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1、机械设计第三章课件本讲稿第一页，共二十一页一、表征疲劳特性的参数一、表征疲劳特性的参数sm平均应力；sa应力幅值smax最大应力；smin最小应力r 应力比（循环特性）N应力循环次数3-1 3-1 材料的疲劳特性材料的疲劳特性本讲稿第二页，共二十一页3-1 3-1 材料的疲劳特性材料的疲劳特性r=-1对称循环应力对称循环应力r=0脉动循环应力脉动循环应力r=1静应力静应力-1r1(r0)非对称循环应力非对称循环应力本讲稿第三页，共二十一页3-1 3-1 材料的疲劳特性材料的疲劳特性二、二、s s N疲劳曲线疲劳曲线(r r一定一定)s sN 疲劳曲线疲劳曲线AB段：静应力强度静应力强度，N 1
2、03BC段：低周疲劳（低周疲劳（应变疲劳应变疲劳），），103 N 104，N ，maxCD段:有限寿命疲劳有限寿命疲劳，N 104 D点以后：无限寿命疲劳点以后：无限寿命疲劳，r 应力比应力比N 应力循环次数应力循环次数m 材料常数材料常数高周疲劳高周疲劳低周疲劳低周疲劳本讲稿第四页，共二十一页3-1 3-1 材料的疲劳特性材料的疲劳特性GAOC三、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）DA（0 0，-1-1）r r-1-1，mm0 0，a a max max -1-1 C（S S，0 0 ）r r1 1，a a 0,0,m m s s D（，）r r0 0，a a
3、mm =45 本讲稿第五页，共二十一页C上任一点代表上任一点代表 的变应力状况的变应力状况GAOCD45 3-1 3-1 材料的疲劳特性材料的疲劳特性AD上任一点代表一定循环上任一点代表一定循环特性时的疲劳极限特性时的疲劳极限为试件受循环弯曲为试件受循环弯曲 应力时的材料常数应力时的材料常数本讲稿第六页，共二十一页机械零件的疲劳强度计算13-2 3-2 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算一、零件的极限应力线图一、零件的极限应力线图零件的疲劳极限零件的疲劳极限材料试件的疲劳极限材料试件的疲劳极限弯曲疲劳极限的综合影响系数弯曲疲劳极限的综合影响系数不对称循环时：不对称循环时：对称循环时对
4、称循环时：-1材料对称循环弯材料对称循环弯 曲疲劳极限曲疲劳极限-1e零件对称循环弯零件对称循环弯 曲疲劳极限曲疲劳极限a试件的极限应力幅试件的极限应力幅ae零件的极限应力幅零件的极限应力幅本讲稿第七页，共二十一页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A直线方程直线方程：直线直线CG按静应力考虑不需修正按静应力考虑不需修正或或ADADG横坐标不变，纵坐标按比例改变横坐标不变，纵坐标按比例改变试件受循环弯曲应力的材料常数试件受循环弯曲应力的材料常数本讲稿第八页，共二十一页零件受循环弯曲应力时的极限应力幅零件受循环弯曲应力时的极限应力幅零件受循环弯曲应力时的极限平均应力零件受
5、循环弯曲应力时的极限平均应力零件受循环弯曲应力时的材料常数零件受循环弯曲应力时的材料常数C直线方程：直线方程：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各系数查取见附表各系数查取见附表本讲稿第九页，共二十一页机械零件的疲劳强度计算23-2 3-2 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算二、单向稳定变应力时的疲劳强度计算二、单向稳定变应力时的疲劳强度计算计算步骤：计算步骤：求得危险截面的求得危险截面的 maxmax及及 minmin据此计算出据此计算出 mm及及 a a标出标出M(M(mm,a a)（或（或N N）根据应力变化规律找到对应的根据应力变化规律找到对应的极限应
6、力值极限应力值强度计算式：强度计算式：由强度计算式求出由强度计算式求出s scaca本讲稿第十页，共二十一页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1.rC的情况的情况方法：方法：连接连接OM（或（或ON），与），与AGC相交，相交，得到极限应力点得到极限应力点M1（N1）当当M位于位于AOG区域时区域时:零件疲劳强度条件为：零件疲劳强度条件为：零件疲劳强度条件为零件疲劳强度条件为:当当N位于位于GOC区域时：区域时：由式（由式（3-16）本讲稿第十一页，共二十一页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2.mC的情况的情况方法：方法：过点过点M（或（或N）作纵
7、轴平行线）作纵轴平行线M M2 2 M M2 2（或（或N N2 2 N N2 2），），与与AGC相交得到极限应力点相交得到极限应力点 M M2 2（或（或N N2 2）当当M位于位于AOHG区域内时，零件强度条件：区域内时，零件强度条件：当当N位于位于CGH区域内时，零件强度条件：区域内时，零件强度条件：由式（由式（3-19）本讲稿第十二页，共二十一页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.min C的情况的情况方法：方法：过过M（或（或N）作与横轴夹角为）作与横轴夹角为45的直线的直线M M2 2 M M2 2（或（或N N2 2），），与与AGC相交得到极限应力点相
8、交得到极限应力点 M M2 2（或（或N N2 2）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：a.AOJ区域内：区域内：min为负值；为负值；c.OJGI区域内：疲劳极限区域内：疲劳极限b.GIC区域内：按静强度计算；区域内：按静强度计算；本讲稿第十三页，共二十一页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注注 意：意：当难于确定应力可能变化的规律，常采用当难于确定应力可能变化的规律，常采用 rC 时的公式时的公式4.等效对称循环变应力等效对称循环变应力原来作用的原来作用的不对称不对称循环变应力循环变应力等效的等效的对称对称循环循环变应力变应力弯曲平均应力转
9、化系数弯曲平均应力转化系数把平均应力折算为把平均应力折算为等效的应力幅等效的应力幅式（式（317317）转化过程参看学习指南转化过程参看学习指南P18本讲稿第十四页，共二十一页本讲稿第十五页，共二十一页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零件应力循环次数：零件应力循环次数：本讲稿第十六页，共二十一页机械零件的疲劳强度计算53-23-2机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算三、提高机械零件疲劳强度的措施三、提高机械零件疲劳强度的措施 采用具有高疲劳强度的材料，并配以提高材料疲劳强度的采用具有高疲劳强度的
10、材料，并配以提高材料疲劳强度的热处理方法。热处理方法。提高零件的表面质量提高零件的表面质量 尽可能降低零件上的应力尽可能降低零件上的应力集中的影响；集中的影响；尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸。尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸。本讲稿第十七页，共二十一页机械零件的抗断裂强度3-33-3机械零件的抗断裂强度机械零件的抗断裂强度 低应力脆断：低应力脆断：在工程实际中，往往会发生工作应力小于许用应力时所在工程实际中，往往会发生工作应力小于许用应力时所发生的突然断裂。发生的突然断裂。断裂力学断裂力学是研究带有裂纹或带有尖缺口的结构或构件的强是研究带有裂纹或带有尖缺口
11、的结构或构件的强度和变形规律的学科。度和变形规律的学科。内在原因：内在原因：通过对大量结构断裂事故分析表明，结构内部裂纹和缺陷通过对大量结构断裂事故分析表明，结构内部裂纹和缺陷的存在是导致低应力断裂的。的存在是导致低应力断裂的。本讲稿第十八页，共二十一页机机械零件的接触强度3-43-4机械零件的接触强度机械零件的接触强度 接触应力：接触应力：当两零件以当两零件以点、线点、线相接处时，其接触的局部会引起较大的相接处时，其接触的局部会引起较大的应力。应力。接触应力接触应力是不同于以往所学过的挤压应力的。是不同于以往所学过的挤压应力的。挤压应力挤压应力是面接触引起的是面接触引起的应力。应力。接触应力的特点：接触应力的特点：仅在局部很小的区域内产生很大的应力。仅在局部很小的区域内产生很大的应力。本讲稿第十九页，共二十一页3-43-4机械零件的接触强度机械零件的接触强度 式中式中1 1和和2 2 分别为两零件初始接触线处的曲率半径分别为两零件初始接触线处的曲率半径,其中其中正正号号用于用于外外接触，接触，负负号用于号用于内内接触。接触。线接触的接触应力计算公式：线接触的接触应力计算公式：注意：注意：接触变应力是一个接触变应力是一个脉动循环脉动循环变应力变应力本讲稿第二十页，共二十一页思考题：思考题：3-8 3-9 3-12作作 业：业：3-18 3-20 本讲稿第二十一页，共二十一页