第三章机械零件的强度

第三章机械零件的强度 1.载荷和应力的分类静应力、变应力静载荷、变载荷静载荷：大小和方向不随时间变化或变化缓慢的载荷。变载荷：随时间周期性变化或非周期性变化的载荷。 σ 静应力：不随时间变化或变化缓慢的应力。（只在静载荷作用下产生）变应力：随时间变化的应力。（可由变载荷产生，也可由静载荷产生） t

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） r = -1　对称循环应力 r=0　脉动循环应力 r=1　静应力材料疲劳的两种类别交变应力的描述描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。

1. 疲劳曲线（★ ★） §3.1 材料的疲劳特性描述了某种应力比下，疲劳极限与应力循环次数的关系。

s－N疲劳曲线 疲劳曲线机械零件的疲劳大多发生在s－N曲线的CD段，可用下式描述： D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区其方程为：由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0 及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和 σr∞，于是有：有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为：式中， sr、N0及m的值由材料试验确定。

极限应力线图 2、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）（★ ★）机械零件材料的疲劳特性除用s－N曲线表示外，还可用等寿命曲线来描述。该曲线表达了不同应力比时疲劳极限的特性。在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。用A'Ｇ'C折线表示零件材料的极限应力线图是其中一种近似方法。 A'Ｇ'直线的方程为： CＧ'直线的方程为： yσ为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由试验及下式决定：对于碳钢，yσ≈0.1~0.2，对于合金钢，yσ≈0.2~0.3。

——零件的应力集中系数 ——零件的尺寸系数 ——零件的表面质量系数 ——零件的强化系数 §3-2 机械零件的疲劳强度计算零件的极限应力线图弯曲疲劳极限的综合影响系数：对称循环：非对称循环：

—— 的方程 —— 的方程 1. AG的方程：或 2. CG方程：

1. 单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算 机械零件应力的变化规律： ①变应力的循环特性不变 ②变应力的平均应力不变 ③变应力的最小应力不变

单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算步骤：单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算步骤：第一步：根据零件材料的屈服极限，对称循环、脉动循环疲劳极限，做出零件的极限应力图；第二步：求出零件危险截面上的最大应力及最小应力，计算出平均应力、应力幅及应力比，在极限图上标出零件的工作应力点；

第三步：计算零件安全系数 ① 的疲劳强度计算公式如果工作点在OAG区域，属于疲劳失效：如果工作点在OGC区域，属于屈服失效：

② 的疲劳强度 计算公式如果工作点在OAGH区域，则如果工作点在GHC区域，则

③ 的疲劳强度 计算公式如果工作点在OJGI区域，则如果工作点在IGC区域，则

2. 单向不稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算 ①非规律性的不稳定变应力根据大量的试验，求得载荷及应力的统计分布规律，用统计的方法来处理。 ②规律性的不稳定变应力

疲劳损伤累计假说（Miner法则） 每一次大于持久疲劳极限的应力循环都会对材料起到疲劳损伤的作用，损伤率达到100%，材料发生疲劳破坏。作用在材料上的应力：如果由小到大，等式右边就会大于1，反之，就会小于1。

不稳定变应力的计算应力： P31：例题：3-1

3. 双向稳定变应力时的疲劳强度计算 当零件上所承受的两个变应力均为不对称循环的变应力时：

4. 提高机械零件强度的措施 ①从承受静载荷的角度考虑：采用强度高的材料使零件具有足够的截面尺寸合理地设计截面采用热处理提高材料力学性能提高制造精度合理地配置零件的位置

②从承受动载荷的角度考虑： 降低零件上的应力集中采用疲劳强度高的材料采用提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺提高表面质量减小或消除零件表面的初始裂纹

§3.3 机械零件的抗断裂强度 低应力脆断：工作应力小于许用应力时所发生的突然断裂。度量指标：传统的强度理论：应力、许用应力断裂力学强度理论：应力强度因子、平面应变断裂韧度

§3.4 机械零件的接触强度 一、分类 1.根据接触区域的形状分为：线接触与点接触 2.根据接触区域的曲率中心的相互位置：外接触与内接触

线接触情况下，接触应力（赫兹应力）的计算公式线接触情况下，接触应力（赫兹应力）的计算公式 ——作用于接触面上的总压力 ——初始接触线长度 ——两零件初始接触处的曲率半径 ——两零件材料的泊松比 ——两零件的弹性模量

思考： 1. 在载荷、几何形状相同的情况下，钢制零件间的接触应力铸铁零件间的接触应力？（大于，等于，小于）注：钢的E>铸铁的E 2. 接触应力的循环特性 r= ?

3-3：某材料受弯曲变应力作用，其力学性能为：3-3：某材料受弯曲变应力作用，其力学性能为：现用此材料的试件进行试验，以对称循环变应力作用了104次，作用了105次，作用了106次，试确定（1）该试件在此条件下的计算安全系数；（2）如果试件再作用还能循环多少次才破坏？作业： P45: 3-1, 3-2

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