机械零件的强度管理知识分析设计课件.pptx

机械零件的强度管理知识分析设计课件 第3章 机械零件的强度§3-2 材料的疲劳特性 §3-3 机械零件的疲劳强度计算 §3-4 机械零件的接触强度§3-1 载荷和应力 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一、应力的种类otσσ=常数脉动循环变应力r =0静应力: σ=常数103 变应力: σ随时间变化平均应力:应力幅:循环变应力变应力的循环特性:对称循环变应力r =-1----脉动循环变应力----对称循环变应力 -1= 0 +1----静应力σmaxσmTσmaxσminσaσaσmotσσmaxσminσaσaotσotσσaσaσminr =+1静应力是变应力的特例§3-1 载荷和应力 二、静应力作用下零件的强度问题 1. 简单静应力下零件的强度计算 2. 复杂静应力下零件的强度计算 脆性材料：塑性材料：第一强度理论 第三强度理论 第四强度理论 ——脆性材料——塑性材料 §3-2 变应力作用下材料的疲劳特性 σmaxN一、 s－N疲劳曲线 用参数σmax表征材料的疲劳极限，通过实验，可得出如图所示的疲劳曲线。称为： s－N疲劳曲线 104C 在原点处，对应的应力循环次数为N=1/4，意味着在加载到最大值时材料被拉断。显然该值为强度极限σb 。B103σtσbAN=1/4 在AB段，应力循环次数103 σmax变化很小，可以近似看作为静应力强度。 BC段，N=103~104，随着N ↑ → σmax ↓ ,疲劳现象明显。 因N较小，特称为：低周疲劳。 潘存云教授研制 由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和 σr∞。σmaxNσrN0≈107CDσrNNσBAN=1/4 D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区，其方程为： ? 实践证明，机械零件的疲劳大多发生在CD段。可用下式描述：于是有：104CB103 CD区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为：式中， sr、N0及m的值由材料试验确定。 试验结果表明在CD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D点以后，如果作用的变应力最大应力小于D点的应力（σmaxσr），则无论循环多少次，材料都不会破坏。CD区间-----有限疲劳寿命阶段 D点之后----无限疲劳寿命阶段 高周疲劳 σmaxNσrN0≈107CσBAN=1/4 104CB103DσrNN 潘存云教授研制潘存云教授研制σaσm应力幅平均应力σaσmσSσ-1σaσmσSσ-1 材料的疲劳极限曲线也可用在特定的应力循环次数N下，极限应力幅之间的关系曲线来表示，特称为等寿命曲线。简化曲线之一简化曲线之二二、等寿命疲劳曲线实际应用时常有两种简化方法。σSσ-145? 潘存云教授研制σaσmσS 45? σ-1O简化等寿命曲线（极限应力线图）： 静应力（塑性材料）： σa=0 σm=σsA E直线上任意点代表了一定循环特性r 时的疲劳极限。对称循环： σm=0 A脉动循环： σm=σa =σ0 /2 说明CE直线上任意点的最大应力达到了屈服极限应力。σ0 /2σ0 /245? Bσ’m σ’a CE直线上任意点N’ 的坐标为（σ’m ，σ’a ）σ’a ECN’过C点作与横轴成1350的斜线，交AB连线的延长线于E点，折线ABEC即为极限应力线图。 σaσmσS 45? σ-1ECσ0 /2σ0 /245? BCAO而正好落在AEC折线上时，表示应力状况达到疲劳破坏的极限值。 当应力点落在OAEC以外时，一定会发生疲劳破坏。 当循环应力参数（ σm，σa ）落在OAEC以内时，表示不会发生疲劳破坏。若工作应力点落在AOE区域——按疲劳强度计算若工作应力点落在EOC区域——按静强度计算 §3-3 机械零件的疲劳强度计算 一、零件的极限应力线图 由于材料试件是一种特殊结构，而实际零件的几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因素等与材料试件有区别，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。定义弯曲疲劳极限的综合影响系数Ｋσ ：在不对称循环时， Ｋσ 是试件与零件极限应力幅的比值。σ-1 /Ｋσσ0 /2σ0 /2Ｋσ零件的对称循环弯曲疲劳极限为：σ-1e 设材料的对称循环弯曲疲劳极限为： σ-1 材料σS σ-1BAECσaσmo45? 45? 零件A’σ-1eB’E’ 弯曲疲劳极限的综合影响系数 Kσ 反映了：应力集中、尺寸因素、表面加工质量及强化等因素的综合影响结果。其计算公式如下：潘存云教授研制Cσ-1/Ｋσσ0 /2σ0