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1、在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3-13-1 材料的疲劳特性材料的疲劳特性3-23-2 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算3-33-3 机械零件的抗断裂强度机械零件的抗断裂强度3-43-4 机械零件的接触强度机械零件的接触强度第三章 机械零件的强度3-53-5 机械零件可靠性设计简介机械零件可靠性设计简介在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日
2、常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第三章第三章 机械零件的强度机械零件的强度u强度理论强度理论:是判断材料在复杂应力状态下是否破坏的理论。材料是判断材料在复杂应力状态下是否破坏的理论。材料在外力作用下有两种不同的破坏形式：在外力作用下有两种不同的破坏形式：一是在不发生显著一是在不发生显著塑性变形塑性变形（永久变形永久变形）时的突然断裂）时的突然断裂,称称为为脆性脆性破坏破坏;二是因发生显著塑性变形而不能继续承载的破坏，称为二是因发生显著塑性变形而不能继续承载的破坏，称为塑塑性性破坏。破坏的原因十分复杂。破坏。破坏的原因十分复杂。
3、u应力应力:单位面积上所承受的附加内力。单位面积上所承受的附加内力。u屈服极限屈服极限s s ：材料材料受外力到一定限度时，即使不增加受外力到一定限度时，即使不增加负荷负荷它仍继续发生明显的它仍继续发生明显的塑性变形塑性变形。这种现象叫。这种现象叫“屈服屈服”。发生屈服现象时的发生屈服现象时的应力应力，称屈服极限。，称屈服极限。u强度极限强度极限B B：材料在受力过程中，从开始加载直至断裂材料在受力过程中，从开始加载直至断裂 的整个过程中，按杆件原截面计算所能达的整个过程中，按杆件原截面计算所能达 到的最大应力值。到的最大应力值。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己
4、在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第三章第三章 机械零件的强度机械零件的强度u静应力下的许用应力静应力下的许用应力静应力下，零件材料的破坏形式：静应力下，零件材料的破坏形式：断裂断裂或或塑性变形。塑性变形。1.1.塑性材料的许用应力塑性材料的许用应力:取屈服极限取屈服极限S S 作为极限应力作为极限应力,许用应力为：许用应力为：2.2.脆性材料的许用应力：脆性材料的许用应力：取强度极限取强度极限B B 作为极限应力作为极限应力,许用应力为：许用应力为：u变应力下的许用应力变应力下的许用
5、应力变应力下，零件变应力下，零件材料的破坏形式材料的破坏形式:疲劳断裂。疲劳断裂。u材料的分类材料的分类:（1 1）塑性材料：）塑性材料：钢，钢，含碳量含碳量2%2%2%在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么健身增肌健身增肌 二次发育二次发育WeiXinTaoBao在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到
6、自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么载荷载荷 载荷是机械设计中的重要参数，是重要的设计载荷是机械设计中的重要参数，是重要的设计目标之一，也是造成失效的重要原因，机器在工作目标之一，也是造成失效的重要原因，机器在工作时所出现的载荷是力和力矩。时所出现的载荷是力和力矩。2 2、载荷分类、载荷分类l 静载荷：大小、作用位置和方向不随时间变化或静载荷：大小、作用位置和方向不随时间变化或缓慢变化的载荷。缓慢变化的载荷。l 动载荷：大小、方向、位置随时间变化（周期或动载荷：大小、方向、位置随时间变化（周期或非周期）的载荷。即循环变载荷或随机（变）载荷非周期）的载荷。即循环变载荷或随机（变）载荷 1
7、 1、载荷、载荷在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么机器正常工作时所受的实际载荷机器正常工作时所受的实际载荷 (一般难以确定一般难以确定)n名义载荷：名义载荷：n工作载荷：工作载荷：功率功率 kWkW转速转速 r/minr/minn计算载荷：计算载荷：载荷系数载荷系数(考虑各种附加载荷考虑各种附加载荷)按原动机功率求得按原动机功率求得(理想状态下理想状态下)P Pc c=KP=KP（F F、P P、T T）考虑原动机、工作机
8、、零件受力不均匀等考虑原动机、工作机、零件受力不均匀等因素影响而设计出的载荷因素影响而设计出的载荷在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么应力应力静应力：静应力：不随时间而变的应力不随时间而变的应力变应力：变应力：随机随机变应力变应力 ：变化无规律变化无规律仅讨论稳定循环变应力仅讨论稳定循环变应力不随时间变化不随时间变化稳定循环变应力稳定循环变应力 规律性不稳定变应力规律性不稳定变应力 之一随时之一随时间变化间变化在日常生活中，
9、随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3-1 3-1 材料的疲劳特性材料的疲劳特性u零件疲劳破坏的过程：零件疲劳破坏的过程：疲劳裂纹源疲劳裂纹源 微观裂纹扩展微观裂纹扩展 宏观裂纹扩展宏观裂纹扩展 瞬时断裂瞬时断裂u疲劳裂纹源：疲劳裂纹源：表面滑移带、晶界表面滑移带、晶界 、内部非金属夹杂物、内部非金属夹杂物、表面机械划伤、焊接裂纹、锻造缺陷、零件的轴肩、表面机械划伤、焊接裂纹、锻造缺陷、零件的轴肩、键槽、缺口等。键槽、缺口等。u疲劳破坏的
10、特点：疲劳破坏的特点：1.1.破坏时应力破坏时应力远小于远小于B B,甚至甚至小于小于S S。2.2.脆性和塑性材料都表现为突然脆性和塑性材料都表现为突然 脆性断裂。破坏前无明显塑性变形。脆性断裂。破坏前无明显塑性变形。3.3.破坏断口表面明显地分层：破坏断口表面明显地分层：光滑表面疲劳区光滑表面疲劳区和和粗糙表面断裂区粗糙表面断裂区。疲劳是零件长期在疲劳是零件长期在变应力变应力条件下工作引起的。条件下工作引起的。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你
11、认为浪费这一点点算不了什么3-1 3-1 材料的疲劳特性材料的疲劳特性循环变应力的描述循环变应力的描述:m m 平均应力；平均应力；a a应力幅值应力幅值maxmax 最大应力；最大应力；minmin 最小应力最小应力 r r 应力比（循环特性）应力比（循环特性）r=-1 对称循环变应力对称循环变应力r=0 脉动循环变应力脉动循环变应力r=1 静应力静应力 非对称循环变应力非对称循环变应力典型循环变应力典型循环变应力s s0s s-1s s+1在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许
12、你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么几种稳定循环变应力几种稳定循环变应力(1)变应力参数变应力参数 (以正应力以正应力为例、可将为例、可将替换替换)最大应力最大应力最小应力最小应力应力幅应力幅平均应力平均应力(2)对称循环变应力对称循环变应力循环特征循环特征(3)脉动循环变应力脉动循环变应力(4)静应力静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非对称循环变应力非对称循环变应力已知已知 2 个参数个参数可确定其余参数可确定其余参数静应力静应力在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中
13、，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3-13-1材料的疲劳特性材料的疲劳特性表示在表示在给定循环特性下给定循环特性下,N N 的关系。的关系。CD 段段：N10 4 高周疲劳高周疲劳 r N r N 有限寿命疲劳极限有限寿命疲劳极限脉动脉动循环时，循环时，弯曲疲劳极限弯曲疲劳极限 r r=0 0 对称对称循环时，循环时，弯曲疲劳极限弯曲疲劳极限 r r=-1-1(一一)N N 疲劳曲线疲劳曲线 (实验得出实验得出)rN 循环循环N次的疲劳极限次的疲劳极限 m 寿命指数（钢：寿命指数（钢：m=9）N 试件实际循环次数试件实际循环次数 r D
14、点疲劳极限点疲劳极限,与与N无关无关。N0 人为设定的循环次数人为设定的循环次数 (N0 ND,大：大：N010 7)CDCD曲线上任意点疲劳极限表达式曲线上任意点疲劳极限表达式疲劳曲线方程疲劳曲线方程：AC 段段:N N10 10 4 4 低周疲劳低周疲劳 视其等同静应力强度状况视其等同静应力强度状况 D D点之后点之后：N10 6 高周疲劳高周疲劳r N Dr N D (r r)无限寿命疲劳极限无限寿命疲劳极限s sN 疲劳曲线疲劳曲线10104 4疲劳曲线方程疲劳曲线方程：AB等同静应力等同静应力BC应变疲劳应变疲劳D点以后作用的点以后作用的变应力小于变应力小于D点，点，无论无论N多少次
15、都多少次都不破坏不破坏在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么(二二)等寿命疲劳曲线等寿命疲劳曲线3-13-1材料的疲劳特性材料的疲劳特性线上任一点代表一定应力比时的疲劳极限线上任一点代表一定应力比时的疲劳极限在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么m m a a
16、 曲线：在某一给定的曲线：在某一给定的循环次数时循环次数时,不同应力比的疲劳极限特性。不同应力比的疲劳极限特性。对称循环对称循环极限应力点：极限应力点：AA (0,(0,-1-1)脉动循环脉动循环极限应力点：极限应力点：DD (0 0/2,/2,0 0/2)/2)静应力静应力极限应力点：极限应力点：C C (S S，0)0)AA GG 疲劳强度极限线疲劳强度极限线，线上各点极限应力数值为线上各点极限应力数值为:G CG C 屈服强度极限线屈服强度极限线，线上各点极限应力数值均满足：线上各点极限应力数值均满足：结论：试件结论：试件材料的工作应力，只要在材料的工作应力，只要在A A D D G G
17、 C C区域内，即可满足区域内，即可满足 其最大应力既不超过疲劳极限，又不超过屈服极限。其最大应力既不超过疲劳极限，又不超过屈服极限。3-13-1材料的疲劳特性材料的疲劳特性A GA G直线方程：直线方程：试件受循环弯曲应力时的材料常数试件受循环弯曲应力时的材料常数,碳钢碳钢0.1-0.20.1-0.2；合金钢：；合金钢：0.2-0.30.2-0.3。(AG(AG 直线的斜率直线的斜率)碳钢：碳钢：0.1-0.2合金钢：合金钢：0.2-0.3在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你
18、并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3-2 3-2 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算零件零件的对称循环弯曲疲劳极限的对称循环弯曲疲劳极限-1e-1e 试件试件的对称循环弯曲疲劳极限的对称循环弯曲疲劳极限-1-1k k 应力集中系数应力集中系数 零件尺寸系数零件尺寸系数 表面质量系数表面质量系数q q 零件强化系数零件强化系数AGAG方程：方程：CGCG方程：方程：K 弯曲疲劳极限综合影响系数弯曲疲劳极限综合影响系数脚标脚标表示在正应力条件下表示在正应力条件下零件受几何形状、零件尺寸、表面质量、强零件受几何形状、零件尺寸、表面质量、强化因素影响化因素影响同理对于切应
19、力用同理对于切应力用换即可换即可在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算(一一)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 (只受一种应力只受一种应力)零件的零件的实际工作应力点实际工作应力点 N N、M M零件的零件的疲劳极限应力点疲劳极限应力点 AGC AGC 线上某点线上某点 根据零件工作时所受的约束来根据零件工作时所受的约束来确定确定应力可能发生的
20、变化规律应力可能发生的变化规律，从，从而决定以哪一个点来表示极限应力。而决定以哪一个点来表示极限应力。典型的应力变化规律有以下三种：典型的应力变化规律有以下三种：应力比为常数：应力比为常数：r=Cr=C 平均应力为常数平均应力为常数:m m =C=C 最小应力为常数最小应力为常数:minmin =C=C计算安全系数及疲劳强度条件为：计算安全系数及疲劳强度条件为：S Scaca 计算计算安全系数安全系数 S S 许用许用安全系数安全系数maxmax零件的疲劳零件的疲劳极限极限应力应力maxmax 零件的实际零件的实际工作工作应力应力 求出危险截面上的最大工求出危险截面上的最大工作应力作应力max
21、和最小工作应和最小工作应力力 min，然后求出平均应，然后求出平均应力力m和工作应力幅和工作应力幅a在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么OGA区域内，区域内，零件做零件做疲劳强度疲劳强度疲劳强度疲劳强度计算，计算，MM1 1 点的极限应力值为点的极限应力值为：欲使欲使M M、M M1 1 具有具有相同的相同的应力比，应力比，则它们必在过则它们必在过原点的射线上。原点的射线上。M(M(a a,m m)零件零件实际实际工作应力点
22、工作应力点，M M1 1 (a e a e,me me)零件的零件的极限极限应力点应力点 OGC区域内，区域内，零件做零件做静强度静强度静强度静强度计算，计算，N N1 1点的极限应力值为点的极限应力值为 S S结论：结论：该射线上所有点的该射线上所有点的 应力比均为应力比均为 r=C r=C，M M1 1 为这些点的极限应力点。为这些点的极限应力点。1.1.应力比为常数：应力比为常数：r=Cr=C3-2机械零件的疲劳强度计算在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在
23、浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么222.2.平均应力为常数平均应力为常数:m m =C=CM M 、N N 工作应力点工作应力点MM2 2 、NN2 2 极限应力点极限应力点M MM M2 2 线线 纵轴纵轴，线上各点具有线上各点具有相同的相同的 m m 。3-2机械零件的疲劳强度计算M M 2 2 点的值：点的值：安全系数校核公式：安全系数校核公式：在在HGC区域区域只做只做静强度静强度静强度静强度 计算。计算。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，
24、也许你认为浪费这一点点算不了什么M M 工作应力点工作应力点MM3 3 极限应力点极限应力点M MM M3 3线与线与横轴横轴相交相交 4545，线上各点具有线上各点具有相同的相同的 minmin 。3.3.最小应力为常数最小应力为常数:minmin =C=C3-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 minmin =m m-a a33min安全系数校核公式：安全系数校核公式：在在 IGC区域区域只做只做静强度静强度静强度静强度计算。计算。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的
25、现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么4.4.等效对称循环变应力等效对称循环变应力5.5.较短使用期限时零件的疲劳强度计算较短使用期限时零件的疲劳强度计算 相当于把原来的不对称循环变应力折算为一个对称循环变应力，相当于把原来的不对称循环变应力折算为一个对称循环变应力，且在数值上与原来的不对称循环变应力等效。称为应力的等效转化。且在数值上与原来的不对称循环变应力等效。称为应力的等效转化。当当10104 4N NN N0 0 时，即时，即CDCD段，属于段，属于有限疲劳寿命有限疲劳寿命计算计算，公式中的极限应力应按公式中的极限应力应按rNrN求出。求出。3-2 3-2
26、机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 对于对称循环来说，对于对称循环来说，-1-1 既是最大应力，也是应力幅。既是最大应力，也是应力幅。K Ka a项项本身就是应力幅。如果将本身就是应力幅。如果将m m项看做是折算后的应力幅，则式项看做是折算后的应力幅，则式（3-173-17）就是一个应力幅的比例式。）就是一个应力幅的比例式。式（式（3-173-17）把平均应力折算为应力幅的等效系数。则把平均应力折算为应力幅的等效系数。则在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自
27、己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么规律性不稳定变应力规律性不稳定变应力(二二)单向不稳定变应力时的疲劳强度计算单向不稳定变应力时的疲劳强度计算当损伤率达到当损伤率达到100%100%时，材料即发生疲劳破坏。时，材料即发生疲劳破坏。用统计方法进行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不稳定变应力非规律性非规律性规律性规律性按按损伤累损伤累积积假说假说进行疲劳强度计算进行疲劳强度计算疲劳损伤积累假说疲劳损伤积累假说Z Z 变应力级数变应力级数3-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算材料疲劳曲线材料疲劳曲线故对应于极限状况有：故对应于极限状况有：1 1循环循环1
28、1次次,材料的损伤率为材料的损伤率为1/1/N N1 1。1 1循环循环n n1 1次次,材料的损伤率为材料的损伤率为n n1 1/N N1 1。N N4 4不加到里面不加到里面在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算例题：例题：P31在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食
29、的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么机械零件的疲劳强度计算6（三）双向稳定变应力时的疲劳强度计算（三）双向稳定变应力时的疲劳强度计算M M 零件上同时作用的同相位稳定对称循环零件上同时作用的同相位稳定对称循环切应力切应力a a 和和 正应力正应力 a a。MM 同时作用的切向及法向应力幅的同时作用的切向及法向应力幅的极限值极限值 a a 、a a。工作应力点在工作应力点在AMAMB B弧线弧线内，因而是安全的。内，因而是安全的。对称循环对称循环:a a=maxmax计算安全系数：计算安全系数：3-2 3-2 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算极限应力关
30、系式为：极限应力关系式为：AM AM B B 曲线在坐标系中是一个圆。曲线在坐标系中是一个圆。而：而：在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么（四）提高机械零件疲劳强度的措施（四）提高机械零件疲劳强度的措施 在综合考虑零件的性能要求和经在综合考虑零件的性能要求和经济性后，采用具有高疲劳强度的材料，济性后，采用具有高疲劳强度的材料，并配以适当的并配以适当的热处理热处理和各种表面强化处理。和各种表面强化处理。适当提高零件的适当提高零
31、件的表面质量表面质量，特别是提高有应力集中部位的表面，特别是提高有应力集中部位的表面 加工质量，必要时表面作适当的防护处理。加工质量，必要时表面作适当的防护处理。尽可能降低零件上的尽可能降低零件上的应力集中应力集中的影响，是提高零件疲劳强度的的影响，是提高零件疲劳强度的 首要措施。首要措施。尽可能地减少或消除零件表面可能发生的尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹初始裂纹的尺寸，对于的尺寸，对于 延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。减载槽减载槽 在不可避免地要产生较大应力集在不可避免地要产生较大应力集中的结构处，可采用中
32、的结构处，可采用减载槽减载槽来降来降低应力集中的作用。低应力集中的作用。3-2 3-2 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3机械零件的抗断裂强度3-3 3-3 机械零件的抗断裂机械零件的抗断裂强度强度 低应力脆断：低应力脆断：工作应力工作应力 许用应力许用应力 发生原因：发生原因：大型结构件、焊接件、工作条件复杂、载荷形式多样，大型结构件、焊接件、工作条件复杂、载荷形式多样，高强
33、度材料抵抗裂纹扩展的能力要高强度材料抵抗裂纹扩展的能力要随着强度的增高而下降随着强度的增高而下降。断裂力学断裂力学 是研究带有是研究带有宏观裂纹宏观裂纹或带有尖缺口的结构或构件的或带有尖缺口的结构或构件的 强度和变形规律的学科。强度和变形规律的学科。发生场合：发生场合：高强度高强度或或大型焊接件。大型焊接件。度量含裂纹结构体的强度，判别结构安全性的参数：度量含裂纹结构体的强度，判别结构安全性的参数：K KI IK KIC IC 时，裂纹不会失稳扩展。时，裂纹不会失稳扩展。K KI IK KIC IC 时，裂纹失稳扩展。时，裂纹失稳扩展。提醒设计者：提醒设计者：对高强度材料结构、大型焊接件，对高
34、强度材料结构、大型焊接件，传统的强度理论计算不传统的强度理论计算不 再适用，而应考虑防止发生低应力断裂问题。再适用，而应考虑防止发生低应力断裂问题。K KI I 应力强度因子。应力强度因子。反映裂纹顶端附近各点应力大小的物理量。反映裂纹顶端附近各点应力大小的物理量。K KICIC 断裂韧度。反映材料阻止裂纹失稳扩展的能力。断裂韧度。反映材料阻止裂纹失稳扩展的能力。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3-4 3-4 机械零件的
35、接触强度机械零件的接触强度 接触应力接触应力H H当两零件以点、线相接触时，当两零件以点、线相接触时，其接触的局部引起的应力。其接触的局部引起的应力。其特点是：其特点是：仅在局部仅在局部很小的区域内产生很很小的区域内产生很大的应力。是脉动循环大的应力。是脉动循环变应用。（变应用。（0-0-H H）弹性力学问题：赫兹应力公式：（弹性力学问题：赫兹应力公式：（线接触）线接触）F F 作用于接触面上的总压力。作用于接触面上的总压力。B B 初始接触线总长度。初始接触线总长度。1 1 、2 2 零件沿连心线方向的弹性位移。零件沿连心线方向的弹性位移。1 1、2 2 分别为两零件初始接触线处的曲率半径。
36、分别为两零件初始接触线处的曲率半径。H H 接触面上的应力最大值。接触面上的应力最大值。1、2 泊松比，泊松比，E1、E2 弹性模量弹性模量零件间力传递靠接触来实现零件间力传递靠接触来实现在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3-5 3-5 机械零件可靠性设计简介机械零件可靠性设计简介传统设计方法传统设计方法 将设计变量作为确定性变量。将设计变量作为确定性变量。可靠性设计方法可靠性设计方法 将设计变量考虑为随机变量。将设计变量
37、考虑为随机变量。可靠度可靠度 产品在规定工作条件和寿命下，完成规定产品在规定工作条件和寿命下，完成规定功能的概率。功能的概率。可靠度系数（查表可靠度系数（查表3-12），可查可靠度），可查可靠度r强度限值数学期望强度限值数学期望s应力的数学期望应力的数学期望r强度限值的标准差强度限值的标准差s应力值的标准差应力值的标准差 应力应力 引起失效的外部作用的参数。引起失效的外部作用的参数。强度强度 零件本身抵抗失效的能力零件本身抵抗失效的能力。计算强度高于应力的概率。计算强度高于应力的概率。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常
38、生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么3-5 3-5 机械零件可靠性设计简介机械零件可靠性设计简介例例3-23-2 齿轮材料齿根弯曲疲劳的数学期望齿轮材料齿根弯曲疲劳的数学期望r r=425Mpa,=425Mpa,其标准差其标准差r r=40Mpa.=40Mpa.齿根弯曲应力的数学期望齿根弯曲应力的数学期望s s=325Mpa=325Mpa，其标准差其标准差s s=30Mpa=30Mpa。求齿根弯曲疲劳强度的可靠度。求齿根弯曲疲劳强度的可靠度。查表查表3-12对应可靠度为：对应可靠度为：解：按下式求出解：按下式求出。在日常生活中，随处
39、都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么第三章 机械零件的强度 1.变应力的种类及定义。变应力的种类及定义。2.2.-N-N疲劳曲线、等寿命疲劳曲线中各点、各线段的意义及用途。疲劳曲线、等寿命疲劳曲线中各点、各线段的意义及用途。3.3.根据给定数据，绘制试件和零件的极限应力简图。根据给定数据，绘制试件和零件的极限应力简图。4.4.机械零件的接触强度概念。机械零件的接触强度概念。5.5.maxmax，minmin，m m，a a，-1-1，0 0，
40、r r，N N，N N0 0，K K的物理意义。的物理意义。6.6.掌握单向稳定变应力掌握单向稳定变应力r=c;r=c;m m=c;=c;minmin =c=c 的循环特性。的循环特性。根据工作应力点的位置，确定极限应力点的位置。根据工作应力点的位置，确定极限应力点的位置。7.7.会查本章附录有关线图和数表。会查本章附录有关线图和数表。作业：作业：3-1,3-23-1,3-2知识要点知识要点:在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了
41、什么一、选择一、选择1在进行疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的在进行疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的_。（1）屈服点）屈服点 （2）疲劳极限）疲劳极限 （3）强度极限）强度极限 （4）弹性极限）弹性极限2碳钢与合金钢是按碳钢与合金钢是按_来区分的。来区分的。（1）用途不同）用途不同 （2）材料的强度）材料的强度 （3）材料的塑性）材料的塑性 （4）材）材料的化学成分料的化学成分3在高温下，钢材性能变化的趋势是在高温下，钢材性能变化的趋势是_。（。（1）强度降低）强度降低而硬度增加而硬度增加 （2）强度降低而塑性增加）强度降低而塑性增加 (3)强度和塑性均降低强度和塑性均降低 (4)强度和
42、塑性均增加强度和塑性均增加4在应力变化中，如果周期、应力幅和平均应力有一个不同，在应力变化中，如果周期、应力幅和平均应力有一个不同，则称为则称为_。(1)稳定变应力稳定变应力 (2)非稳定变应力非稳定变应力 (3)非对称循环变应力非对称循环变应力 (4)脉脉动循环变应力动循环变应力5循环特性循环特性r=-1的变应力是的变应力是_变应力。变应力。(1)非稳定非稳定 (2)脉动循环脉动循环 (3)非对称循环非对称循环 (4)对称循环对称循环6在静应力作用下，塑性材料的极限应力为在静应力作用下，塑性材料的极限应力为_ (1)B (2)s (3)0 (4)-17在静应力作用下，脆性材料的极限应力为在静
43、应力作用下，脆性材料的极限应力为_。(1)B (2)s (3)0 (4)-1在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么8塑性材料在脉动循环变应力作用下的极限应力为塑性材料在脉动循环变应力作用下的极限应力为_。(1)B (2)s (3)0 (4)-19在循环变应力作用下，影响疲劳强度的主要因素是在循环变应力作用下，影响疲劳强度的主要因素是_ (1)最大应力最大应力 (2)平均应力平均应力 (3)最小应力最小应力 (4)应力幅应力幅1
44、0零件表面粗糙度增加，承载能力零件表面粗糙度增加，承载能力_。(1)降低降低 (2)提高提高 (3)不变不变11零件的形状、尺寸、结构相同时，磨削加工的零件与精车零件的形状、尺寸、结构相同时，磨削加工的零件与精车加工相比，其疲劳强度加工相比，其疲劳强度_。（1）较高）较高 （2）较低）较低 （3）相同）相同12零件表面经淬火、渗氮、喷九、滚子碾压等处理后，其疲零件表面经淬火、渗氮、喷九、滚子碾压等处理后，其疲劳强度劳强度_。（1）增高）增高 （2）降低）降低 （3）不变）不变 二、填空二、填空1稳定循环变应力的三种是本形式是（稳定循环变应力的三种是本形式是（）、（）、（）和和()。2高副元素表面产生的应力是（高副元素表面产生的应力是（）应力。）应力。3零件的疲劳强度与（零件的疲劳强度与（）、（）、（）、（）、（）和（）和（）等因素有关）等因素有关4接触表面材料由一个表面转移到另一个表面上，这种现象接触表面材料由一个表面转移到另一个表面上，这种现象称为（称为（）。）。