1、机械设计2 机械设计Machine Design机电工程系机电工程系 王会王会3第三章第三章 机械零件的强度机械零件的强度3-1 3-1 材料的疲劳特性材料的疲劳特性 3-2 3-2 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 3-3 3-3 机械零件的抗断裂强度机械零件的抗断裂强度 3-4 3-4 机械零件的接触强度机械零件的接触强度 内容提要内容提要4一、应力的种类一、应力的种类ot= =常数常数脉动循环变应力脉动循环变应力r =0静应力静应力: = =常数常数变应力变应力: 随时间变化随时间变化2minmaxm平均应力平均应力:2minmaxa应力幅应力幅:循环变应力循环变应力变应力的
2、循环特性变应力的循环特性:maxminr对称循环变应力对称循环变应力r =- -1-脉动循环变应力脉动循环变应力-对称循环变应力对称循环变应力 -1 -1= 0= 0 +1 +1-静应力静应力maxmTmaxminaamotmaxminaaototaaminr =+13-1 3-1 材料的疲劳特性材料的疲劳特性 5 注：循环变应力可用注：循环变应力可用 max 、 min 、 m 、 a 、 这五个参数中的任意两个参这五个参数中的任意两个参数表示。数表示。对称循环变应力：对称循环变应力：max10,ma脉动循环变应力：脉动循环变应力：02ma6变应力下，零件的损坏形式是变应力下，零件的损坏形式
3、是疲劳断裂。疲劳断裂。 疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限 低，甚至比屈服极限低低，甚至比屈服极限低; 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂; 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。零件表层产生微小裂纹；零件表层产生微小裂纹； 疲劳断裂过程：疲劳断裂过程： 随着循环次数增加，微裂随着循环次数增加，微裂 纹逐渐扩展；纹逐渐扩展；当当剩余材料不足以承受载剩余材料不足以承受载 荷时，突然脆性断裂。荷时，突然脆性断裂。疲劳断裂是与应力循环次数疲劳断裂是与应
4、力循环次数(即使用寿命即使用寿命)有关的断裂。有关的断裂。 疲劳断裂具有以下特征：疲劳断裂具有以下特征： 断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。表面光滑表面光滑表面粗糙表面粗糙7maxN二、二、 N疲劳曲线疲劳曲线 通过实验，可得出如图所示：通过实验，可得出如图所示：在一定应力比下，疲劳极限在一定应力比下，疲劳极限max与循环次数之间的关系的与循环次数之间的关系的疲劳曲线。称为：疲劳曲线。称为： N疲劳曲线疲劳曲线 104C 1. 在原点处在原点处，意味着在加载意味着在加载到最大值时材料被拉断。显到最大值时材料被拉断。显然该值为强度极限然该值为
5、强度极限B 。B103tBA 2. 在在AB段，应力循环次数段，应力循环次数103 max变化很小，可以近似看作为变化很小，可以近似看作为静应力强度。静应力强度。 3. BC段，段，N=103104，随着，随着N max ,疲劳现象明显。疲劳现象明显。 因因N较小，特称为：较小，特称为：低周疲劳。低周疲劳。8)DrrNNN （ 由于由于N NDD很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数环次数N N0 0( (称为循环基数称为循环基数) )，用，用N N0 0及其相对应的疲劳极及其相对应的疲劳极限限 r来近似代表来近似代表N NDD和和 rr。maxNr
6、N0107CDrNNBAN=1/4 D点以后的疲劳曲线呈一水点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区其平线，代表着无限寿命区其方程为：方程为： 4. 4. 实践证明，机械零件的疲实践证明，机械零件的疲劳大多发生在劳大多发生在CD段。段。)(DCmrNNNNCN可用下式描述：可用下式描述：于是有：于是有：CNN0mrmrN104CB103 rr-持久疲劳极限持久疲劳极限。9 CD CD区间内循环次数区间内循环次数N N与疲与疲劳极限劳极限 rN的关系为：的关系为： r、N0及及m（材料常数，钢取材料常数，钢取6-20）的值由材料试验确定。的值由材料试验确定。mNN0rrN0mrNrNN 试验
7、结果表明在试验结果表明在CDCD区间内，试件经过相应次数的应区间内，试件经过相应次数的应力作用之后，总会发生疲劳破坏。而力作用之后，总会发生疲劳破坏。而DD点以后，如果作点以后，如果作用的变应力最大应力小于用的变应力最大应力小于DD点的应力（点的应力（max r），），则无论循环多少次，材料都不会破坏。则无论循环多少次，材料都不会破坏。CDCD区间区间-有限疲劳寿命阶段有限疲劳寿命阶段 DD点之后点之后-无限疲劳寿命阶段无限疲劳寿命阶段 高周疲劳高周疲劳 maxNrN0107CBAN=1/4 104CB103DrNN101112am应力幅应力幅平均应力平均应力amS-1amS-11. 1. 定
8、义定义 材料的疲劳极限曲线也材料的疲劳极限曲线也可用可用在特定的应力循环次数在特定的应力循环次数N N下下，极限平均应力和应力幅之间的关系极限平均应力和应力幅之间的关系曲线来表示，特称为等寿命曲线。曲线来表示，特称为等寿命曲线。简化曲线之一简化曲线之一简化曲线之二简化曲线之二三、等寿命疲劳曲线三、等寿命疲劳曲线实际应用时常有两种简化方法。实际应用时常有两种简化方法。S-145 13材料的极限应力线图材料的极限应力线图A D G C45450 0/ 2-10 0/ 2SmaOSam1ma2. 简化等寿命曲线（极限应力线图简化等寿命曲线（极限应力线图-材料的）材料的）14max已知已知A(0，-1
9、) D (0 /2，0 /2)两点坐标，求得两点坐标，求得A直线的方直线的方程为：程为：ma1smaA直线上任意点代表了一定循环特性时的疲劳极直线上任意点代表了一定循环特性时的疲劳极限。限。对称循环：对称循环： m=0 脉动循环：脉动循环： m=a =0 /2 说明说明C直直 线上任意点的最大应力达到了屈服极限应力。线上任意点的最大应力达到了屈服极限应力。C直线上任意点直线上任意点N 的坐标为（的坐标为（m ，a ）由由中两条直角边相等可求得中两条直角边相等可求得 C直线的方程为：直线的方程为：15amS 45 -1GC0 /20 /245 DCGAO而正好落在而正好落在AGC折线折线上时，表
10、示应力状况达到上时，表示应力状况达到疲劳破坏的极限值。疲劳破坏的极限值。 0012对于碳钢，对于碳钢， 0.10.2，对于合金钢，对于合金钢， 0.20.3。 公式公式 中的参数中的参数 为试件受循环弯曲应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：力时的材料常数，其值由试验及下式决定：ma1当工作应力点落在当工作应力点落在OAGC以以外时，一定会发生破坏。外时，一定会发生破坏。 当工作应力参数（当工作应力参数（ m，a ）落在）落在OAGC以内以内时，表示不会发生破坏。时，表示不会发生破坏。16例题：习题3-2例题：绘制某碳钢的材料极限应力图。例题：绘制某碳钢的材料极限应力图。已
11、知：已知： S=350MPa, -1=275MPa， =0.05。173-2 3-2 机械零件的疲劳强度计算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e11K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。零件的对称循环弯曲疲劳极限为：零件的对称循环弯曲疲劳极限为：-1e 设材料的对称循环弯曲疲劳极限为：设材料的对称循环弯曲疲劳极限为： -1 18A D G C0 0/ 2SmaOADG Ke11 K20eK11 Ke11Smeae 11eaeemeK 零件的极限应
12、力线图零件的极限应力线图1aemeK 或/eK19ae -零件所受极限应力幅；零件所受极限应力幅；me -零件所受极限平均应力；零件所受极限平均应力；-零件受弯曲的材料特性；零件受弯曲的材料特性； 弯曲疲劳极限的综合影响系数弯曲疲劳极限的综合影响系数 反映了：应力集中、反映了：应力集中、尺寸因素、表面加工质量及强化等因素的综合影响结果。尺寸因素、表面加工质量及强化等因素的综合影响结果。其计算公式如下：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；qkK111 -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。e20meae11eeKsmea
13、e及：meae1K或：对于切应力同样有如下方程：对于切应力同样有如下方程：其中的系数：其中的系数：k 、 、 、 与与 k 、 、 、 q 相对应；相对应；qkK111 教材附表教材附表3-13-11详细列出了零件的典型结构、尺寸、详细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综合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影响 。下面列举了部分图表。amoS -1DAGC-1 0 /20 /2？ DAG45 -1e21有效应力集中系数有效应力集中系数k 2223 T241.00.80.60.40.2400 600 800 1000 1200 1400 B
14、 / 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 25NM二、单向稳定变应力时的疲劳强度计算二、单向稳定变应力时的疲劳强度计算 进行零件疲劳强度计算时，进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的首先根据零件危险截面上的 max 及及 min确定平均应力确定平均应力m与与应力幅应力幅a，然后，在极限应力，然后，在极限应力线图的坐标中标示
15、出相应工作线图的坐标中标示出相应工作应力点应力点MM或或N N。amoS -1CAG-1eD 相应的疲劳极限应力应是极限应相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线力曲线AGC上的某一个点上的某一个点MM或或NN所代表的应力所代表的应力( (m ，a ) ) 。M或或N的位置确定与循环应力变化规律有关。的位置确定与循环应力变化规律有关。am 应力比为常数：应力比为常数：r=C可能发生的应可能发生的应力变化规律：力变化规律： 平均应力为常数平均应力为常数m=C 最小应力为常数最小应力为常数min=C计算安全系数及疲劳强度条件为：计算安全系数及疲劳强度条件为：SSamammaxmaxca262711Crr
16、amO-1CAG-1e D1) r=Const（绝大多数转轴中的应力状态）（绝大多数转轴中的应力状态） 作射线作射线OM，其上任意一点所，其上任意一点所代表的应力循环都具有相同的应代表的应力循环都具有相同的应力比。力比。M1为极限应力点，其坐为极限应力点，其坐标值标值me ，ae之和就是对应于之和就是对应于M点的极限应力点的极限应力max 。maxminmaxminam比值：S amMmeae也是一个常数。也是一个常数。M1281aemeaeamemK meaemaxmaamK)(1maKmax1通过联立直线通过联立直线OM和和AG的方程：的方程： 可求解可求解M1点的坐标为点的坐标为:11m
17、meamaaeamKK 2930ae计算安全系数及疲劳强度条件为：计算安全系数及疲劳强度条件为：SKSma1 -maxmaxca-1-1eamOCADS GN点的极限应力点点的极限应力点NN1位于直位于直线线CG上，上，meaeamN N1maxsmeae有：有：这说明工作应力为这说明工作应力为N点时，首点时，首先可能发生的是先可能发生的是屈服失效屈服失效。故。故只需要进行静强度计算即可。只需要进行静强度计算即可。强度计算公式为：强度计算公式为：SSSmaSmaxca 凡是工作应力点落在凡是工作应力点落在OGC区域内，在循环特性区域内，在循环特性 r=常数常数的条件下，极限应力统统为屈服极限，
18、只需要进行静强度的条件下，极限应力统统为屈服极限，只需要进行静强度计算。计算。31例题例题1：用计算法确定该零件的计算安全系数用计算法确定该零件的计算安全系数Sca。 3233maxmin2808010022mMPamaxmin2808018022aMPa14501.361.31.62 1800.3 100caamSSK 8002.851.3180 100ScaamSS解解 （1）解析法。）解析法。 若工作应力点在疲劳极限区若工作应力点在疲劳极限区 若工作应力点在屈服强度区若工作应力点在屈服强度区 所以该零件安全。所以该零件安全。3435am-1-1eamOCADS G2) m=Const （
19、如振动着的受载弹簧的应力状态）（如振动着的受载弹簧的应力状态） 此时需要在此时需要在 AG上确定上确定M2，使得：使得：me= m M显然显然M2在过在过M点且纵轴平点且纵轴平行线上，该线上任意一点所行线上，该线上任意一点所代表的应力循环都具有相同代表的应力循环都具有相同的平均应力值。的平均应力值。 M2通过联立直线通过联立直线M M2和和AG的方程可求解的方程可求解M2点的坐标为：点的坐标为： Kme11maxKKm)(1Kmae1计算安全系数及疲劳计算安全系数及疲劳强度条件为：强度条件为：SKKSm)()(ma1 -maxmaxca36-1-1eamOCA JS G45 am-1-1eam
20、OCADS G同理，对于同理，对于N点的极限应力点的极限应力为为NN2点。点。 N N2由于落在了直线由于落在了直线CG上，故只上，故只要进行静强度计算：要进行静强度计算：计算公式为：计算公式为：SSSmaSmaxca3) min=Const （紧螺栓连结中螺栓受轴向变载荷的应力状态）（紧螺栓连结中螺栓受轴向变载荷的应力状态） MM3此时需要在此时需要在 AG上确定上确定M3，使得：使得：min= min 因为：因为：min= m - a =C过过M点作点作45 直线，其上任意一点直线，其上任意一点所代表的应力循环都具有相同的所代表的应力循环都具有相同的最小应力。最小应力。 M3位置如图。位置
21、如图。minML37在在OAJ区域内，最小应力区域内，最小应力均为负值，在实际机器中极均为负值，在实际机器中极少出现，故不予讨论。少出现，故不予讨论。通过通过O、G两点分别作两点分别作45直线，直线，I得得OAJ、OJGI、GCI三个区域。三个区域。PLQminQ0 0minM-1e-1amOCAS GMM3 J而在而在GCI区域内，极限应力区域内，极限应力统为屈服极限。按静强度处理：统为屈服极限。按静强度处理：SSSmaSmaxca只有在只有在OJGI区域内，极限应力才在疲劳极限应力曲区域内，极限应力才在疲劳极限应力曲线上。线上。 通过联立直线通过联立直线M M3和和AG的方程可求解的方程可
22、求解M3点的坐标点的坐标值：值：38-1min-1minaemeKKK 可得到计算安全系数及疲劳强度条件为：可得到计算安全系数及疲劳强度条件为：SKKS)2)()(2minamin1 -maxmaxca1minaememeaeK 解得：解得：3940规律性不稳定变应力规律性不稳定变应力三、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算三、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算不稳定不稳定变应力变应力规律性规律性非规律性非规律性用统计方法进行疲劳强度计算用统计方法进行疲劳强度计算按损伤累按损伤累积积假说（常称为假说（常称为Miner法则）法则）进行疲劳强度计算进行疲劳强度计算1n12n23n34n4maxnOmax
23、NO1n1N12 n2N23 n3 N3-1 -1 ND41 若应力每循环一次都对材料的破坏起相同的作用，若应力每循环一次都对材料的破坏起相同的作用，则应力则应力 1 每循环一次对材料的损伤率即为每循环一次对材料的损伤率即为1/N1，而循，而循环了环了n1次的次的1对材料的损伤率即为对材料的损伤率即为n1/N1。如此类推，循。如此类推，循环了环了n2次的次的2对材料的损伤率即为对材料的损伤率即为n2/N2，。而低于而低于-1的应力可以认为不构成破坏作用。的应力可以认为不构成破坏作用。 当损伤率达到当损伤率达到100%时，材料即发生疲劳破坏，故对时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有：应于极
24、限状况有：1.3322111NnNnNnNnziiimiiNN10其中：此方程即是此方程即是Miner方程式方程式42实验表明：实验表明： 1）当应力作用顺序是先大）当应力作用顺序是先大 后小时，等号右边值后小时，等号右边值 1； 11ziiiNn11ziiiNn一般情况有：一般情况有： 2 . 27 . 01ziiiNn1).(1101221110mzimiimzzmmmNnnnnN极限情况：极限情况： 43mzimiiNn101mzimiicanN101SScaca1若材料在这些应力作用下，未达到破坏，则有：若材料在这些应力作用下，未达到破坏，则有：令不稳定变应力的令不稳定变应力的计算应力
25、计算应力为：为：则：则： ca -1 ，其强度条件为：，其强度条件为：四、双向稳定变应力时的疲劳强度计算四、双向稳定变应力时的疲劳强度计算(自学）自学）1. 1. 对称循环对称循环: :当零件上同时作用有当零件上同时作用有同相位同相位的稳定对称循环变应的稳定对称循环变应力力 a a 和和 a a时，由实验得出的极限应力关系式为：时，由实验得出的极限应力关系式为：12e1a2e1a44CD 式中式中 a及及 a为同时作用的为同时作用的切向及法向应力幅的切向及法向应力幅的极限值极限值。若作用于零件上的应力幅若作用于零件上的应力幅 a及及 a如图中如图中MM点表示，则点表示，则图中图中MM点对应于点
26、对应于MM点的极限应力。点的极限应力。 由于是对称循环变应力，故应力幅即为最大应力由于是对称循环变应力，故应力幅即为最大应力。弧。弧线线 AMB 上任何一个点即代表一对极限应力上任何一个点即代表一对极限应力a及及a。Oa-1ea-1e12e1a2e1aABMDCM计算安全系数：计算安全系数：ODODOCOCOMOMScaeaOC1因为：eaOD1eaOC1eaOD1acaaacaaSS于是有：强调代入第一个公式强调代入第一个公式12e1a2e1a4512e12e1acaacaSS将将 a及及 a代入到极限应力关代入到极限应力关系可得：系可得：SSaeae11和而而 是是只承受切向应力或只承受法
27、向应力时的计算安全系数。只承受切向应力或只承受法向应力时的计算安全系数。于是求得计算安全系数：于是求得计算安全系数：22caSSSSOMOMS 说明只要工作应力点说明只要工作应力点MM落在极限区域以内，就不会落在极限区域以内，就不会达到极限条件，因而总是安全的。达到极限条件，因而总是安全的。CDOa-1ea-1eABMDCMmamaKSKS11 2. 2. 当零件上所承受的两个变应力均为当零件上所承受的两个变应力均为不对称循环不对称循环时，有：时，有：46五、许用安全系数的选取五、许用安全系数的选取1 1）静应力下，塑性材料）静应力下，塑性材料的零件：的零件：S =1.2S =1.2.5.5
28、铸钢件：铸钢件：S =1.S =1.5.5S S典型机械的典型机械的 S S 可通过查表求得。可通过查表求得。 无表可查时，按无表可查时，按以下原则取：以下原则取： 零件尺寸大，结构笨重。零件尺寸大，结构笨重。S S 可能不安全。可能不安全。）静应力下，）静应力下，脆脆性材料，性材料，如高强度钢或铸铁：如高强度钢或铸铁： S =3S =34 43 3）变变应力下，应力下， S =1.3S =1.31.71.7材料不均匀，或计算不准时取：材料不均匀，或计算不准时取： S =1.7S =1.72.52.547六、提高机械零件疲劳强度的措施六、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
29、济性后，采用具有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。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。 尽可能降低零件上的应力集中的尽可能降低零件上的应力集中的影响，是提高零件疲劳强度的首要影响，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
30、疲劳寿命有着比提高材料性能的尺寸，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。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。484950 在工程实际中，往往会发生工作应力小于许用应力时在工程实际中，往往会发生工作应力小于许用应力时所发生的突然断裂，这种现象称为所发生的突然断裂，这种现象称为低应力脆断。低应力脆断。 对于高强度材料，一方面是它的强度高（即许用应力对于高强度材料，一方面是它的强度高（即许用应力高），另一方面则是它抵抗裂纹扩展的能力要随着强度
31、高），另一方面则是它抵抗裂纹扩展的能力要随着强度的增高而下降。因此，用传统的强度理论计算高强度材的增高而下降。因此，用传统的强度理论计算高强度材料结构的强度问题，就存在一定的危险性。料结构的强度问题，就存在一定的危险性。 断裂力学断裂力学是研究带有裂纹或带有尖缺口的结构或是研究带有裂纹或带有尖缺口的结构或构件的强度和变形规律的学科。构件的强度和变形规律的学科。 通过对大量结构断裂事故分析表明，结构内部裂纹通过对大量结构断裂事故分析表明，结构内部裂纹和缺陷的存在是导致低应力断裂的内在原因。和缺陷的存在是导致低应力断裂的内在原因。3-3 3-3 机械零件的抗断裂强度机械零件的抗断裂强度( (自学自
32、学) ) 51为了度量含裂纹结构体的强度，在断裂力学中运用为了度量含裂纹结构体的强度，在断裂力学中运用了应力强度因子了应力强度因子KI（或（或K、K）和断裂韧度）和断裂韧度KIC (或或KC、KC）这两个新的度量指标来判别结构安全性，）这两个新的度量指标来判别结构安全性，即：即：KIKIC时，裂纹不会失稳扩展。时，裂纹不会失稳扩展。KIKIC时，裂纹失稳扩展。时，裂纹失稳扩展。5234 机械零件的接触强度机械零件的接触强度如齿轮、凸轮、滚动轴承等。如齿轮、凸轮、滚动轴承等。B一、表面接触应力一、表面接触应力 机械零件中各零件之间的力的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
33、实现的。常见传递，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。两机械零件的接触形式为点接触或线接触。53 若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，由于局部弹性变形其接触处为一小面积，通常此面积由于局部弹性变形其接触处为一小面积，通常此面积甚小而表层产生的局部应力却很大，这种应力称为接甚小而表层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力。这时零件强度称为接触强度触应力。这时零件强度称为接触强度。F F 2 O2 1 O1 2 2 O2 1 1 O1 F F 2 2b H1 变形量B接触失效形式常表现为：接触失效形式
34、常表现为： 疲劳点蚀疲劳点蚀后果：减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、降后果：减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、降低了承载能力、引起振动和噪音。低了承载能力、引起振动和噪音。初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹裂纹的扩展与断裂裂纹的扩展与断裂 油油金属剥落出现小坑金属剥落出现小坑二、接触应力的危害二、接触应力的危害54b b三、接触应力的计算三、接触应力的计算 由弹性力学可知，应力为：由弹性力学可知，应力为：222121211111EEbFnH2121:令:,2212121代入化简得EEEEEbEFnH)1 (212bEFn418.0对于钢或铸铁取泊松比：对于钢或铸铁取泊松比
35、： 1=2=0.3 , 则有简化公式。则有简化公式。上述公式称为上述公式称为赫兹赫兹(HHertz)公式公式 “+”用于外接触，用于外接触，“-”用于内接触。用于内接触。H HH H21Fn222121211111EEbFnHbEFnH)1 (212bEFn418.01Fnb b2H HH H55bEFnH418.0H H -最大接触应力或最大接触应力或赫兹应力赫兹应力;212121212EEEEEb b -接触长度接触长度;F Fn n -作用在圆柱体上的载荷作用在圆柱体上的载荷; -综合曲率半径综合曲率半径; -综合弹性模量综合弹性模量; E1、 E2 分别为两分别为两 圆柱体的弹性模量。
36、圆柱体的弹性模量。 接触疲劳强度的判定条件为：接触疲劳强度的判定条件为：HHHHHSlim,而b bFn四、零件接触疲劳强度计算四、零件接触疲劳强度计算56 作业作业: P45 3-2P45 3-2，3-43-45758本章内容：本章内容：1. 基本要求基本要求了解疲劳曲线及极限应力曲线的意义及用途，能从材料的几了解疲劳曲线及极限应力曲线的意义及用途，能从材料的几个基本机械性能个基本机械性能 及零件的几何特性，绘及零件的几何特性，绘制零件的极限应力简化线图。制零件的极限应力简化线图。学会单向变应力时的强度计算方法，了解应力等效转化的概念。学会单向变应力时的强度计算方法，了解应力等效转化的概念。
37、2. 重点难点重点难点 重点重点:疲劳曲线及极限应力曲线的用途、疲劳曲线及极限应力曲线的用途、稳定循环变应力作用下稳定循环变应力作用下单向应力状态及复合应力状态时的安全系数计算。单向应力状态及复合应力状态时的安全系数计算。难点：难点：极限应极限应力曲线的理解及应用、力曲线的理解及应用、如何确定不同循环特性如何确定不同循环特性 的极限应力的极限应力 。主目录了解疲劳损伤累积假说（了解疲劳损伤累积假说（Miner法则）的意义及其应用方法。法则）的意义及其应用方法。 学会双向变应力时的强度校核方法。学会双向变应力时的强度校核方法。 影响机械零件疲劳强度的主要因素、区分机械零件所受载荷及影响机械零件疲劳强度的主要因素、区分机械零件所受载荷及应力类型。应力类型。会查用教材本章附录中的有关线图及数表。会查用教材本章附录中的有关线图及数表。 01-S , , ,B
