03第二章机械零件的强度技朮分析.ppt

第三章 机械零件的强度（ Strength） 第一节 机械零件强度的基本概念 第三节 材料的疲劳曲线和极限应力图 第四节影响机械零件疲劳强度的主要因素 第四节 机械零件的疲劳强度计算 §2-5受变幅循环应力时 作业 P52：2-3、2-4、2-5 例题2： 一杆件如下图所示，受脉动循环拉力 ，r=常数，材料为40Mn钢，调质处理，200HB~230HB，σB＝735MPa，σS＝471MPa，圆角精铣加工(相当于精车)，要求应力循环次数不低于5×105 ，求圆角处危险截面的安全系数Sσ。 解： 1、求 和 2、求 和 （需要查阅相关设计手册） 3、求KN 4、求圆角处 q=0.64 有效应力集中系数： 理论应力集中系数： 材料的敏感性系数： 尺寸系数： 表面质量系数（P44附图3-4） * * 一. 教学目标 2、了解并掌握疲劳破坏的特征、机理及影响因素； 二. 重点和难点 3、掌握材料的疲劳曲线和极限应力图； 4、掌握影响机械零件疲劳强度的主要因素； 5、掌握单向稳定变应力时安全系数的计算。 本章重点： 1、材料的疲劳曲线和极限应力图； 2、单向稳定变应力时安全系数的计算。 本章难点： 非稳定变应力时安全系数的计算。 1、了解机械零件强度基本概念； 一、强度准则 1．通过判断危险截面的最大许用应力（σ，τ）是否小于或等于许用应力[σ]，[τ]。 2．通过判断危险截面上实际的安全系数（Sσ，Sτ）是否大于或等于许用安全系数（ [Sσ]，[Sτ]） 强度可分为静应力强度和变应力强度。 1、静应力强度 在静应力（N103）下工作的零件，其失效形式将是断裂或塑性变形。因此需要计算静强度。 2、变应力强度 在变应力（N103）下工作的零件，其失效形式将是疲劳破坏。因此需要计算其疲劳强度。 二、强度的分类 三、机械零件的表面强度 一些依靠表面接触工作的零件，它们的工作能力取决于接触表面的强度。 1、表面挤压强度（面接触） 是指零件表面抵抗表面挤压破坏的能力。 2、表面接触强度（点、线接触） 是指高副接触的表面抵抗接触破坏的能力，如齿轮。 3、表面磨损强度 在滑动摩擦下工作的零件常因过度磨损而失效，如滑动轴承。 ① 光滑区（疲劳发展区） ② 粗糙区（脆性断裂区） 1、破坏过程 ①应力较大处产生初始裂纹，形成一个或多个疲劳源。 ②裂纹尖端在切应力作用下，反复扩展，直至产生疲劳裂纹。 2、破坏面特征 3、断裂特征 脆性断裂区 疲劳区 疲劳源 疲劳纹 2）破坏时的 ，远低于 ，甚至低于 。 第二节 疲劳破坏的特征 1）断口无明显塑性变形的脆性突然断裂 —更具突然性，更危险。 4、结论 疲劳断裂是疲劳损伤的积累，初期零件表层形成微裂纹，随N的增大裂纹扩展，扩展到断截面不足承受外载，发生断裂。 故变应力下，零件的极限应力既不能取材料的强度极限也不能取屈服极限，应为疲劳极限。 5、影响疲劳断裂的主要因素 应力σ、应力循环次数N和应力循环特性r 6、疲劳强度计算方法 1）安全——寿命设计 在规定的工作期间内，不允许出现疲劳裂纹，一旦出现，即认为失效。 2）破损——安全设计 允许零件存在裂纹并缓慢扩展，但须保证在规定的工作周期内仍能安全可靠地工作。 一、σ-N疲劳曲线 疲劳曲线是应力循环特性r一定时，材料的疲劳极限（σmax ）与应力循环次数N之间的关系曲线。 疲劳极限 ：在一定循环特性r下，材料经过循环N次后不发生疲劳破坏时的最大应力称为材料的疲劳极限。 疲劳寿命（N）：材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。 s－N 疲劳曲线 当N103(104) —低周循环，疲劳极限接近于屈服极限。由于疲劳极限几乎与循环次数无关，所以按静强度计算。 当 ——高周循环，疲劳极限随循环次数增加而降低。 s－N 疲劳曲线 有限寿命区 无限寿命区 当 时，疲劳极限不再随循环次数的增加而降低。 循环基数N0： N0值随材料性质的不同而不同，一般硬度越高， N0值越大。通常金属材料的疲劳极限是在107循环次数下试验得到的。 注意：有色金属和高强度合金钢无无限寿命区。 s－N 疲劳曲线 有限寿命区 无限寿命区 硬度≤350HB的钢， 硬度350HB的钢， 疲劳曲线方程 材料常数m——随材料和应力状态而定。 钢 m=9——拉应力、弯应力、切应力； m=6——接触应力 青铜 m=9——弯曲应力 ；m=8——接触应力 ——寿命系数 循环特性r不同时的疲劳曲线形状相似，但略有不