成換成將將注：當零件受剪切時，注：當零件受剪切時，四、單向穩定變應力時機械零件的疲勞強度計算四、單向穩定變應力時機械零件的疲勞強度計算單向：零件截面上只受一維應力（拉、壓、彎、扭）單向：零件截面上只受一維應力（拉、壓、彎、扭）計算步驟：計算步驟：（1）求危險截面上的）求危險截面上的 max 和和 min ,計算出計算出 a 和和 m（2）畫零件的極限應力線圖）畫零件的極限應力線圖（3）

7、判斷零件的失效形式）判斷零件的失效形式（4）用計算法或作圖法求）用計算法或作圖法求SSca maxmax 穩定變應力穩定變應力三種典型的應力變化規律：三種典型的應力變化規律：1. r=C 轉軸轉軸tt0 ab作圖：作圖： 已知：已知：點點）點點（或或NMma 過原點過原點O作射線作射線OM（或（或ON） 交折線交折線AGC于于M點（或點（或N點）點）limmax meae極極限限應應力力 求求meae 及及1111meaemeaeemeaeeeKKKtgrAG 方程：方程：maaaemamamaemeamaemeKKOM 11方程：方程：mameaeK max1max 求求 強度計算強度計算S

8、KSMmaca 1maxmax點：疲勞破壞點：疲勞破壞SSNmasca maxmax點：靜強度破壞點：靜強度破壞2. m=C 彈簧彈簧 0t m作圖：作圖： 已知：已知：點點）點點（或或NMma 過過M點（或點（或N點）作縱軸平行線點）作縱軸平行線MM (或或NN ) 交交AGC于于M 點（或點（或N 點）點） 求求meae 及及1meaeKAG 方程：方程： KMMmaemme 1方程：方程： KKmmeae)(1max 求求 強度計算強度計算 mamamcaSKKSM max1maxmax)(點：疲勞破壞點：疲勞破壞SSNmasca maxmax點：靜強度破壞點：靜強度破壞3. min=C

9、 變載荷螺栓變載荷螺栓 0t 過過M（或（或N）作與水平線交）作與水平線交45線的射線，線的射線， min = m - a = C 求求meae 及及1meaeamaememeaeMMKAG 及及求出求出方程：方程：方程：方程： mameaeKK maxmin1max)(2 求求 強度計算強度計算 maaacaSKKSM minminmin1maxmaxlim22)(2點：疲勞破壞點：疲勞破壞SSNmasca lim點：靜強度破壞點：靜強度破壞注意：注意：1. 當零件應力變化規律未知時按當零件應力變化規律未知時按r=C處理。處理。 2. 對于有限壽命疲勞強度計算時：對于有限壽命疲勞強度計算時：

10、代入公式計算。代入公式計算。）代替代替，代替代替即（即（0011 NNNrrNK 五、單向不穩定變應力時的疲勞強度計算五、單向不穩定變應力時的疲勞強度計算不穩定變應力不穩定變應力規律性：機床、機械手規律性：機床、機械手非規律性：汽車彈簧非規律性：汽車彈簧 0tT規律性不穩定變應力規律性不穩定變應力疲勞疲勞損傷積累假說損傷積累假說（M.A.Miner）轉換為穩定變應力轉換為穩定變應力非規律性不穩定變應力非規律性不穩定變應力統統計強度理論計強度理論轉換為規律性轉換為規律性不穩定變應力不穩定變應力疲勞損傷積疲勞損傷積累假說累假說轉換為穩定變應力轉換為穩定變應力 0tMiner假說：假說：零件在變應力

11、作用下發生破壞的零件在變應力作用下發生破壞的過程中，內部損傷是逐步積累的，達到一定程過程中，內部損傷是逐步積累的，達到一定程度即發生破壞。度即發生破壞。1 iiiiNnNn即即（對材料）（對材料）損傷率損傷率假設：假設：1.破壞與加載順序無關；破壞與加載順序無關； 2.損傷率損傷率 相同，則疲勞損傷程度相相同，則疲勞損傷程度相 同（與過載大小無關）同（與過載大小無關）iiNnmmiiNn10 101 mmiinN1332211 NnNnNn計算方便：選擇計算應力（當量應力）計算方便：選擇計算應力（當量應力）計算應力：作用時間長，數值大，起主要破壞計算應力：作用時間長，數值大，起主要破壞作用的應

12、力作用的應力 111011 mmiinN：穩定化：穩定化應力情況系數應力情況系數mmiisnNk 101 nknsca 11 自學自學例題：例題：對稱化對稱化穩定化穩定化先對稱化先對稱化力力非對稱循環不穩定變應非對稱循環不穩定變應29321PKmaadadadad 六、雙向穩定變應力時的疲勞強度計算六、雙向穩定變應力時的疲勞強度計算零件剖面同時承受二維應力（法向零件剖面同時承受二維應力（法向+切向）稱為雙切向）稱為雙向應力。向應力。1. 對稱循環：對稱循環： 影響最大為應力幅影響最大為應力幅實驗得出極限應力關系：實驗得出極限應力關系： eaea11, eaea11, ODSOCOCSOCODODOCOCOMOMScacacaeaea12121 單位圓：單位圓：eacaeaeacaeaSS1111 S1 S1SSSSSSSSSScacaca 22221 2. 非對稱循環非對稱循環對稱化對稱化SSSSSSKSKScamama 2211 七、提高機械零件疲勞強度的措施七、提高機械零件疲勞強度的措施1. 降低零件上的應力集中；降低零件上的應力集中；2. 選擇高強度材料、熱處理、強度處理；選擇高強度材料、熱處理、強度處理；3. 提高表面質量；提高表面質量；4