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机械零件的强度

沈阳工业大学备课用纸

第三章机械零件的强度

1.强度问题：

静应力强度：通常认为在机械零件整个工作寿命期间应力变化次数小于103的通用零件，均按静应力强度进行设计。（材料力学范畴）

变应力强度：在变应力作用下，零件产生疲劳破坏。

2.疲劳破坏定义：金属材料试件在交变应力作用下，经过长时间的试验而发生的破坏。

3.疲劳破坏的原因：材料内部的缺陷、加工过程中的刀痕或零件局部的应力集中等导致产生了微观裂纹，称为裂纹源，在交变应力作用下，随着循环次数的增加，裂纹不断扩展，直至零件发生突然断裂。

4.疲劳破坏的特征：

1）零件的最大应力在远小于静应力的强度极限时，就可能发生破坏；

2）即使是塑性材料，在没有明显的塑性变形下就可能发生突然的脆性断裂。

3) 疲劳破坏是一个损伤累积的过程，有发展的过程，需要时间。

4) 疲劳断口分为两个区：疲劳区和脆性断裂区。

§3-1 材料的疲劳特性

一、应力的分类

1、静应力:大小和方向均不随时间改变,或者变化缓慢。

2、变应力:大小或方向随时间而变化。

1）稳定循环变应力: 以下各参数不随时间变化的变应力。

σm─平均应力； σa─应力幅值

σmax─最大应力； σmin─最小应力

r ─应力比（循环特性）

描述规律性的交变应力可有5资质审核个参数，

但其中只有两个参数是独立的。

r = -1　对称循环应力

r=0　脉动循环应力

r=1　静应力

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2）非稳定循环变应力: 参数随时间变化的变应力。

（1）规律性非稳定变应力:参数按一定规律周期性变化的称为。

（2）随机变应力：随机变化的。

二、疲劳曲线

1、-N曲线：应力比r一定时，表示疲劳极限（最大应力）与循环次数N之间关系的曲线。典型的疲劳曲线如下图示：

－N疲劳曲线

大多数零件失效在C点右侧区域,称高周疲劳区N>104

高周疲劳区以N0为界分为两个区：

有限寿命区(CD)： N＜N0，循环次数N,对应的极限应力。

——条件疲劳极限。

曲线方程为

曲线可分为AB BC CD D右四个区域。

其中：

AB区最大应力变化不大，可按静应力考虑。

BC:为低周疲劳（循环次数少）区。N<104。也称应变疲劳（疲劳破坏伴随塑性变形）

M-材料常数

N0-循环基数

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无限寿命区：N≥N0时，曲线为水平直线，对应的疲劳极限是一个定值，用表示。当材料受到的应力不超过时，则可以经受无限次的应力循环而不疲劳破坏。即寿命是无限的。

——疲劳极限（）

因为

所以

2、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）

定义：循环次数一定时，应力幅与平均应力间的关系曲线。

理论疲劳曲线：

经过试验得二次曲线如下图。

即在曲线（寿命为循环基数N0）

在曲线内为无限寿命。曲线外为有限寿命。

实际疲劳曲线：

KN-寿命系数

图中，曲线上任意一点的横纵坐标之和为最大应力。代表应力比为一定值的疲劳极限。

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在直线CG，上任何一点均有 A，颜氏家训pdfG，线 —— 疲劳强度线。其上的点表示疲劳极限应力由A,、G,两点坐标可得A，G，线直线方程其中（试件受循环弯曲应力时的材料常数）碳钢合金钢 CG，线 —— 屈服强度线。其上的点表示屈服极限由C点坐标和直线斜角可得CG，线方程 §3-2 机械零件的疲劳强度计算一、零件的极限应力线图引入Ｋσ—弯曲疲劳极限的综合影响系数则 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将材料的极限应力线图中直线A,D,G,按比例塑化Ｋσ向下移，CG,,部分按静强度考虑,故不作修正。即得零件的极限应力线图，如下故各点坐标为，C点坐标不变	、—直线 A，G，上任意点坐标。由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。在不对称循环时，Ｋσ为试件与零件极限应力幅的比值。
采用同样方法，可得AG直线方程：直线CG方程为：弯曲疲劳极限综合影响系数 —零件的有效应力集中系数。（在正应力作用下） —零件的尺寸系数。（在正应力作用下） —零件的表面质量系数。同步相量测量装置（在正应力作用下）栅栏技术 —零件的强化系数。（在正应力作用下）英国版权法二、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算所以：计算安全系数及疲劳强度条件为：机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种：应力比为常数：r=C 平均应力为常数σm=C 最小应力为常数σmin=C	、—直线AG上任意点坐标。进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的 σmax 及 σmin确定平均应力σm与应力幅σa，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相应工作应力点M或N。相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线上的某一个点所代表的应力。根据零件工作时所受的约束来确定应力可能发生的变化规律，从而决定以哪一个点来表示极限应力。

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在直线CG，上任何一点均有 A，颜氏家训pdfG，线 —— 疲劳强度线。其上的点表示疲劳极限应力由A,、G,两点坐标可得A，G，线直线方程其中（试件受循环弯曲应力时的材料常数）碳钢合金钢 CG，线 —— 屈服强度线。其上的点表示屈服极限由C点坐标和直线斜角可得CG，线方程 §3-2 机械零件的疲劳强度计算一、零件的极限应力线图引入Ｋσ—弯曲疲劳极限的综合影响系数则 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将材料的极限应力线图中直线A,D,G,按比例塑化Ｋσ向下移，CG,,部分按静强度考虑,故不作修正。即得零件的极限应力线图，如下故各点坐标为，C点坐标不变	、—直线 A，G，上任意点坐标。由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。在不对称循环时，Ｋσ为试件与零件极限应力幅的比值。
采用同样方法，可得AG直线方程：直线CG方程为：弯曲疲劳极限综合影响系数 —零件的有效应力集中系数。（在正应力作用下） —零件的尺寸系数。（在正应力作用下） —零件的表面质量系数。同步相量测量装置（在正应力作用下）栅栏技术 —零件的强化系数。（在正应力作用下）英国版权法二、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算所以：计算安全系数及疲劳强度条件为：机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种：应力比为常数：r=C 平均应力为常数σm=C 最小应力为常数σmin=C	、—直线AG上任意点坐标。进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的 σmax 及 σmin确定平均应力σm与应力幅σa，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相应工作应力点M或N。相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线上的某一个点所代表的应力。根据零件工作时所受的约束来确定应力可能发生的变化规律，从而决定以哪一个点来表示极限应力。