(3)--2.1 机械设计疲劳强度机械设计.ppt

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1、第第2 2章章 机械零件的强度和耐磨性机械零件的强度和耐磨性内容内容 1.1.材料的疲劳曲线材料的疲劳曲线 2.2.机械零件极限应力图机械零件极限应力图 3.3.安全系数法计算零件疲劳强度安全系数法计算零件疲劳强度 目标目标 1.1.掌握零件疲劳强度掌握零件疲劳强度 设计的一般方法设计的一般方法 2.2.耐磨性设计的基本知识耐磨性设计的基本知识1.1.材料的疲劳曲线材料的疲劳曲线21.1 材料的疲劳极限材料的疲劳极限s srN N 在在循循环环特特性性为为r的的变变应应力力作作用用下下，材材料料经经N次次循循环环后后不不发发生生破破坏坏的最大应力值，记为的最大应力值，记为s srN N1.2

2、材料的疲劳曲线材料的疲劳曲线（标准试样试验）（标准试样试验）s srN NNABCDNBNCNDA点：点：s srN N=s=sbAB段：段：s srN N s sb，静应力破坏，静应力破坏，NB=10=103 3.BC段：段：断口塑性变形，断口塑性变形，s srN N s ss，属于，属于 应变疲劳应变疲劳/低周疲劳低周疲劳,NC=10=104 4.CD段：段：高周疲劳。高周疲劳。D点以后：点以后：s srN N与与N无关，称为无限寿命疲劳极限无关，称为无限寿命疲劳极限,s sr /s sr 。s srN N有限寿命疲劳极限有限寿命疲劳极限ND 10625107N0 循环基数，代替循环基数，

3、代替NDN031.2 材料的疲劳曲线材料的疲劳曲线有限疲劳寿命极限有限疲劳寿命极限无限疲劳寿命极限无限疲劳寿命极限寿命系数寿命系数说明：说明：（1）N0与材料性质有关。与材料性质有关。（2）N N0，有限寿命区。，有限寿命区。若若s srN N s ss,s slim=s=srN N,kN 1。若若s srN N s ss,s slim=s=ss,kN 1。钢硬度高，钢硬度高，N0大大硬度硬度 350HBS,N0106107硬度硬度 350HBS,N01082.5108有色金属 N0 2.5108（3）N N0，无限寿命区。，无限寿命区。钢硬度钢硬度 350HBS ，N=N0=107，s sl

4、im=s=sr，kN=1。钢硬度钢硬度 350HBS ，若，若N 2.5108，取，取 N=2.5108（4）有色金属疲劳曲线没有水平部分，当）有色金属疲劳曲线没有水平部分，当N 2.5108，取，取 N=2.5108。1.1.材料的疲劳曲线材料的疲劳曲线4（5）循环特性）循环特性r不同时，不同时，疲劳极限寿命不同，疲劳极限寿命不同，疲劳曲线不同。疲劳曲线不同。s srN NNABDNBNCNDN0Cr=-1r=0r=0.5r=11.1.材料的疲劳曲线材料的疲劳曲线说明：说明：52.2.材料的极限应力图材料的极限应力图ABC45材料等寿命疲劳曲线材料等寿命疲劳曲线s sas smOABC(0,

5、s s-1-1)(s s0 0/2/2,s s0 0/2/2)(s sb,0)AB45s sas smOC(s ss,0)EDAB45s sas smOC(s ss,0)45ED45C(s sb,0)材料简化极限应力图材料简化极限应力图用折线代替二次曲线。用折线代替二次曲线。63.3.机械零件极限应力图机械零件极限应力图3.1 3.1 影响疲劳强度的主要因素影响疲劳强度的主要因素零件与材料差别：零件与材料差别：几何形状几何形状尺寸大小尺寸大小加工制造加工制造强化方式强化方式综合影响系数综合影响系数考虑应力集中考虑应力集中尺寸效应尺寸效应考虑表面质量考虑表面质量73.2 3.2 机械零件极限应力

6、图机械零件极限应力图上述因素对应力幅上述因素对应力幅s sa影响较大，对平均应力影响较大，对平均应力s sm影响很小。影响很小。3.3.机械零件极限应力图机械零件极限应力图45ABD8Os sas smC(s ss,0)45ABDW4.1 4.1 单向稳定变应力单向稳定变应力4.4.零件疲劳强度计算零件疲劳强度计算-安全系数法安全系数法9Os sas smC(s ss,0)45ABDW(1)r=常数常数(2)s sm =常数常数(3)s smim=常数常数4.1 4.1 单向稳定变应力单向稳定变应力4.4.零件疲劳强度计算零件疲劳强度计算-安全系数法安全系数法10Os sas smC(s ss

7、,0)45ABDW(1)r=常数常数4.1 4.1 单向稳定变应力条件下单向稳定变应力条件下4.4.零件疲劳强度计算零件疲劳强度计算-安全系数法安全系数法W求11Os sas smC(s ss,0)45ABDW(1)r=常数常数4.1 4.1 单向稳定变应力单向稳定变应力4.4.零件疲劳强度计算零件疲劳强度计算-安全系数法安全系数法WSKKS静静强度计算强度计算疲劳疲劳强度计算强度计算12Os sas smC(s ss,0)45ABDW(2)s sm=常数常数4.1 4.1 单向稳定变应力单向稳定变应力4.4.零件疲劳强度计算零件疲劳强度计算-安全系数法安全系数法WSKKS静静强度计算强度计算

8、疲劳疲劳强度计算强度计算13Os sas smC(s ss,0)45ABDW(3)s smin=常数常数4.1 4.1 单向稳定变应力单向稳定变应力4.4.零件疲劳强度计算零件疲劳强度计算-安全系数法安全系数法WSKKS静静强度计算强度计算疲劳疲劳强度计算强度计算45144.2 4.2 单向不稳定变应力单向不稳定变应力非稳定变应力非稳定变应力规律性规律性非规律性非规律性疲劳损伤累积假说疲劳损伤累积假说统计方法统计方法汽车变速箱轴不同档位应力汽车变速箱轴不同档位应力规律性的不稳定变应力：规律性的不稳定变应力：机床主轴、机床主轴、汽车变速箱轴汽车变速箱轴4.4.疲劳强度计算疲劳强度计算-安全系数法

9、安全系数法154.4.疲劳强度计算疲劳强度计算-安全系数法安全系数法4.2 4.2 单向不稳定变应力单向不稳定变应力损伤率损伤率极限条件极限条件极限条件极限条件安全工作安全工作安全工作安全工作=1疲劳损伤累积假说疲劳损伤累积假说疲劳损伤累积假说疲劳损伤累积假说=1当当当当各各各各应应应应力力力力差差差差别别别别不不不不大大大大，及及及及无无无无短短短短暂暂暂暂过过过过载载载载时时时时公公公公式式式式成成成成立立立立。与应力加载次序有关。与应力加载次序有关。与应力加载次序有关。与应力加载次序有关。16疲劳强度计算疲劳强度计算疲劳强度计算疲劳强度计算4.4.疲劳强度计算疲劳强度计算-安全系数法安全系数法4.2 4.2 单向不稳定变应力单向不稳定变应力极限条件极限条件极限条件极限条件:174.4.疲劳强度计算疲劳强度计算-安全系数法安全系数法4.2 4.2 单向不稳定变应力单向不稳定变应力强度条件强度条件强度条件强度条件:疲劳强度计算疲劳强度计算疲劳强度计算疲劳强度计算185.5.提高机械零件疲劳强度措施提高机械零件疲劳强度措施讨论：讨论：