第二章机械零件强度

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1、安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 机机 械械 设设 计计教师：陈教师：陈 丰丰邮箱：邮箱：fengchen_http:/ 知识回顾和问题知识回顾和问题知识回顾知识回顾: :1 1、知道了、知道了“学什么，为什么学，如何学学什么，为什么学，如何学”的问题；的问题；2 2、几个名词和概念；、几个名词和概念；3 3、机械设计的总体原则和一般程序；、机械设计的总体原则和一般程序；4 4、零件设计的一般程序。、零件设计的一般程序。问题：问题：1、本课程的研究对象是什么？主要任务是什么？、本课程的研究对象是什么？主要任务是什么？2、从功能方面谈谈机械的组成。、从功能方面谈谈机械

2、的组成。3、什么叫机械零部件的失效？、什么叫机械零部件的失效？安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 第二章第二章 机械零件的强度机械零件的强度【计划学时计划学时】2-3学时学时【主要内容主要内容】机械零件的工作能力和计算准则，机械零件的设机械零件的工作能力和计算准则，机械零件的设计方法，载荷与应力分类，计方法，载荷与应力分类，【学习目标学习目标】了解了解机械零件的工作能力和计算准则以及设计方机械零件的工作能力和计算准则以及设计方法，法，掌握掌握 【重点难点重点难点】重点是重点是掌握掌握变应力的种类和基本参数，材料简化变应力的种类和基本参数，材料简化极限应力图和零件简化应

3、力图的意义及应用极限应力图和零件简化应力图的意义及应用。 安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 第第1节节 机械零件的工作能力和计算准则机械零件的工作能力和计算准则第第2节节 载荷与应力的分类载荷与应力的分类第第3节节 静应力时机械零件的强度计算静应力时机械零件的强度计算第第4节节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算第第5节节 机械零件的接触强度（自学）机械零件的接触强度（自学）主主 要要 内内 容容安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 1 1 机械零件的工作能力和计算准则机械零件的工作能力和计算准则1.1 1.1 机械零件的主要失效形

4、式和工作能力机械零件的主要失效形式和工作能力1 1） 机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式机械零件的主要失效形式整体断裂：整体断裂：拉，压，弯，扭，剪拉，压，弯，扭，剪零件表面的破坏：零件表面的破坏：磨损、腐蚀、接触疲劳磨损、腐蚀、接触疲劳破坏正常工作条件引起的失效：破坏正常工作条件引起的失效：打滑，共振，胶合打滑，共振，胶合过大的残余应力：过大的残余应力：热应力，机械应力等热应力，机械应力等 安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 2 2） 机械零件的工作能力机械零件的工作能力 零件不发生失效的安全工作限度称为零件不发生失效的安全工作限度称

5、为工作能力工作能力。对载荷。对载荷 而言的工作能力称为而言的工作能力称为承载能力承载能力。有时，零件工作能力是针对。有时，零件工作能力是针对变形、速度、温度或压力而言的安全工作限度。变形、速度、温度或压力而言的安全工作限度。 机械零件设计的基本要求机械零件设计的基本要求： 避免在预期寿命期内失效的要求（避免在预期寿命期内失效的要求（强度、刚度、耐磨性、振强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、可靠性动稳定性、可靠性等）等） 结构工艺性的要求结构工艺性的要求 经济性要求经济性要求 质量小的要求质量小的要求 可靠性要求可靠性要求1 1 机械零件的工作能力和计算准则机械零件的工作能力和计算准则安徽科技学院机

6、电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 1 1 机械零件的工作能力和计算准则机械零件的工作能力和计算准则1.2 1.2 机械零件的设计计算准则机械零件的设计计算准则安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 1 1 机械零件的工作能力和计算准则机械零件的工作能力和计算准则1.3 1.3 机械零件的设计方法机械零件的设计方法( (一般设计方法一般设计方法) )（1 1） 理论设计理论设计 1 1）根据使用要求，选择零件的）根据使用要求，选择零件的类型和结构类型和结构。 2 2）根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。）根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。 名

7、义载荷（名义载荷（F F、P P、T T）：力学公式计算出的载荷。：力学公式计算出的载荷。 但：由于载荷作用的不平稳性、分布的不均匀性等但：由于载荷作用的不平稳性、分布的不均匀性等 因素，因素，实际载荷大于名义载荷。实际载荷大于名义载荷。载荷系数载荷系数K K 计算载荷计算载荷( (F Fc c、P Pc c、T Tc c)=)=载荷系数载荷系数名义载荷名义载荷 3 3）选择适当的材料。）选择适当的材料。 4 4）根据零件工作能力准则，确定零件的主要尺寸）根据零件工作能力准则，确定零件的主要尺寸 两种计算方法：两种计算方法： a a）设计计算：直接求出危险截面尺寸）设计计算：直接求出危险截面尺

8、寸A A。FA 安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 1 1 机械零件的工作能力和计算准则机械零件的工作能力和计算准则 b b）校核计算：其他方法初步设计）校核计算：其他方法初步设计 验算。验算。 5 5）画零件图。）画零件图。（2 2） 经验设计经验设计 根据经验关系式，用类比的方法所进行的设计。根据经验关系式，用类比的方法所进行的设计。 如：箱体、传动件各个结构要素等如：箱体、传动件各个结构要素等 （3 3） 模型实验设计模型实验设计 把初步设计的零、部件或机器作成小模型或小尺寸样机把初步设计的零、部件或机器作成小模型或小尺寸样机 进行实验。进行实验。 如：如：飞机

9、、桥梁、风力发电设备飞机、桥梁、风力发电设备等的风洞实验，等的风洞实验，水轮机水轮机、轮船、潜艇、轮船、潜艇等的水洞实验。等的水洞实验。 ?AF安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 2 2 载荷与应力的分类载荷与应力的分类2.1、载荷的分类、载荷的分类 随机变载荷随机变载荷变载荷：变载荷：静载荷静载荷:如锅炉的压力、匀速转动的离心力、自重等。如锅炉的压力、匀速转动的离心力、自重等。循环变载荷循环变载荷稳定循环变载荷：稳定循环变载荷：不稳定循环变载荷：不稳定循环变载荷：如汽车、农业机械等。如汽车、农业机械等。计算载荷计算载荷 PcaKPPca载荷系数载荷系数 K载荷载荷名

10、义载荷名义载荷 P安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 2 2 载荷与应力的分类载荷与应力的分类静应力静应力:2.2 应力的分类应力的分类1） 应力种类应力种类变应力：变应力： 稳定循环变应力稳定循环变应力: :应力变化周期、应力幅和平均应力均应力变化周期、应力幅和平均应力均不随时间而改变者；不随时间而改变者； 非对称循环变应力非对称循环变应力脉动循环变应力脉动循环变应力对称循环变应力对称循环变应力安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 2 2 载荷与应力的分类载荷与应力的分类随机变应力随机变应力规律性不稳定变应力规律性不稳定变应力不稳定变应力不稳

11、定变应力2） 稳定循环变应力的基本参数和种类稳定循环变应力的基本参数和种类 a)a)基本参数基本参数: : 2minmaxm2minmaxa平均应力平均应力:应力幅应力幅:ammaxammin最大应力最大应力:最小应力最小应力:安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 2 2 载荷与应力的分类载荷与应力的分类应力循环特性应力循环特性: :maxmin11b) b) 稳定循环变应力种类：稳定循环变应力种类： -1 +1 不对称循环变应力不对称循环变应力 = 0 脉动循环变应力脉动循环变应力 = +1 静应力静应力 = 1 对称循环变应力对称循环变应力注意：注意：静应力只能由静

12、载荷产生，而变应力可能由变载荷产生，静应力只能由静载荷产生，而变应力可能由变载荷产生，也可能由静载荷产生！？也可能由静载荷产生！？安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 2 2 载荷与应力的分类载荷与应力的分类名义应力名义应力由名义载荷产生的应力由名义载荷产生的应力计算应力计算应力由计算载荷产生的应力由计算载荷产生的应力 )()(caca3） 名义应力和计算应力名义应力和计算应力安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 3 3 静应力时机械零件的强度计算静应力时机械零件的强度计算3.1 单向应力下的塑性零件单向应力下的塑性零件 ssscascassss

13、cascas强度条件：强度条件：或：或：（失效形式：塑性变形失效形式：塑性变形） 3.2 复合应力时的塑性材料零件复合应力时的塑性材料零件按第三或第四强度理论对弯扭复合应力进行强度计算按第三或第四强度理论对弯扭复合应力进行强度计算 由第三强度理论：由第三强度理论：（最大剪应力理论）（最大剪应力理论） 由第四强度理论：由第四强度理论： （最大变形能理论）（最大变形能理论） （失效形式：塑性变形失效形式：塑性变形）/422ssca/322ssca安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 3 3 静应力时机械零件的强度计算静应力时机械零件的强度计算)(222sssssca22ss

14、ssssca复合应力计算安全系数为：复合应力计算安全系数为：或：或：3.3 脆性材料与低塑性材料脆性材料与低塑性材料脆性材料极限应力：脆性材料极限应力： 强度极限强度极限 （失效形式：断裂失效形式：断裂） sBcasscaBsBcasscaB1 1） 单向应力状态单向应力状态强度条件：强度条件：或：或：安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 3 3 静应力时机械零件的强度计算静应力时机械零件的强度计算按第一强度条件：（最大主应力理论）按第一强度条件：（最大主应力理论） )4(2122sBca4222ssBca2 2） 复合应力下工作的零件复合应力下工作的零件注意：注意：(

15、1) (1) 低塑性材料强度计算应计入应力集中的影响。低塑性材料强度计算应计入应力集中的影响。(2) (2) 脆性材料强度计算不考虑应力集中。脆性材料强度计算不考虑应力集中。(3) (3) 一般工作期内应力变化次数一般工作期内应力变化次数10103 3（10104 4），按静），按静 应力强度计算。应力强度计算。安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 知识回顾和问题知识回顾和问题知识回顾知识回顾: :1 1、机械零件的主要失效形式；、机械零件的主要失效形式；2 2、机械零件的工作能力和计算准则；、机械零件的工作能力和计算准则；3 3、载荷与应力的分类；、载荷与应力的分类；

16、4 4、静应力时机械零件强度计算（材料力学）。、静应力时机械零件强度计算（材料力学）。问题：问题：1、机械零件的主要失效形式有哪些？设计计算准则有哪些？、机械零件的主要失效形式有哪些？设计计算准则有哪些？2、稳定循环变应力的基本参数和种类有哪些？。、稳定循环变应力的基本参数和种类有哪些？。3、应力循环特性、应力循环特性表示意义？表示意义？4、 =1，-1,0分别表示何种应力类型？分别表示何种应力类型？安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算比例极限：比例极限：弹性极限：弹性极限：屈服极限或屈服强度：屈服极限或屈服强度：抗

17、拉强度：抗拉强度：最大断裂强度：最大断裂强度：安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算比例极限：比例极限： 弹性极限：弹性极限：屈服极限或屈服强度：屈服极限或屈服强度：抗拉强度：抗拉强度：最大断裂强度：最大断裂强度： 疲劳极限：疲劳极限：安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算（1 1） 失效形式：失效形式：疲劳断裂。疲劳断裂。（2 2） 疲劳破坏特征：疲劳破坏特征： 1 1）断裂过程：）断裂过程：产生初始裂纹产生初始裂纹 （应力较大处）（应力较大

18、处） 裂纹尖端在切应力作用下，反复扩裂纹尖端在切应力作用下，反复扩 展，直至产生疲劳断裂。展，直至产生疲劳断裂。4.1 变应力作用下机械零件的失效特征变应力作用下机械零件的失效特征安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 2 2）断裂面：）断裂面： 光滑区（疲劳发展区）光滑区（疲劳发展区） 粗糙区（脆性断裂区）粗糙区（脆性断裂区） 3 3）无明显塑性变形的脆性突然断裂）无明显塑性变形的脆性突然断裂 4 4）破坏时的应力（疲劳极限）远小于材料的屈服极限。）破坏时的应力（疲劳极限）远小于材料的屈服极限。 4.1 变应力作用下

19、机械零件的失效特征变应力作用下机械零件的失效特征安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算（4 4）影响因素：不仅与）影响因素：不仅与材料性能材料性能有关，变应力的有关，变应力的循环特性循环特性， 应力循环次数应力循环次数，应力幅应力幅都对疲劳极限有很大影响都对疲劳极限有很大影响。（3 3）疲劳破坏的机理：损伤的累积。）疲劳破坏的机理：损伤的累积。)( NN 疲劳极限，应力循环特性疲劳极限，应力循环特性下应力循环下应力循环N次次后材料不发生疲劳破坏时的后材料不发生疲劳破坏时的最大应力最大应力。疲劳寿命（疲劳寿命（N） 材料

20、疲劳失效前所经历的应力循环次数材料疲劳失效前所经历的应力循环次数N（1 1）疲劳曲线：应力循环特性）疲劳曲线：应力循环特性一定时，材料的疲劳极限与应力一定时，材料的疲劳极限与应力循环次数之间关系的曲线循环次数之间关系的曲线。安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算1）有限寿命区）有限寿命区 N103(104) 高周循环疲劳。高周循环疲劳。N0 循环基数循环基数 持久极限持久极限注意：注意：大多数通用机械零件及专用零件的失效都是高周大多数通用机械零件及专用零件的失效都是高周循环疲劳引起的。循环疲劳引起的。安徽科技学院机电与

21、车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算2 2）无限寿命区）无限寿命区0NN N 持久极限持久极限对称循环：对称循环：脉动循环：脉动循环：0011注意：注意：1 1）有色金属和高强度合金钢无无限寿有色金属和高强度合金钢无无限寿命区命区! !2 2）无限寿命：指零件所受到的变应力水平低于）无限寿命：指零件所受到的变应力水平低于或等于材料的疲劳极限，工作应力总循环次数可或等于材料的疲劳极限，工作应力总循环次数可以大于循环基数，并不是说永远不会破坏。以大于循环基数，并不是说永远不会破坏。3 3）疲劳曲线方程）疲劳曲线方程)10(10(043NN

22、 0NCNmmN随循环次数随循环次数疲劳极限疲劳极限。安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算NmNKNN0mNNNK0寿命系数寿命系数几点说明：几点说明： N0 循环基数，与材料性质有关。循环基数，与材料性质有关。 钢钢: 硬度硬度350HBS， N0=107 350HBS， N0=(1025)x107 有色金属有色金属: 疲劳曲线无水平部分，规定当疲劳曲线无水平部分，规定当N025x107 时，近似为无限寿命区。时，近似为无限寿命区。安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳

23、强度计算机械零件的疲劳强度计算 m 材料常数，与应力及材料的种类有关。材料常数，与应力及材料的种类有关。m =9 拉、弯曲应力、剪应力。拉、弯曲应力、剪应力。m =6 接触应力。接触应力。m =9 弯曲应力。弯曲应力。m =8 接触应力接触应力。钢：钢：青铜：青铜： 应力循环特性应力循环特性越大，材料的疲劳极限与持久极限越大，越大，材料的疲劳极限与持久极限越大，对零件强度越有利。对零件强度越有利。 对称循环（应力循环特性对称循环（应力循环特性= =- -1 1）最不利！）最不利！安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算以

24、以 为横坐标、为横坐标、 为纵坐标，即可得材料在不同应力循为纵坐标，即可得材料在不同应力循环特性下的环特性下的 曲线，即为曲线，即为材料的疲劳极限应力图材料的疲劳极限应力图。mamamaxmin),(ammax每种应力循环特性下都对应着该材料的最大应力每种应力循环特性下都对应着该材料的最大应力再由应力循环特性可求出再由应力循环特性可求出（2 2） 材料的疲劳极限应力图材料的疲劳极限应力图（注意与材料疲劳曲线的区别）（注意与材料疲劳曲线的区别） 同一种材料在不同的应力循环特性下的疲劳极限图同一种材料在不同的应力循环特性下的疲劳极限图。安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院

25、4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算抗拉强度极限点抗拉强度极限点 如图如图 AB曲线上曲线上的点对应着不同的点对应着不同应力循环特性应力循环特性下的材料疲劳极下的材料疲劳极限限),0(1A)0,(BB)2,2(00D )0,(sC对称疲劳极限点对称疲劳极限点脉动疲劳极限点脉动疲劳极限点屈服极限点屈服极限点安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算材料的简化极限应力线图，可根据材料的三个试验数据材料的简化极限应力线图，可根据材料的三个试验数据 而作出而作出。s,01 折线以内为疲劳和塑性安全区，折线以外为疲劳

26、和塑性失折线以内为疲劳和塑性安全区，折线以外为疲劳和塑性失效区，工作应力点离折线越远，安全程度愈高。效区，工作应力点离折线越远，安全程度愈高。安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 应力集中、零件尺寸和表面状态应力集中、零件尺寸和表面状态三项因素对机械零件三项因素对机械零件的疲劳强度影响最大的疲劳强度影响最大! 4.3 影响机械零件疲劳强度的主要因素和零件极限应力图影响机械零件疲劳强度的主要因素和零件极限应力图（1）应力集中的影响）应力集中的影响有效应力集中系数有效应力集中系数 )(kk 零件受载时，在几何形状突变处（

27、零件受载时，在几何形状突变处（直角、凹槽、孔直角、凹槽、孔等）等）要产生应力集中，对应力集中的敏感程度与零件的材料有关。要产生应力集中，对应力集中的敏感程度与零件的材料有关。) 1(1) 1(1qkqkmaxmax安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算) 1(1) 1(1qkqkmaxmax,)(maxmax)()(qq为考虑零件几何形状的理论应力集中系数为考虑零件几何形状的理论应力集中系数 应力集中源处名义应力应力集中源处名义应力 材料对应力集中的敏感系数材料对应力集中的敏感系数 应力集中源处最大应力应力集中源处最大

28、应力 （2）零件尺寸的影响）零件尺寸的影响尺寸系数尺寸系数 )( 由于由于零件尺寸愈大零件尺寸愈大时，材料的晶粒较粗，出现缺陷的时，材料的晶粒较粗，出现缺陷的概率大，而机械加工后表面冷作硬化层相对较薄，所以对概率大，而机械加工后表面冷作硬化层相对较薄，所以对零件疲劳强度的零件疲劳强度的不良影响愈显著不良影响愈显著 。安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 （3）表面状态的影响）表面状态的影响 1）表面质量系数）表面质量系数)(零件加工的表面质量（主要指表面粗糙度）对疲劳强度零件加工的表面质量（主要指表面粗糙度）对疲劳强度的影响。的影响。 钢的钢的 越高，表面愈粗糙，越高，

29、表面愈粗糙， 愈低。愈低。 B)(强化处理强化处理淬火、渗氮、渗碳、热处理、抛光、喷丸、滚压等。淬火、渗氮、渗碳、热处理、抛光、喷丸、滚压等。q2）表面强化系数）表面强化系数考虑对零件进行不同的强化处理，对零件疲劳强度的影响。考虑对零件进行不同的强化处理，对零件疲劳强度的影响。查相关表。查相关表。4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 应力集中，零件尺寸和表面状态只对应力幅有影响，而应力集中，零件尺寸和表面状态只对应力幅有影响，而对平均应力无影响。对平均应力无影响。（

30、4）综合影响系数）综合影响系数 和零件的极限应力图和零件的极限应力图)(KK 综合影响系数表示了综合影响系数表示了材料材料极限应力幅与极限应力幅与零件零件极限应力幅极限应力幅的比值。的比值。qqKKKK1) 11(1) 11()(KK1）综合影响系数）综合影响系数)()()()(11劳极限零件试件对称循环的疲劳极限标准试件对称循环的疲对称循环零件的极限应力幅标准试件的极限应力幅eaeaK安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算2)2)零件零件的极限应力图的极限应力图 由于由于 只对只对 有影响，而对有影响，而对 无影响，

31、所以在无影响，所以在材料材料的极限应力图的极限应力图 A D G C上几个特殊点以坐标计入上几个特殊点以坐标计入 影响影响 零件零件的简化极限应力图。的简化极限应力图。 Kamk零件脉动循环疲劳点零件脉动循环疲劳点 )/, 0(1KA)2/, 2/(00KD零件对称循环疲劳点零件对称循环疲劳点GC 零件屈服极限曲线零件屈服极限曲线 AG 零件许用疲劳极限曲线零件许用疲劳极限曲线安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算直线直线AG方程方程 :meeaeek11meaek1 或直线直线CG方程：方程： smeae 零件的材料

32、特性零件的材料特性 e 001 21Kkee0012 标准试件的材料特性标准试件的材料特性,meae 零件的极限应力幅和极限平均应力。零件的极限应力幅和极限平均应力。 安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算4.4 单向稳定变应力时的疲劳强度计算单向稳定变应力时的疲劳强度计算 1） 大多数转轴中的应力状态大多数转轴中的应力状态 Cmaxmin/常数11 2/ )(2/ )(minmaxminmaxma已知零件危险断面的最大工作已知零件危险断面的最大工作应力和最小工作应力，求对应应力和最小工作应力，求对应于于M点的零件的极

33、限应力（疲点的零件的极限应力（疲劳极限）劳极限） 过原点与工作应力点过原点与工作应力点M或或N作连线交作连线交ADGC于于M1或或N1点。点。 此直线上任一点的应力循环特性均相同。此直线上任一点的应力循环特性均相同。 M1或或N1点即为所求的极限应力点。点即为所求的极限应力点。 安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算a)当工作应力点位于当工作应力点位于OAG内内 极限应力为疲劳极限，按极限应力为疲劳极限，按疲劳强度计算。疲劳强度计算。联解联解OM和和AG两直线方程两直线方程即可求得即可求得M1坐标坐标 ，纵横坐，纵横坐

34、标加起来既可得到零件的标加起来既可得到零件的极限应力极限应力mamaammeaeeKKmax11maxlim)(零件的极限应力（疲劳极限）：零件的极限应力（疲劳极限）：强度条件：强度条件： 1maxmaxmaxlimsKsmaeca安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算b)当工作应力点位于当工作应力点位于OGC内内极限应力为屈服极限，极限应力为屈服极限，按静强度计算。按静强度计算。maxmaxlimssamsseca 强度条件：强度条件： 安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的

35、疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算2） 振动中的受载弹簧的应力状态振动中的受载弹簧的应力状态cm 过工作应力点过工作应力点M（N）作与纵轴平行的轴线交）作与纵轴平行的轴线交AG(GC) 于于M2 （N2 ）点。）点。 此直线上任一点的都具有相同的平均应力值。此直线上任一点的都具有相同的平均应力值。 M2 或或N2 点即为所求的极限应力点。点即为所求的极限应力点。 安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算a) 当工作应力点位于当工作应力点位于OAGH区域内区域内强度条件：强度条件： )()(1maxmaxmaxlimsKK

36、sammca 极限应力为疲劳极限，按极限应力为疲劳极限，按疲劳强度疲劳强度计算。计算。b）工作应力点位于工作应力点位于GHC区域内区域内强度条件为：强度条件为： maxlimssamsca 极限应力为屈服极限，按极限应力为屈服极限，按静强度静强度计算。计算。安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算3） 轴向变载荷轴向变载荷的紧螺栓联接中的螺栓应力的紧螺栓联接中的螺栓应力状态状态 cmin 过工作应力点过工作应力点M（N）作与横坐标成作与横坐标成45的直线，的直线， 则这直线任一点的最小应力则这直线任一点的最小应力 均相同

37、。均相同。 直线与极限应力线图交点直线与极限应力线图交点 即为所求极限应力点。即为所求极限应力点。 cammin ammin)(33NM安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算a)a)工作应力点位于工作应力点位于OJGIOJGI内内 极限应力为疲劳极限，按极限应力为疲劳极限，按疲疲劳强度劳强度计算。计算。求求AG与与MM3 的交点的交点:KKmeaeemin1maxlim)(2 )2)()(2)()(2minmin1min1maxlimSKKkKSaameca强度条件强度条件: :aememeeaeeKK11aeamae

38、me min安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算),(3aemeNesaemelim 2minmaxlimSSasamseca b)工作应力点位于工作应力点位于IGC区域内区域内 极限应力点为极限应力点为强度条件：强度条件： 极限应力为屈服极限，极限应力为屈服极限，按按静强度静强度计算。计算。安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算注意：注意：1）若零件所受应力变化规律不能肯定，一般采用）若零件所受应力变化规律不能肯定，一般采用 =C的的情况计

39、算。情况计算。2）上述计算均为按无限寿命进行零件设计，若按有限寿命）上述计算均为按无限寿命进行零件设计，若按有限寿命要求设计零件时，即应力循环次数要求设计零件时，即应力循环次数103(104)NNo时，这时，这时上述公式中的极限应力应为有限寿命的疲劳极限：时上述公式中的极限应力应为有限寿命的疲劳极限： ，即应以，即应以-1N 代代-1 ，以，以oN代代o 。mNNN0安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 4 4 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算注意：注意：5）等效应力幅：）等效应力幅： 3）当未知工作应力点所在区域时，应同时考虑可能出现）当未知工作应力点所在

40、区域时，应同时考虑可能出现的两种情况。的两种情况。4）对切应力上述公式同样适用，只需将）对切应力上述公式同样适用，只需将改为改为即可。即可。 1maxlimsKsmaecamaadK安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 5 5 机械零件的接触强度（自学）机械零件的接触强度（自学） 高副零件工作时，理论上是点接触或线接触高副零件工作时，理论上是点接触或线接触实际上由于实际上由于接触部分的局部弹性变形而形成面接触接触部分的局部弹性变形而形成面接触由于接触面积很小，由于接触面积很小，使表层产生的局部应力却很大。该应力称为使表层产生的局部应力却很大。该应力称为接触应力接触应力。

41、 在表面接触应力作用下的零件强度称为在表面接触应力作用下的零件强度称为接触强度接触强度。 计算依据：弹性力学的赫兹公式。计算依据：弹性力学的赫兹公式。 )1()1()1(222121maxEEbFH 5.1 接触应力接触应力a) 两圆柱体接触两圆柱体接触 bFEEEEH418. 0, 3 . 0max2121安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 b)b)两球接触两球接触3222121max11161EEFH 322max2121388. 0, 3 . 0 FEEEEH时综合曲率半径综合曲率半径 内接触外接触21111 说明：说明：1）圆柱体：）圆柱体： ，球：，球： H

42、max 与与F不呈线性关系。不呈线性关系。21maxFH31maxFH5 5 机械零件的接触强度（自学）机械零件的接触强度（自学）安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 5 5 机械零件的接触强度（自学）机械零件的接触强度（自学）3）同样的）同样的1、2下，内接触时下，内接触时较大，较大， Hmax 较小，较小， 约约为外接触时的为外接触时的48%。 重载情况下，采用内接触，有利于提高承载能力或重载情况下，采用内接触，有利于提高承载能力或 降低接触副的尺寸。降低接触副的尺寸。 2）圆柱体：）圆柱体： ，球：，球： 越大，越大， Hmax 越小。越小。211maxpH321

43、maxpH5.2 失效形式失效形式 静应力静应力: 表面压碎表面压碎 脆性材料脆性材料 表面塑性变形表面塑性变形 塑性材料塑性材料 变应力：疲劳点蚀变应力：疲劳点蚀齿轮、滚动轴承的常见失效形式。齿轮、滚动轴承的常见失效形式。安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 5 5 机械零件的接触强度（自学）机械零件的接触强度（自学）5.3 提高接触疲劳强度的措施提高接触疲劳强度的措施 1）控制最大接触应力）控制最大接触应力 。 2）提高接触表面硬度，改善表面加工质量。）提高接触表面硬度，改善表面加工质量。 3）增大综合曲率半径）增大综合曲率半径 。 4）改外接触为内接触，点接触改外

44、接触为内接触，点接触线接触。线接触。 5）采用高粘度润滑油）采用高粘度润滑油 。HHmax安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 知识回顾和问题知识回顾和问题知识回顾知识回顾: :1 1、机械零件的主要失效形式；、机械零件的主要失效形式；2 2、机械零件的工作能力和计算准则；、机械零件的工作能力和计算准则；3 3、载荷与应力的分类；、载荷与应力的分类；4 4、静应力时机械零件强度计算（材料力学）。、静应力时机械零件强度计算（材料力学）。5 5、机械零件疲劳强度计算：材料的疲劳曲线和极限应力线图、机械零件疲劳强度计算：材料的疲劳曲线和极限应力线图问题：问题：1、机械零件的主

45、要失效形式有哪些？、机械零件的主要失效形式有哪些？2、稳定循环变应力的基本参数和种类有哪些？。、稳定循环变应力的基本参数和种类有哪些？。3、材料的疲劳曲线如何建立？疲劳曲线方程中参数的意义？、材料的疲劳曲线如何建立？疲劳曲线方程中参数的意义？4、材料的简化极限应力线图如何建立？生产中如何应用？、材料的简化极限应力线图如何建立？生产中如何应用？安徽科技学院机电与车辆工程学院安徽科技学院机电与车辆工程学院 预预 习习1、摩擦、磨损及润滑定义，预防措施等。、摩擦、磨损及润滑定义，预防措施等。2、摩擦与润滑在汽车上的应用：发动机、变速器、差速器、摩擦与润滑在汽车上的应用：发动机、变速器、差速器、汽车轮胎、车轮轴承等；、汽车轮胎、车轮轴承等；3、汽车制动系统如何利用摩擦进行工作？、汽车制动系统如何利用摩擦进行工作？4、如何防止汽车运行中的磨损？、如何防止汽车运行中的磨损？5、请你对汽车中的有关摩擦、磨损现象进行系统论述。（、请你对汽车中的有关摩擦、磨损现象进行系统论述。（小论文或大作业）小论文或大作业）