第三章 机械零件的强度

1、！ 需要明确的研究范畴2.1 材料的疲劳特性2.2 机械零件的疲劳强度2.3 机械零件的接触强度2.4 机械零件的抗断裂强度2.5 机械零件的可靠性设计机械零件的强度2.1 材料的疲劳特性需要明确的研究范畴通用机械零件的强度静应力强度设计范畴：整个工作寿命期间应力变化次数1000的通用零件，用材料力学求解。 变应力强度：整个工作寿命期间应力变化次数1000的通用零件，属于疲劳，脆断，接触等强度研究范畴。 由于材料屈服或断裂引起的失效，称为强度失效，由于交变应力作用发生断裂而引起的失效称为疲劳失效。 大量试验结果表明，材料在常温、静载作用下主要发生两种形式的强度失效：屈服和断裂。 断裂失效主要有

2、三种类型：无裂纹结构或构件的突然断裂；有裂纹构件的突然断裂；构件的疲劳断裂。2.1 材料的疲劳特性变应力的类型ttr=+1r=tr=-1tr=0静应力非对称循环应力对称循环应力脉动循环应力2.1 材料的疲劳特性 最大应力用于描述材料疲劳特性的参数及相互关系：max 应力循环次数N 应力比（循环特性）r 最小应力 平均应力 应力幅minma amamrmaxmin 2minmaxm2minmaxa2.1 材料的疲劳特性用于描述材料疲劳特性曲线： 材料疲劳曲线之一 材料疲劳曲线之二 N 曲线 等寿命曲线（极限应力曲线） 应力比确定 循环次数确定 低周疲劳区 高周疲劳区max2.1 材料的疲劳特性2

3、.1.1 N疲劳曲线： 曲线CD上任何一点所代表的疲劳极限称为有限疲劳极限，用 表示CNmrNmaxrrNrNrNmrrNKNN02.1 材料的疲劳特性2.1.2 等寿命疲劳曲线： 直线AG的方程 表示为：1ma 直线CG的方程 表示为：mas0012smOAD G C 002.2 机械零件的疲劳强度计算影响机械零件疲劳疲劳寿命的因素：qkK1) 11(引入弯曲疲劳极的综合影响系数：零件的有效应力集中系数零件的尺寸系数零件的表面质量系数零件的强化系数qkK表示的是材料（试件）与零件的极限应力幅的比值。2.2 机械零件的疲劳强度计算机械零件的等寿命疲劳曲线： 直线AG的方程 表示为： 直线CG的

4、方程表示为：smOAD G C sssmOAD G C k2k01meaeK0012Ke11meeaeeKmeaes2.2 机械零件的疲劳强度计算2.2.1单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算： 强度计算式为： 典型的应力变化规律：smOAD G C mM N SScamaxlimr=C CmCmin2.2 机械零件的疲劳强度计算1. r=C OM直线方程为： 结合AG直线方程解得：smOAD G C M N M 1N 111minmaxminmaxCrrmamamaammeaeKKmax11max)(SKSmaca1maxmaxmaxlim2.2 机械零件的疲劳强度计算1. r=C 针对N

5、点方法相同，但N点位于静强度区，故安全系数为：smOAD G C M N M 1N 1SSmasscamaxmaxlim2.2 机械零件的疲劳强度计算2. 垂直直线方程为： 结合AG直线方程解得：CmsmOAD G C M H M 2N 2mmeKKm)(1maxKmae12.2 机械零件的疲劳强度计算计算安全系数及强度条件式：SKKSmamca)(1maxmaxmaxlim）（按应力幅校核零件的疲劳强度时安全系数及强度条件式：SKSamaaea12.2 机械零件的疲劳强度计算3. 过M（N）点的直线方程为： 计算安全系数及强度条件：smOAD G C M H M 3N 3NLCminCamS

6、KKSaca)2)(2minmin1maxmax）（SKSaaaea)(min1 按应力幅计算安全系数及强度条件：2.2 机械零件的疲劳强度计算4. 等效对称循环变应力 应力的等效转化： 计算安全系数及强度条件：maadKadcaS12.2 机械零件的疲劳强度计算5. 较短使用期限时零件的疲劳强度计算 当零件应力循环次数在： 疲劳强度计算极限应力：0410NN mrrNNN0lim2.2 机械零件的疲劳强度计算2.2.2单向不稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算： 当损伤率为100时，材料发生疲劳破坏，即：OnnnnnOnnnnN N NN11ziiiNn2.2 机械零件的疲劳强度计算2.2.2

7、单向不稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算： 在上述应力作用下，材料未发生疲劳破坏，即：mNN)(1101mNN)(2102miiNN)(101N)(1101221110mzimiimzzmmmnnnnN1N101mzimiin2.2 机械零件的疲劳强度计算2.2.2单向不稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算： 不稳定变应力的计算应力：mzimiicanN101 计算安全系数及强度条件：SScaca12.2 机械零件的疲劳强度计算2.2.3双向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算： 双向稳定变应力的极限应力关系： 计算安全系数：1)()(2121eaeaO1ea1eaM M C D C D 1)()

8、(2121eacaeacaSS1)()(22SSSScaca22SSSSSca2.2 机械零件的疲劳强度计算2.2.4提高零件疲劳强度的措施： 在材料和结构尺寸确定的情况下可采取以下措施提高零件的疲劳强度：1.尽可能的降低零件上的应力集中的影响；2.选用疲劳强度高的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺；3.提高零件的表面质量；4.尽可能的减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸。2.3 机械零件的接触强度对于线接触弹性力学中的接触应力的计算公式为：)11()11(22212121HEEBF当接触位置连续改变时，对于零件上任一点处的接触应力只能在零和最大接触应力之间改变，因此接触应力是一个脉动循环应力。2.4 机械零件的抗断裂强度在工作应力小于许用应力时所发生的突然断裂常称为低应力脆断。ICKIK 大部分低应力脆断事故都是发生在应用了高强度钢材的结构或大型的焊接件中，在发生脆断的构件断口处，往往可以找到原有的宏观裂纹的痕迹。断裂力学是研究带有裂纹或尖缺口的结构或构件的强