第3章机械零件的强度(第3章)

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1、第第3 3章章 机械零件的强度机械零件的强度3-1 3-1 材料的疲劳特性材料的疲劳特性3-2 3-2 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 3-3 3-3 机械零件的抗断裂强度机械零件的抗断裂强度 3-4 3-4 机械零件的接触强度机械零件的接触强度 一、应力的种类一、应力的种类ot= =常数常数脉动循环变应力脉动循环变应力r =0静应力静应力: = =常数常数变应力变应力: 随时间变化随时间变化2minmaxm平均应力平均应力:2minmaxa应力幅应力幅:循环变应力循环变应力变应力的循环特性变应力的循环特性:maxminr对称循环变应力对称循环变应力r =- -1-脉动循环变应力

2、脉动循环变应力-对称循环变应力对称循环变应力 -1 -1= 0= 0 +1 +1-静应力静应力maxmTmaxminaamotmaxminaaototaaminr =+1静应力是变应力的特例3-1 材料的疲劳特性例例1 已知：max=200N/mm2，r =0.5，求：min、a、m。解：a0tmaxmmin20050-100例2 已知：a= 80N/mm2，m=40N/mm2 求：max、min、r、绘图。解：a0tmaxmmin40-40-120例3 已知：A截面产生max=400N/mm2，min=100N/mm2 求：a、m，r。FaFaFraAFrMb弯曲应力a0tm100-150-

3、4000ta0tm= 稳定循环变应力R=1对称循环R=1静应力解：第二章第二章 机械零件的疲劳强度计算（习题）机械零件的疲劳强度计算（习题）一、选择题1、机械设计课程研究的内容只限于 。（1）专用零件和部件；（2）在高速、高压、环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件；（3）在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件；（4）标准化的零件和部件。2、下列四种叙述中 是正确的。（1）变应力只能由变载荷产生；（2）静载荷不能产生变应力；（3）变应力是由静载荷产生；（4）变应力是由变载荷产生，也可能由静载荷产生。343、发动机连杆横截面上的应力变化规律如图所示，则该变

4、应力的应力比r为 。（1）0.24；（2）-0.24；（3）-4.17；（4）4.17。4、发动机连杆横截面上的应力变化规律如题3图所示，则其应力幅a和平均应力m分别为 。（1）a = 80.6Mpa，m = 49.4Mpa；（2）a = 80.6Mpa，m = -49.4Mpa；（3）a = 49.4Mpa，m = 80.6Mpa；（4）a = 49.4Mpa，m = 80.6Mpa。5、变应力特性max、min、m、a及r等五个参数中的任意 来描述。（1）一个；（2）两个；（3）三个；（4）四个。t31.2N/mm2-130N/mm202226、图示各应力随时间变化的图形分别表示什么类型的

5、应力？它们的应力比分别是多少？0tmax0tmaxmm inaa)b)0tmaxmmin=0a0tmaxam=0c)d)解：a）静应力r=1；b）非对称（或稳定）循环变应力 0 r +1；c）脉动循环r = 0；d）对称循环r=1。9注意注意：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OatOtat0a 变应力下，零件的损坏形式是变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂疲劳断裂。 疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限 低，甚至比屈服极限低低，甚至比屈服极限低; 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂疲劳断口均表现为无

6、明显塑性变形的脆性突然断裂; 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。不管脆性材料或塑性材料，零件表层产生微小裂纹；零件表层产生微小裂纹； 疲劳断裂过程：疲劳断裂过程： 随着循环次数增加，微裂随着循环次数增加，微裂 纹逐渐扩展；纹逐渐扩展；当当剩余材料不足以承受载剩余材料不足以承受载 荷时，突然脆性断裂。荷时，突然脆性断裂。疲劳断裂是与应力循环次数疲劳断裂是与应力循环次数(即使用寿命即使用寿命)有关的断裂。有关的断裂。 疲劳断裂具有以下特征：疲劳断裂具有以下特征： 断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。表

7、面光滑表面光滑表面粗糙表面粗糙maxN二、二、 N疲劳曲线疲劳曲线 用参数用参数max表征材料的疲劳表征材料的疲劳极限，通过实验，可得出如图极限，通过实验，可得出如图所示的疲劳曲线。称为：所示的疲劳曲线。称为： N疲劳曲线疲劳曲线 104C 在原点处在原点处，对应的应力循环，对应的应力循环次数次数为为N=1/4，意味着在加载意味着在加载到最大值时材料被拉断。显到最大值时材料被拉断。显然该值为强度极限然该值为强度极限B 。B103tBAN=1/4 在在AB段，应力循环次数段，应力循环次数103 max变化很小，可以近似看作为变化很小，可以近似看作为静应力强度。静应力强度。 BC段，段，N=103

8、104，随着，随着N max ,疲劳现象明显。疲劳现象明显。 因因N较小，特称为：较小，特称为： 低周疲劳低周疲劳。)DrrNNN （ 由于由于N NDD很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数环次数N N0 0( (称为循环基数称为循环基数) )，用，用N N0 0及其相对应的疲劳极及其相对应的疲劳极限限 r来近似代表来近似代表N NDD和和 r r。maxNrN0107CDrNNBAN=1/4 D点以后的疲劳曲线呈一水点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区其平线，代表着无限寿命区其方程为：方程为： 实践证明，机械零件的疲劳实践证明，机械零件的

9、疲劳大多发生在大多发生在CD段。段。)(DCmrNNNNCN可用下式描述：可用下式描述：于是有：于是有：CNN0mrmrN104CB103 CD CD区间内循环次数区间内循环次数N N与疲与疲劳极限劳极限 rN的关系为：的关系为：式中，式中， r、N0及及m的值由材料试验确定。的值由材料试验确定。0mrNrNrNKN0mrNrNN 试验结果表明在试验结果表明在CDCD区间内，试件经过相应次数的变区间内，试件经过相应次数的变应力作用之后，总会发生疲劳破坏。而应力作用之后，总会发生疲劳破坏。而DD点以后，如果点以后，如果作用的变应力最大应力小于作用的变应力最大应力小于DD点的应力（点的应力（max

10、 r），），则无论循环多少次，材料都不会破坏。则无论循环多少次，材料都不会破坏。CDCD区间区间-有限疲劳寿命阶段有限疲劳寿命阶段 DD点之后点之后-无限疲劳寿命阶段无限疲劳寿命阶段 高周疲劳高周疲劳 maxNrN0107CBAN=1/4 104CB103DrNN例题2： 某零件采用塑性材料，1=268N/mm2（N0=107，m=9），当工作应力max=240 （或300）N/mm2，r=1，试按下述条件求材料的疲劳极限应力，并在N曲线上定性标出极限应力点和工作应力点。 （1）N=N0 （2）N=106解： N0=107N=106-1=268300346N240300max当 时：将会失效。

11、am应力幅应力幅平均应力平均应力amS-1amS-1 材料的疲劳极限曲线也可用材料的疲劳极限曲线也可用在特定的应力循环次数在特定的应力循环次数N N下，下，应力幅与平均应力之间的关系应力幅与平均应力之间的关系曲线来表示，特称为曲线来表示，特称为等寿命曲等寿命曲线（极限应力线图）线（极限应力线图）。简化曲线之一简化曲线之一简化曲线之二简化曲线之二三、等寿命疲劳曲线三、等寿命疲劳曲线实际应用时常有两种简化方法。实际应用时常有两种简化方法。S-145 amS 45 -1O简化等寿命曲线（极限应力线图）：简化等寿命曲线（极限应力线图）： 已知已知A(0，-1) D (0 /2，0 /2)两点坐两点坐标