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1、第第3章章 机械零件的强度机械零件的强度第1节材料的疲劳特性 第2节机械零件的疲劳强度计算 第3节机械零件的抗断裂强度 第4节机械零件的接触强度 a m材料材料S -1DAGC第2节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由于材料试件是一种特殊的结构，而实际零件的几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因素等与试件有区别，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。定义弯曲疲劳极限的综合影响系数定义弯曲疲劳极限的综合影响系数在不对称循环时，在不对称循环时，是试件与零件极限应力幅的比值。是试件与零件极限应力幅的比值。-1 0/20/2零件的对称循环弯曲疲劳零件的对称循环弯曲
2、疲劳极限为极限为-1e 设材料的对称循环弯设材料的对称循环弯曲疲劳极限为曲疲劳极限为-145 DAG45-1e零件零件且总有且总有 -1e -1 amS -1DAGC-1 AG45-1e45 D 弯曲疲劳极限的综合影弯曲疲劳极限的综合影响系数响系数 反映了反映了应力集中、应力集中、尺寸因素、表面加工质量尺寸因素、表面加工质量及及强化强化等因素的综合影响等因素的综合影响结果。其计算公式如下结果。其计算公式如下其中：其中：k 有效应力集中系数；有效应力集中系数；表面质量系数；表面质量系数；尺寸系数；尺寸系数；q 强化系数。强化系数。CG教材附表教材附表3-13-12详细列出了零件的典型结构、尺详细
3、列出了零件的典型结构、尺寸、表面加工质量及强化措施等因素对弯曲疲劳极限的寸、表面加工质量及强化措施等因素对弯曲疲劳极限的综合影响综合影响 。下面列举了部分图表下面列举了部分图表。1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0几何不连续处的圆角半径几何不连续处的圆角半径 r/mm 理论应力集中系数理论应力集中系数 q 应力集中敏性系数应力集中敏性系数q (q)有效应力集中系数有效应力集中系数k 980(840)420700(560)350560(420)1400(1250)MPa轴肩圆角处的理论应力集中系数轴肩圆角处
4、的理论应力集中系数 2.00 1.50 1.30 1.20 1.15 1.10 1.07 1.05 1.02 1.010.04 2.80 2.57 2.39 2.28 2.14 1.99 1.92 1.82 1.56 1.42 0.10 1.99 1.89 1.79 1.69 1.63 1.56 1.52 1.46 1.33 1.230.15 1.77 1.68 1.59 1.53 1.48 1.44 1.40 1.36 1.26 1.180.20 1.63 1.56 1.49 1.44 1.40 1.37 1.33 1.31 1.22 1.150.25 1.54 1.49 1.43 1.37
5、 1.34 1.31 1.29 1.27 1.20 1.130.30 1.47 1.43 1.39 1.33 1.30 1.28 1.26 1.24 1.19 1.120.04 2.59 2.40 2.33 2.21 2.09 2.00 1.88 1.80 1.72 1.616.0 3.0 2.0 1.50 1.20 1.10 1.05 1.03 1.02 1.010.10 1.88 1.80 1.73 1.68 1.62 1.59 1.53 1.49 1.44 1.360.15 1.64 1.59 1.55 1.52 1.48 1.46 1.42 1.38 1.34 1.260.20 1.4
6、9 1.46 1.44 1.42 1.39 1.38 1.34 1.31 1.27 1.200.25 1.39 1.37 1.35 1.34 1.33 1.31 1.29 1.27 1.22 1.17应力应力 公称应力公式公称应力公式 （拉伸、弯曲）或（拉伸、弯曲）或（扭转、剪切）（扭转、剪切）拉拉伸伸弯弯曲曲D/dr/dD/dr/d 32Mb=d3 4F=d3 0.30 1.32 1.31 1.30 1.29 1.27 1.26 1.25 1.23 1.20 1.14Ddr轴肩圆角处的理论应力集中系数轴肩圆角处的理论应力集中系数 续表续表 Ddr应力应力 公称应力公式公称应力公式 （拉伸、弯
7、曲）或（拉伸、弯曲）或（扭转、剪切）（扭转、剪切）扭扭转、转、剪剪切切D/dr/d 16TT=d3 2.0 1.33 1.20 1.09 0.10 1.46 1.41 1.33 1.17 0.15 1.34 1.29 1.23 1.13 0.20 1.26 1.23 1.17 1.11 0.25 1.21 1.18 1.14 1.09 0.30 1.18 1.16 1.12 1.09 0.04 1.84 1.79 1.66 1.32 轴上横向孔的理论应力集中系数轴上横向孔的理论应力集中系数 公称弯曲应力公称弯曲应力 d/D 0.0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 D
8、d 16Tb=D3 dD2 32 6 3.0 2.46 2.25 2.13 2.03 1.96 1.89 MMTT 公称扭转应力公称扭转应力 TT=D3 dD2 16 6 dD d/D 0.0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 2.0 1.78 1.66 1.57 1.50 1.46 1.42 轴上键槽处的有效应力集中系数轴上键槽处的有效应力集中系数 k 1.5 1.75 2.0 轴的材料轴的材料B/Mpa 500 600 700 750 800 900 1000 K 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 外花键的有效应力集中系数外花键的有效应力集中系数 k 1.3
9、5 1.45 1.55 1.60 1.65 1.70 1.72 1.75 轴的材料轴的材料B/Mpa 400 500 600 700 800 900 1000 1200矩形齿矩形齿 2.1 2.25 2.36 2.45 2.55 2.65 2.70 2.8 渐开线形齿渐开线形齿 1.4 1.43 1.46 1.49 1.52 1.55 1.58 1.6 k公称直径公称直径12mm12mm的普通螺纹的拉压有效应力集中系数的普通螺纹的拉压有效应力集中系数 k 3.0 3.9 4.8 5.2 轴的材料轴的材料B/Mpa 400 600 800 1000 DDd1.00.90.80.70 20 40
10、60 80 100 120 140圆截面钢材的扭转剪切尺寸系数圆截面钢材的扭转剪切尺寸系数D/mm1.21.11.00.90.80.70.60.50 20 40 60 80 100 120 140钢材的尺寸与截面形状钢材的尺寸与截面形状D/mm hhd=0d/D=0.60.70.80.9h螺纹联接的尺寸系数螺纹联接的尺寸系数 1 0.81 0.76 0.71 0.68 0.63 0.60 0.57 0.54 0.52 0.50直径直径 d/mm 16 20 24 28 32 40 48 56 64 72 80 16 20 24 28 32 40 48 56 64 72 80 零件与轴过盈配合处
11、的零件与轴过盈配合处的 k/H7/r6 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 3.75 4.25 直径直径 d/mm 配合配合400 500 600 700 800 900 1000 1200 400 500 600 700 800 900 1000 1200 b /MPaH7/k6 1.69 1.88 2.06 2.25 2.44 2.63 2.82 3.19 H7/h6 1.46 1.63 1.79 1.95 2.11 2.28 2.44 2.76 H7/r6 2.75 3.05 3.36 3.66 3.96 4.28 4.60 5.20 H7/k6 2.06 2.2
12、8 2.52 2.76 2.97 3.20 3.45 3.90 H7/h6 1.80 1.98 2.18 2.38 2.57 2.78 3.00 3.40 H7/r6 2.95 3.28 3.60 3.94 4.25 4.60 4.90 5.60 H7/k6 2.22 2.46 2.70 2.96 3.20 3.46 3.98 4.20 H7/h6 1.92 2.13 2.34 2.56 2.76 3.00 3.18 3.64 30501001.00.80.60.40.2400 600 800 1000 1200 1400 B/MPa精车精车粗车粗车未加工未加工磨削磨削抛光抛光钢材的表面质量系
13、数钢材的表面质量系数 表面高频淬火的强化系数表面高频淬火的强化系数q 720 1.31.63040 1.21.5720 1.62.83040 1.55试件种类试件种类 试件直径试件直径/mm 无应力集中无应力集中 有应力集中有应力集中 化学热处理的强化系数化学热处理的强化系数q 515 1.151.253040 1.101.15515 1.93.03040 1.32.0化学热处理方法化学热处理方法 试件种类试件种类 试件直径试件直径/mm q 无应力集中无应力集中 有应力集中有应力集中 815 1.22.13040 1.11.5815 1.52.53040 1.22.0无应力集中无应力集中 有
14、应力集中有应力集中 氮化，膜厚氮化，膜厚0.10.4mm 硬度硬度HRC64 渗炭，膜厚渗炭，膜厚0.20.6mm氰化，膜厚氰化，膜厚 0.2mm 无无应力集中应力集中 10 1.8表面硬化加工的强化系数表面硬化加工的强化系数q 720 1.21.43040 1.11.25720 1.52.23040 1.31.8 加工方法加工方法 试件种类试件种类 试件直径试件直径/mm q 无应力集中无应力集中 有应力集中有应力集中 720 1.11.33040 1.11.2720 1.42.53040 1.11.5无应力集中无应力集中 有应力集中有应力集中 滚子碾压滚子碾压 喷喷 丸丸潘存云教授研制二二
15、、提高机械零件疲劳强度的措施、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济性后，采用具有高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，并配以适当的热处理和各种表面强疲劳强度的材料，并配以适当的热处理和各种表面强化处理化处理 适当提高零件的表面质量，特别是提高有应力集中部适当提高零件的表面质量，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位的表面加工质量，必要时表面作适当的防护处理尽可能降低零件上应力集中的影尽可能降低零件上应力集中的影响，是提高零件疲劳强度的首要响，是提高零件疲劳强度的首要措施措施尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹的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，对于延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能尺寸，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中的结构处，可采在不可避免地要产生较大应力集中的结构处，可采用减载槽来降低应力集中的作用用减载槽来降低应力集中的作用