掌握机械零件的疲劳强度计算ppt课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第三章 机械零件的强度,3-1、材料的疲劳特性,3-2、机械零件的疲劳强度计算,3-3、机械零件的接触强度,静 强 度 计 算,疲劳强度计算,应力循环次数10,3,(本章内容),通过本章学习：,掌握机械零件的疲劳强度计算（单向稳定变应力）；,掌握接触强度的计算,1,第三章 机械零件的强度3-1、材料的疲劳特性静 强 度 计,第三章 机械零件的强度,应力的种类,静应力,变应力,脉动循环,对称循环,一般循环,t,t,t,t,max,min,平均应力,应 力 幅,a,m,应 力 比,3-1、材料的疲劳特性,r=-1,r=0,在变应力作用下，材料发生疲劳破坏。,材料的,疲劳特性,用,max,、r、N,来表征。,疲劳极限（以最大应力表征）,2,第三章 机械零件的强度应力的种类静应力变应力脉动循环对称循环,第三章 机械零件的强度,（二）,N,疲劳曲线,材料的,疲劳特性曲线,之一,max,N,该曲线通过试验获得：施加对称循环的等幅交变应力。,t,N=1,N=1/4,max,在某一,应力比,下，,疲劳极限,与,应力循环次数,的关系。,3,第三章 机械零件的强度（二）N疲劳曲线 材料的疲劳,max,N,A点：对应N=1/4。,加载到最大值时材料被拉断，该最大应力值为强度极限,B,第三章 机械零件的强度,B,10,3,10,4,C,N,0,10,7,D,A,N=1/4,D点：对应N=10,6,25,10,7,。,由于,N,很大，在作疲劳试验时，常规定一个循环次数,N,0,（,循环基数）,。,在AB段，,max,变化很小，可近似看作,静应力,。,在BC段，破坏有疲劳破坏并伴塑性变形，称,应变疲劳,。,在CD段，,总会发生疲劳破坏，零件的疲劳大多发生在该段。,在D段后，,无论循环多少次，材料都不会发生疲劳破坏。,低周疲劳,高周疲劳,有限寿命段,无限寿命段,4,maxNA点：对应N=1/4。第三章 机械零件的强度B1,第三章 机械零件的强度,max,N,10,4,C,N,0,10,7,D,rN,N,下面研究CD段的曲线方程:,rN,为r，N状态下的疲劳极限,CD段方程：,r,应该是,rN0,，简写为,r。,持久疲劳极限,r,及,m,由试验确定,K,N,成为寿命系数,5,第三章 机械零件的强度maxN104CN0107DrN,第三章 机械零件的强度,例：钢,-,1,=307mpa，m=9，N,0,=5*10,6,。,当,-1N,=500Mpa时，,N=？,解：,6,第三章 机械零件的强度例：钢-1=307mpa，m=9,材料疲劳特性：,max,、,r,、,N,第三章 机械零件的强度,（三）,等寿命,疲劳曲线,由于：,a,m,t,max,min,a,m,这表明：,a,-,m,曲线反映了,什么？,材料的,疲劳特性曲线,之二,在一定的,N,下，,最大值,max,与应力比r的关系,固定,r,：,N,曲线,固定,N,：,r,曲线,（等寿命曲线）,7,材料疲劳特性：max、r、N第三章 机械零件的强度（三）等,第三章 机械零件的强度,a,m,看图：,1）曲线上的点：,（,a,，,m,）,曲线上点的坐标值之和：代表材料的疲劳极限（最大应力）（,极限应力图),代表,某应力比,下,材料的疲劳极限,8,第三章 机械零件的强度am看图：1）曲线上的点：（a,第三章 机械零件的强度,看图：,2）曲线内的点：,（,a,，,m,）,a,m,（,a,，,m,）,坐标值之和还代表材料的疲劳极限吗？,代表材料受到的交变应力的值。,疲劳强度设计，实际上是疲劳强度的安全系数校核！,为何做射线？,这样，两点的循环特性一样！,9,第三章 机械零件的强度看图：2）曲线内的点：（a，m）,第三章 机械零件的强度,看图：3）研究A、C两点坐标,A点,0,t,对称循环,a,=,max,-1,（,m,、,a,）,C点,0,静应力,max,=,m,（,m,、,a,）,t,s,该曲线表示：在,一定的N,时，,r从-1到+1,变化时，疲劳极限（用最大应力,max,表征）的,变化,。,（,S,，0）,a,m,A,C,（0，,-1,）,10,第三章 机械零件的强度 看图：3）研究A、C两点坐,第三章 机械零件的强度,等寿命曲线的简化画法：,a,m,S,-1,A,C,D点：脉动循环(,0,/2,0,/2),已知：,A点：对称循环(0,-1,),C 点：静 应 力(,s,0),m,=,a,=,max,/2,=,0,/2,t,D,直线AD是曲线AD的近似，表示从r=-1到0时，最大应力的变化。,作直线CG(-135方向),45,G,45,直线CG上任一点：,m,a,m,+,a,=,s,max,=,二折线法，用过r=-1、0、+1三关键点的两条直线代替二次曲线,说明,C,直 线上任意点均是r=+1的静应力，且达到了屈服极限。,11,第三章 机械零件的强度 等寿命曲线的简化画法：am,第三章 机械零件的强度,a,m,S,-1,A,C,D,G,45,二折线简化的极限应力图，实际上变成两个区域：M和N,M,N,实际应力在M区：校核疲劳强度,实际应力在N区：校核静强度,12,第三章 机械零件的强度amS-1ACDG45,第三章 机械零件的强度,a,m,S,-1,A,C,D,直线AG的方程：,G,(0，,-1,),(,0,/2,0,/2,),(,m,a,),试件受循环弯曲应力时的材料常数,直线CG的方程：,(,m,a,),在AGC线上时，达到疲劳破坏的极限值。,在OAGC以外时，一定会发生疲劳破坏。,在AGC以内时，不会发生疲劳破坏,当材料试件的交变应力参数（,m,，,a,）,13,第三章 机械零件的强度amS-1ACD直线AG,第三章 机械零件的强度,3-2、机械零件的疲劳强度计算,零件的静强度计算，实际上是安全系数校核：,零件受到的最大工作应力,零件的疲劳极限应力,零件的疲劳强度计算，实际上也是安全系数校核：,零件与材料不同？,14,第三章 机械零件的强度3-2、机械零件的疲劳强度计算,第三章 机械零件的强度,材料试件是一种特殊结构。实际零件受形状、尺寸、加工质量及强化因素的影响，故,零件,的疲劳极限要,小于,材料,试件,的疲劳极限。,这样，可估算出零件的,疲劳极限：,弯曲疲劳极限,综合影响系数,于是，可根据,材料,的极限应力图,修正,画出,零件,的,极限应力图。,k,：有效应力集中系数,：表面质量系数,：尺寸系数,q,：强化系数,15,第三章 机械零件的强度 材料试件是一种特殊结构。实际零件,a,m,S,-1,A,C,D,G,第三章 机械零件的强度,A,D,黄线即是,零件,的,极限应力图。,注：横坐标及直线CG不用修正,直线AG方程：,直线CG方程：,G,材料试件受弯曲应力时的材料常数,16,amS-1ACDG第三章 机械零件的强度AD黄,第三章 机械零件的强度,（一）单向稳定变应力时零件的疲劳强度计算,单向稳定变应力？,零件的工作应力点，可能是M或N区。,M,a,m,S,C,A,G,O,N,疲劳极限,max,？,实际应力,max,？,只受剪切、弯曲、拉伸应力。,在M区：校核疲劳强度,在 N区：校核静强度,17,第三章 机械零件的强度（一）单向稳定变应力时零件的疲劳强度计,第三章 机械零件的强度,1、,r=Const,疲劳极限,max,？,应力比为常数的情形：,M,1,(,me,ae,),M,(,m,a,),a,m,S,C,A,G,O,N,M、M,1,有相同的应力比,工作点在M时：,18,第三章 机械零件的强度1、r=Const 疲劳极限,第三章 机械零件的强度,M,1,(,me,ae,),M,(,m,a,),a,m,S,C,A,G,O,N,联立OM和AG方程，求出M,1,坐标：,疲劳极限：,安全系数：,19,第三章 机械零件的强度M1(me,ae)M(,第三章 机械零件的强度,当工作点在N点：,N,1,这时N点在CG上，其极限应力为屈服极限（只校核静强度）。,M,1,(,me,ae,),M,(,m,a,),a,m,S,C,A,G,O,N,20,第三章 机械零件的强度 当工作点在N点：N1 这,M,(,m,a,),a,m,S,C,A,G,O,N,第三章 机械零件的强度,M,2,(,me,ae,),N,2,2、,m,=Const,作纵轴平行线，其上任意点均有相同的,m,。,需找一个,m,与零件工作点,m,相同的疲劳极限值。,联立M M,2,和AG,疲劳极限值：,工作点在M时：,工作点在N时：,21,M(m,a)amSCAGON第三章 机械零件的,第三章 机械零件的强度,3、,min,=Const,min,=,m,-,a,，,过M点作45 线，其上任一点所代表的应力循环都具,有相同的最小应力。,找一个,min,与零件工作点,min,相同的疲劳极限值。,M,a,m,S,C,A,G,O,N,M,3,45,m,a,a,min,在45 直线上任一点，,min,=C,D,E,22,第三章 机械零件的强度3、min=Const mi,第三章 机械零件的强度,3、,min,=Const,因为：,min,=,m,-,a,=C,过M点作45 线，其上任一点都具有相同的最小应力。,曲线上找到与零件工作点的,min,相同的疲劳极限值。,M,a,m,S,C,A,G,O,N,M,3,45,m,a,a,min,过O、G两点分别作45直线，得三个区域：,在OAD区：最小应力均为负值，在实际机器中极少出现，故不予讨论。,D,E,在EGC区：极限应力均为屈服极限，按静应力计算,在ODGE区：,23,第三章 机械零件的强度3、min=Const 因为：,第三章 机械零件的强度,（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位的表面加工质量，必要时表面作适当的防护处理。,降低零件上的应力集中（提高零件疲劳强度的首要措施）；,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。,在不可避免地要产生较大应力集中的结构处，采用,减载槽,来降低应力集中的作用。,24,第三章 机械零件的强度（四）提高机械零件疲劳强度的措施 ,第三章 机械零件的强度,34 机械零件的接触强度,1、几种接触形式,点接触,线接触,机械零件中各零件之间的力的传递，总是通过两个零件的接触形式来实现的。常见两机械零件的接触形式为,点接触,或,线接触,。,25,第三章 机械零件的强度34 机械零件的接触强度1、几种接,1,2,O,2,1,O,1,F,F,2,2b,第三章 机械零件的强度,2、两圆柱体接触时的变形与应力分布,s,H,交变接触应力产生的失效形式为,疲劳点蚀,。,受载后，接触区域产生的局部应力称,接触应力,，强度称为,接触强度,。,B,26,1 2 O2 1 O1 F F 2 2b 第三章 机,2,O,2,1,O,1,F,F,第三章 机械零件的强度,3、两圆柱体接触应力的计算,s,H,赫兹(HHertz)公式,“+”用于外接触，,“-”用于内接触。,H,：最大接触应力或赫兹应力;,B：,接触长度;,F,n,:作用在圆柱体上的载荷;,:综合曲率半径;,:综合弹性模量,接触疲劳强度的判定条件为：,27,2 O2 1 O1 F F 第三章 机械零件的强度3、两,THE END,28,THE END 28,