机械设计三章

机械设计三章第1页，课件共20页，创作于2023年2月一、表征疲劳特性的参数sm─平均应力；sa─应力幅值smax─最大应力；smin─最小应力r─应力比（循环特性）N——应力循环次数§3-1材料的疲劳特性第2页，课件共20页，创作于2023年2月§3-1材料的疲劳特性r=-1对称循环应力r=0脉动循环应力r=1静应力-1＜r＜1(r≠0)非对称循环应力第3页，课件共20页，创作于2023年2月§3-1材料的疲劳特性二、

s－N疲劳曲线(r一定)s－N疲劳曲线AB段：静应力强度，N≤103BC段：低周疲劳（应变疲劳），103

≤

N≤104，N，σmaxCD段:有限寿命疲劳，N>104D点以后：无限寿命疲劳，r——应力比N——应力循环次数m——材料常数高周疲劳低周疲劳第4页，课件共20页，创作于2023年2月§3-1材料的疲劳特性G'A'OC三、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）D'A'

（0，σ-1）r＝-1，σm＝0，σa＝σmax＝σ-1C'（σS，0

）r＝1，σa＝0,σm＝σsD'（，）r＝0，σa＝σm＝=45̊第5页，课件共20页，创作于2023年2月CＧ'上任一点代表

的变应力状况G'A'OCD'45̊§3-1材料的疲劳特性A'D'上任一点代表一定循环特性时的疲劳极限第6页，课件共20页，创作于2023年2月机械零件的疲劳强度计算1§3-2机械零件的疲劳强度计算一、零件的极限应力线图零件的疲劳极限<材料试件的疲劳极限。Ｋσ——弯曲疲劳极限的综合影响系数不对称循环时：对称循环时：σ-1——材料对称循环弯曲疲劳极限σ-1e——零件对称循环弯曲疲劳极限σa——试件的极限应力幅σae——零件的极限应力幅第7页，课件共20页，创作于2023年2月§3-2机械零件的疲劳强度计算AＧ直线方程：直线CG´按静应力考虑不需修正或A´D´Ｇ´ADG横坐标不变，纵坐标按比例改变试件受循环弯曲应力的材料常数第8页，课件共20页，创作于2023年2月——零件受循环弯曲应力时的极限应力幅——零件受循环弯曲应力时的极限平均应力——零件受循环弯曲应力时的材料常数CＧ直线方程：§3-2机械零件的疲劳强度计算第9页，课件共20页，创作于2023年2月机械零件的疲劳强度计算2§3-2机械零件的疲劳强度计算二、单向稳定变应力时的疲劳强度计算计算步骤：求得危险截面的max及

min据此计算出m及a标出M(m,a)（或N）根据应力变化规律找到对应的极限应力值强度计算式：由强度计算式求出sca第10页，课件共20页，创作于2023年2月§3-2机械零件的疲劳强度计算1.r＝C的情况方法：连接OM（或ON），与AGC相交，得到极限应力点M’1（N’1）当M位于AOG区域时:零件疲劳强度条件为：零件疲劳强度条件为:当N位于GOC区域时：第11页，课件共20页，创作于2023年2月§3-2机械零件的疲劳强度计算2.σm＝C的情况方法：过点M（或N）作纵轴平行线M2M2′（或N2N2′），与AGC相交得到极限应力点M2′（或N2′）当M位于AOHG区域内时，零件强度条件：当N位于CGH区域内时，零件强度条件：第12页，课件共20页，创作于2023年2月§3-2机械零件的疲劳强度计算3.min

＝C的情况方法：过M（或N）作与横轴夹角为45°的直线M2M2′（或N2′），与AGC相交得到极限应力点M2′（或N2′）计算安全系数及疲劳强度条件为：a.

AOJ区域内：min为负值；c.

OJGI区域内：疲劳极限b.GIC区域内：按静强度计算；第13页，课件共20页，创作于2023年2月§3-2机械零件的疲劳强度计算注意：当难于确定应力可能变化的规律，常采用r＝C

时的公式应力的等效转化：原来作用的不对称循环变应力等效的对称循环变应力弯曲平均应力转化系数把平均应力折算为等效的应力幅第14页，课件共20页，创作于2023年2月规律性不稳定变应力机械零件的疲劳强度计算3§3-2机械零件的疲劳强度计算三、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算用统计方法进行疲劳强度计算不稳定变应力非规律性规律性按损伤累积假说进行疲劳强度计算

不稳定变应力在σr—N坐标上应力σi循环了ni次，由σr—N曲线可以找出仅有σi作用时使材料发生疲劳破坏的循环次数Ni第15页，课件共20页，创作于2023年2月应力σ1每循环一次对材料的损伤率为1/N1，则循环了ni次的σ1对材料的损伤率即为ni/Ni，以此类推。当损伤达到100%时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有计算安全系数Sca及强度条件则为：（注意：小于材料持久疲劳极限的工作应力对材料不起疲劳损伤作用，在计算时不予考虑）不稳定变应力的计算应力：§3-2机械零件的疲劳强度计算第16页，课件共20页，创作于2023年2月机械零件的疲劳强度计算4§3-2机械零件的疲劳强度计算四、双向稳定变应力时的疲劳强度计算当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力sa和ta时，由实验得出的极限应力关系式为：式中ta′及sa′为同时作用的切向及法向应力幅的极限值。计算安全系数：

第17页，课件共20页，创作于2023年2月机械零件的疲劳强度计算5§3-2机械零件的疲劳强度计算五、提高机械零件疲劳强度的措施采用具有高疲劳强度的材料，并配以提高材料疲劳强度的热处理方法。提高零件的表面质量尽可能降低零件上的应力集中的影响；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。

第18页，课件共20页，创作于2023年2月机械零件的抗断裂强度§3-3机械零件的抗断裂强度

低应力脆断：在工程实际中，往往会发生工作应力小于许用应力时所发生的突然断裂。断裂力学——是研究带有裂纹或带有尖缺口的结构或构件的强度和变形规律的学科。内在原因：通过对大量结构断裂事故分析表明，结构内部裂纹和缺陷的存在是导致低应力断裂的。

第19页，课件共20页，创作于2023年2月机机械零件的接触强度§3-4