1、3-1 材料的疲勞強度3-2 機械零件的疲勞強度3-3 機械零件的抗斷裂強度3-4 機械零件的接觸強度第三章 機械零件的強度材料疲勞的兩種類別材料的疲勞強度一、交變應力的描述sm平均應力； sa應力幅值smax最大應力； smin最小應力r 應力比（循環特性）2minmaxmsss2minmaxasssmaxminssr描述規律性的交變應力可有5個參數，但其中只有兩個參數是獨立的。r = -1對稱循環應力r=0脈動循環應力r=1靜應力 O例：一個主動齒輪同時與兩個從動齒輪嚙合，在作單向連續運轉時，該主動輪輪齒彎曲應力的r是？(r=0)疲勞曲線材料的疲勞特性機械零件的疲勞大多發生在sN曲線的CD

2、段，可用下式描述：)(DCmrNNNNCNs)DrrNNN （ssD點以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著無限壽命區其方程為： 由于ND很大，所以在作疲勞試驗時，常規定一個循環次數N0(稱為循環基數)，用N0及其相對應的疲勞極限r來近似代表ND和 r，于是有：CNN0mrmrNss有限壽命區間內循環次數N與疲勞極限srN的關系為：式中， sr、N0及m的值由材料試驗確定。二、 sN疲勞曲線m0rNrNNss0mrNrNNsssN疲勞曲線詳細說明極限應力線圖材料的疲勞特性三、等壽命疲勞曲線（極限應力線圖） 機械零件材料的疲勞特性除用sN曲線表示外，還可用等壽命曲線來描述。該曲線表達了不同應力比時疲勞

3、極限的特性。在工程應用中，常將等壽命曲線用直線來近似替代。用AGC折線表示零件材料的極限應力線圖是其中一種近似方法。AG直線的方程為：1amss ssmasssCG直線的方程為：1002sss為試件受循環彎曲應力時的材料常數，其值由試驗及下式決定：詳細介紹對于碳鋼，0.10.2，對于合金鋼，0.20.3。機械零件的疲勞強度計算1機械零件的疲勞強度計算一、零件的極限應力線圖 由于零件幾何形狀的變化、尺寸大小、加工質量及強化因素等的影響，使得零件的疲勞極限要小于材料試件的疲勞極限。 以彎曲疲勞極限的綜合影響系數s表示材料對稱循環彎曲疲勞極限-1與零件對稱循環彎曲疲勞極限-1e的比值，即e11sss

4、K在不對稱循環時，s是試件與零件極限應力幅的比值。 將零件材料的極限應力線圖中的直線ADG 按比例向下移，成為右圖所示的直線ADG，而極限應力曲線的 CG 部分，由于是按照靜應力的要求來考慮的，故不須進行修正。這樣就得到了零件的極限應力線圖。詳細介紹 機械零件的疲勞強度計算2機械零件的疲勞強度計算二、單向穩定變應力時的疲勞強度計算進行零件疲勞強度計算時，首先根據零件危險截面上的 max 及 min確定平均應力m與應力幅a，然后，在極限應力線圖的坐標中標示出相應工作應力點M或N。 根據零件工作時所受的約束來確定應力可能發生的變化規律，從而決定以哪一個點來表示極限應力。機械零件可能發生的典型的應力

5、變化規律有以下三種： 應力比為常數：r=C 平均應力為常數m=C 最小應力為常數min=C詳細分析相應的疲勞極限應力應是極限應力曲線上的某一個點所代表的應力。),(amss計算安全系數及疲勞強度條件為：SSamammaxmaxcassssss例：某零件極限應力線圖如圖所示，例：某零件極限應力線圖如圖所示，M為零件危為零件危險剖面工作應力點。險剖面工作應力點。 1）圖中橫坐標和縱坐標分別表示什么，在圖上）圖中橫坐標和縱坐標分別表示什么，在圖上標出；標出；2）在圖上標出）在圖上標出A、C兩點坐標；兩點坐標；3）當零件應力分別按）當零件應力分別按r=C和和m =C的規律改變的規律改變其大小時，請分別

6、在圖上畫出與其大小時，請分別在圖上畫出與M點對應的極限應點對應的極限應力點并說明按何種強度驗算其安全系數力點并說明按何種強度驗算其安全系數4）試用圖解法求出m =C時的Sca 。 規律性不穩定變應力機械零件的疲勞強度計算3機械零件的疲勞強度計算三、單向不穩定變應力時的疲勞強度計算若應力每循環一次都對材料的破壞起相同的作用，則應力 1 每循環一次對材料的損傷率即為1/N1，而循環了n1次的1對材料的損傷率即為n1/N1。如此類推，循環了n2次的2對材料的損傷率即為n2/N2，。當損傷率達到100%時，材料即發生疲勞破壞，故對應于極限狀況有：1332211NnNnNn用統計方法進行疲勞強度計算不穩

7、定變應力非規律性規律性按損傷累積假說進行疲勞強度計算詳細分析機械零件的疲勞強度計算4機械零件的疲勞強度計算四、雙向穩定變應力時的疲勞強度計算 當零件上同時作用有同相位的穩定對稱循環變應力sa 和ta時，由實驗得出的極限應力關系式為：12e1a2e1asstt式中 ta及sa為同時作用的切向及法向應力幅的極限值。若作用于零件上的應力幅sa及ta如圖中M點表示，則由于此工作應力點在極限以內，未達到極限條件，因而是安全的。 由于是對稱循環變應力，故應力幅即為最大應力。弧線 AMB 上任何一個點即代表一對極限應力a及a。詳細推導計算安全系數：22caSSSSOMOMS機械零件的疲勞強度計算5機械零件的

8、疲勞強度計算五、提高機械零件疲勞強度的措施 在綜合考慮零件的性能要求和經濟性后，采用具有高疲勞強度的材料，并配以適當的熱處理和各種表面強化處理。 適當提高零件的表面質量，特別是提高有應力集中部位的表面加工 質量，必要時表面作適當的防護處理。 盡可能降低零件上的應力集中的影響，是提高零件疲勞強度的首要 措施。 盡可能地減少或消除零件表面可能發生的初始裂紋的尺寸，對于延 長零件的疲勞壽命有著比提高材料性能更為顯著的作用。減載槽在不可避免地要產生較大應力集中的結構處，可采用減載槽來降低應力集中的作用。機械零件的抗斷裂強度機械零件的抗斷裂強度 在工程實際中，往往會發生工作應力小于許用應力時所發生的突然

9、斷裂，這種現象稱為低應力脆斷。 對于高強度材料，一方面是它的強度高（即許用應力高），另一方面則是它抵抗裂紋擴展的能力要隨著強度的增高而下降。因此，用傳統的強度理論計算高強度材料結構的強度問題，就存在一定的危險性。 斷裂力學是研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結構或構件的強度和變形規律的學科。 通過對大量結構斷裂事故分析表明，結構內部裂紋和缺陷的存在是導致低應力斷裂的內在原因。為了度量含裂紋結構體的強度，在斷裂力學中運用了應力強度因子KI（或K、K）和斷裂韌度KIC (或KC、KC）這兩個新的度量指標來判別結構安全性，即：KIKIC時，裂紋不會失穩擴展。KIKIC時，裂紋失穩擴展。機機械零件的接觸強度機

10、械零件的接觸強度 當兩零件以點、線相接處時，其接觸的局部會引起較大的應力。這局部的應力稱為接觸應力。 接觸應力是不同于以往所學過的擠壓應力的。擠壓應力是面接觸引起的應力，是二向應力狀態，而接觸應力是三向應力狀態。接觸應力的特點是：僅在局部很小的區域內產生較大的應力。12H2212121111FBEEs 式中，1和2分別為兩零件初始接觸線處的曲率半徑, 其中正號用于外接觸，負號用于內接觸。對于線接觸的情況，其接觸應力可用赫茲應力公式計算。更多圖片本章重點循環特性循環特性r：r=0、r=-1零件的工作安全系數計算：為零件的極限應力和零件的工作安全系數計算：為零件的極限應力和工作應力的比值。工作應力的比值。r=c，m=c， min=c 三種狀態疲勞強度計算三種狀態疲勞強度計算提高機械零件疲勞強度的措施提高機械零件疲勞強度的措施 思考題零件受變應力時，該零件的強度驗算_。 必須按疲勞強度進行 須按疲勞強度和靜強度兩方面進行 由零件的極限應力線圖確定，按疲勞強度或靜強度進行某零件極限應力線圖如圖所示，M