1、1 一、載荷的分類(lèi) 1）循環(huán)變載荷 a) 穩(wěn)定循環(huán)變載荷 b) 不穩(wěn)定循環(huán)變載荷2）隨機(jī)變載荷靜載荷變載荷：載荷：1）名義載荷 2）計(jì)算載荷 2隨機(jī)變應(yīng)力靜應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力二、應(yīng)力的分類(lèi)1、應(yīng)力種類(lèi)變應(yīng)力：不穩(wěn)定變應(yīng)力： 穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力32、穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的基本參數(shù)和種類(lèi) a) 基本參數(shù) 應(yīng)力循環(huán)特性ammaxammin2maxmm2maxmamaxmin最大應(yīng)力最小應(yīng)力平均應(yīng)力應(yīng)力幅11b) 穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力種類(lèi)： -1 +1不對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力 =+1 靜應(yīng)力 = 1 對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力 = 0 脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力4注意：靜應(yīng)力只能由靜載荷產(chǎn)生，而變應(yīng)力可能由變載荷產(chǎn)生，也可能由靜載荷產(chǎn)生名義應(yīng)力

2、由名義載荷產(chǎn)生的應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力由計(jì)算載荷產(chǎn)生的應(yīng)力 )()(caca3）名義應(yīng)力和計(jì)算應(yīng)力5l強(qiáng)度條件： 或 ssscascasssscascasl按第三或第四強(qiáng)度理論對(duì)彎扭復(fù)合應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算 l由第三強(qiáng)度理論 （最大剪應(yīng)力理論） 由第四強(qiáng)度理論： （最大變形能理論） /422ssca/322ssca6)(222sssssca22sssssscal脆性材料極限應(yīng)力： （強(qiáng)度極限）1、單向應(yīng)力狀態(tài) l強(qiáng)度條件： 或l l 或BsBcasscaBsBcasscaB 失效形式：斷裂 7l按第一強(qiáng)度條件： l（最大主應(yīng)力理論） l注意：低塑性材料（低溫回火的高強(qiáng)度鋼）l 強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)計(jì)入應(yīng)力集中的影響l

3、 脆性材料（鑄鐵）l 強(qiáng)度計(jì)算不考慮應(yīng)力集中l(wèi)一般工作期內(nèi)應(yīng)力變化次數(shù)103（104）按靜應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算)4(2122sBca4222ssBca2、復(fù)合應(yīng)力下工作的零件8l1、失效形式：疲勞（破壞）（斷裂）l2、疲勞破壞特征：l 1）斷裂過(guò)程：產(chǎn)生初始裂紋 （應(yīng)力較大處）l 裂紋尖端在切應(yīng)力作用下，反復(fù)擴(kuò) l 展，直至產(chǎn)生疲勞裂紋。l 2）斷裂面：光滑區(qū)（疲勞發(fā)展區(qū)）l 粗糙區(qū)（脆性斷裂區(qū)）l 3）無(wú)明顯塑性變形的脆性突然斷裂l 4）破壞時(shí)的應(yīng)力（疲勞極限）遠(yuǎn)小于材料的屈服極限 一、變應(yīng)力作用下機(jī)械零件的失效特征3、疲勞破壞的機(jī)理：損傷的累積4、影響因素：不僅與材料性能有關(guān)，變應(yīng)力的循環(huán)特性，

4、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，應(yīng)力幅都對(duì)疲勞極限有很大影響。9)(NNNN疲勞極限，循環(huán)變應(yīng)力下應(yīng)力循環(huán)N次后材料不發(fā)生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力稱(chēng)為材料的疲勞極限疲勞壽命（N）材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1、疲勞曲線(xiàn)： 應(yīng)力循環(huán)特性一定時(shí)，材料的疲勞極限與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)之間關(guān)系的曲線(xiàn)No 循環(huán)基數(shù) 持久極限1）有限壽命區(qū) 當(dāng)N103(104)高周循環(huán)疲勞當(dāng) 時(shí)隨循環(huán)次數(shù)疲勞極限043)10(10NN l注意：有色金屬和高強(qiáng)度合金鋼無(wú)無(wú)限壽命區(qū)。2）無(wú)限壽命區(qū)0NN N持久極限對(duì)稱(chēng)循環(huán)：脈動(dòng)循環(huán)：0011l3）疲勞曲線(xiàn)方程)10(10(043NN 11壽命系數(shù)l疲勞極限幾點(diǎn)說(shuō)明：l No 硬度350HBS鋼，

5、 No=107l 350HBS鋼， No=(10 - 25)x107l有色金屬(無(wú)水平部分)，規(guī)定當(dāng)No25x107時(shí),近似為無(wú)限壽命區(qū) m指數(shù)與應(yīng)力與材料的種類(lèi)有關(guān)。l鋼 m=9拉、彎應(yīng)力、剪應(yīng)力 m=6接觸應(yīng)力l青銅 m=9彎曲應(yīng)力 m=8接觸應(yīng)力12 應(yīng)力循環(huán)特性越大，材料的疲勞極限與持久極限越大，對(duì)零件強(qiáng)度越有利。l對(duì)稱(chēng)循環(huán)（應(yīng)力循環(huán)特性=-1）最不利2、材料的疲勞極限應(yīng)力圖同一種材料在不同的應(yīng)力循環(huán)特性下的疲勞極限圖（ 圖）l 對(duì)任何材料（標(biāo)準(zhǔn)試件）而言，對(duì)不同的應(yīng)力循環(huán)特性下有不同的持久極限，即每種應(yīng)力循環(huán)特性下都對(duì)應(yīng)著該材料的最大應(yīng)力= ，再由應(yīng)力循環(huán)特性可求出 和 、maxmi

6、nmmaxa以 為橫坐標(biāo)、 為縱坐標(biāo)，即可得材料在不同應(yīng)力循環(huán)特性下的極限 和 的關(guān)系圖mmaa13如圖 AB脆性材料所示，塑性材料類(lèi)似，曲線(xiàn)上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)著不同應(yīng)力循環(huán)特性下的材料疲勞極限A對(duì)稱(chēng)疲勞極限點(diǎn) D脈動(dòng)疲勞極限點(diǎn) B 屈服極限點(diǎn) C 強(qiáng)度極限點(diǎn)14l 上各點(diǎn)： 如果 不會(huì)疲勞破壞l 上各點(diǎn)： 如果 不會(huì)屈服破壞 GA CGamlimmaxsamlimmaxmaxsmax01,s折線(xiàn)以?xún)?nèi)為疲勞和塑性安全區(qū)，折線(xiàn)以外為疲勞和塑性失效區(qū)，工作應(yīng)力點(diǎn)離折線(xiàn)越遠(yuǎn)，安全程度愈高。材料的簡(jiǎn)化極限應(yīng)力線(xiàn)圖，可根據(jù)材料的和三個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù) 和 而作出15l 對(duì)稱(chēng)極限點(diǎn)l 強(qiáng)度極限點(diǎn) l 脈動(dòng)疲勞極限點(diǎn)l l

7、 屈服極限點(diǎn) l簡(jiǎn)化極限應(yīng)力線(xiàn)圖：簡(jiǎn)化極限應(yīng)力圖 l l作法：考慮材料的最大應(yīng)力不超過(guò)疲勞極限，得 l 及延長(zhǎng)線(xiàn)l 考慮塑性材料的最大應(yīng)力不超過(guò)屈服極限，得1max2, 1, 0m1, 0limmaxma22maxma020maCGDACGDA16由于實(shí)際機(jī)械零件與標(biāo)準(zhǔn)試件之間在絕對(duì)尺寸、表面狀態(tài)、應(yīng)力集中、環(huán)境介質(zhì)等方面往往有差異，這些因素的綜合影響使零件的疲勞極限不同于材料的疲勞極限，其中尤以應(yīng)力集中、零件尺寸和表面狀態(tài)三項(xiàng)因素對(duì)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度影響最大。 三、影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的主要因素和零件極限應(yīng)力圖1、應(yīng)力集中的影響有效應(yīng)力集中系數(shù) 零件受載時(shí)，在幾何形狀突變處（圓角、凹槽、孔等

8、）要產(chǎn)生應(yīng)力集中，對(duì)應(yīng)力集中的敏感程度與零件的材料有關(guān)，一般材料強(qiáng)度越高，硬度越高，對(duì)應(yīng)力集中越敏感 maxmax,)(maxmax)()(qq為考慮零件幾何形狀的理論應(yīng)力集中系數(shù) 應(yīng)力集中源處名義應(yīng)力 材料對(duì)應(yīng)力集中的敏感系數(shù) 應(yīng)力集中源處最大應(yīng)力 172、零件尺寸的影響尺寸系數(shù) 由于零件尺寸愈大時(shí)，材料的晶粒較粗，出現(xiàn)缺陷的概率大，而機(jī)械加工后表面冷作硬化層相對(duì)較薄，所以對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的不良影響愈顯著 3、表面狀態(tài)的影響 1）表面質(zhì)量系數(shù)零件加工的表面質(zhì)量（主要指表面粗糙度）對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響 鋼的 越高，表面愈粗糙， 愈低 B)(強(qiáng)化處理評(píng)火、滲氮、滲碳、熱處理、拋光、噴丸、滾壓等冷作工藝

9、2）表面強(qiáng)化系數(shù)考慮對(duì)零件進(jìn)行不同的強(qiáng)化處理，對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響18應(yīng)力集中，零件尺寸和表面狀態(tài) 只對(duì)應(yīng)力幅 有影響，而對(duì)平均應(yīng)力 無(wú)影響試驗(yàn)而得 q,am4、綜合影響系數(shù) 和零件的極限應(yīng)力圖綜合影響系數(shù)表示了材料極限應(yīng)力幅與零件極限應(yīng)力幅的比值)(kk1）綜合影響系數(shù)192、零件的極限應(yīng)力圖 由于 只對(duì) 有影響，而對(duì) 無(wú)影響，在材料的極限應(yīng)力圖 ADGC上幾個(gè)特殊點(diǎn)以坐標(biāo)計(jì)入 影響 kmk零件脈動(dòng)循環(huán)疲勞點(diǎn) 零件對(duì)稱(chēng)循環(huán)疲勞點(diǎn)AG許用疲勞極限曲線(xiàn)，GC屈服極限曲線(xiàn) 20直線(xiàn)AG方程 :meeaeek11meaek1 或零件的材料特性 0012e 001 21kkee標(biāo)準(zhǔn)試件中的材料特性直線(xiàn)

10、CG方程： smeae21四、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 1、 大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài) Cmaxmin/過(guò)原點(diǎn)與工作應(yīng)力點(diǎn)M或N作連線(xiàn)交ADG于M1和N1點(diǎn)，由于直線(xiàn)上任一點(diǎn)的應(yīng)力循環(huán)特性均相同, M1和N1點(diǎn)即為所求的極限應(yīng)力點(diǎn) 常數(shù)112/ )(2/ )(maxmaxlinlinma22a)當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位于OAG內(nèi)極限應(yīng)力為疲勞極限，按疲勞強(qiáng)度計(jì)算mamaammeaeekkmax11maxlim)(零件的極限應(yīng)力，疲勞極限：強(qiáng)度條件為： 1maxmaxmaxlimsksmaecab)工作應(yīng)力點(diǎn)位于OGC內(nèi)極限應(yīng)力為屈服極限，按靜強(qiáng)度計(jì)算maxmaxlimssamsseca232、 振動(dòng)

11、中的受載彈簧的應(yīng)力狀態(tài)cm需在極限應(yīng)力圖上找一個(gè)其平均應(yīng)力與工作應(yīng)力相同的極限應(yīng)力，如圖，過(guò)工作應(yīng)力點(diǎn)M（N）作與縱軸平行的軸線(xiàn)交AGC于M2（N2 ）點(diǎn)，即為極限應(yīng)力點(diǎn) a) 當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位 于OAGH區(qū)域極限應(yīng)力為疲勞極限 強(qiáng)度條件： )()(1maxmaxmaxlimskksammecab）工作應(yīng)力點(diǎn)位于GHC區(qū)域極限應(yīng)力為屈服極限 強(qiáng)度條件為： maxlimssamseca243、 變軸向變載荷的緊螺栓聯(lián)接中的螺栓應(yīng)力狀態(tài) cmin過(guò)工作應(yīng)力點(diǎn)M（N）作與橫坐標(biāo)成45的直線(xiàn)，則這直線(xiàn)任一點(diǎn)的最小應(yīng)力 均相同，直線(xiàn)與極限應(yīng)力線(xiàn)圖交點(diǎn) 即為所求極限應(yīng)力點(diǎn)。 cammin ammin)(33

12、NM25a)工作應(yīng)力點(diǎn)位于OJGI區(qū)域內(nèi)求AG與MM3的交點(diǎn):aememeeaeekk11aeamaememinkkmeaeemin1maxlim)(2 )2)()(2)()(2minmin1min1maxlimSkkkkSaameca強(qiáng)度條件:極限應(yīng)力為疲勞極限，按疲勞強(qiáng)度計(jì)算26c）工作應(yīng)力位于OAJ區(qū)域內(nèi)),(3aemeNesaemelim 2minmaxlimSSasamsecaminb)工作應(yīng)力點(diǎn)位于IGC區(qū)域極限應(yīng)力為屈服極限按靜強(qiáng)度計(jì)算極限應(yīng)力點(diǎn)為靜強(qiáng)度條件為負(fù)值，工程中罕見(jiàn)，故不作考慮。 275）等效應(yīng)力幅 mNNN0maadk注意：1）若零件所受應(yīng)力變化規(guī)律不能肯定，一般采用

13、 =C的情況計(jì)算2）上述計(jì)算均為按無(wú)限壽命進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，若按有限壽命要求設(shè)計(jì)零件時(shí)，即應(yīng)力循環(huán)次數(shù)103(104)NNo時(shí)，這時(shí)上述公式中的極限應(yīng)力應(yīng)為有限壽命的疲勞極限 ，即應(yīng)以-1N 代-1 ，以oN代o3）當(dāng)未知工作應(yīng)力點(diǎn)所在區(qū)域時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮可能出現(xiàn)的兩種情況4）對(duì)切應(yīng)力上述公式同樣適用，只需將改為即可。28五、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 1、對(duì)稱(chēng)循環(huán)穩(wěn)定變應(yīng)力 當(dāng)零件剖面上同時(shí)作用著相位相同的縱向和切向?qū)ΨQ(chēng)循環(huán)，穩(wěn)定變應(yīng)力a和a時(shí)，經(jīng)試驗(yàn)后極限應(yīng)力關(guān)系為1)()(2121eaeaa, a 同時(shí)作用正應(yīng)力和切應(yīng)力的應(yīng)力幅極限值（ , 同時(shí)作用 ）-1e , -1e 為零件對(duì)稱(chēng)循環(huán)正

14、應(yīng)力和切應(yīng)力時(shí)疲勞極限（ , 單獨(dú)作用） 在以 的坐標(biāo)系中為一個(gè)單位圓 eaea11maxmax, 1aa29圓弧AMB任何一點(diǎn)即代表一對(duì)極限應(yīng)力 a 和a ，如果工作應(yīng)力點(diǎn)M（ ）在極限圓以?xún)?nèi)，則是安全的。M點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的極限應(yīng)力點(diǎn)M 確定時(shí)，一般認(rèn)為 比值不變（多數(shù)情況如此）， M 點(diǎn)在OM直線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)上，如圖所示Meaea11,aa/22SSSSSODDOOCCOOMMOSca強(qiáng)度條件為： 零件只受對(duì)稱(chēng)循環(huán)切應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù) aeS1aeS1零件只受對(duì)稱(chēng)循環(huán)正應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù)30)1()1()1(222121EEbFH高副零件工作時(shí)，理論上是點(diǎn)接觸或線(xiàn)接觸實(shí)際上由于接觸部分的局部彈性變形而形成面接觸由于接觸面積很小，使表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力卻很大。該應(yīng)力稱(chēng)為接觸應(yīng)力。在表面接觸應(yīng)力作用下的零件強(qiáng)度稱(chēng)為接觸強(qiáng)度計(jì)算依據(jù)：彈性力學(xué)的赫茲公式 1、接觸應(yīng)力a)兩圓柱體接觸bpFEEEEH418. 0, 3 . 0max212131b)兩球接觸3222121max1111EEpbFH322max2121388. 0, 3 . 0pFEEEEH時(shí)綜合曲率半徑內(nèi)接觸外接觸21111ppp21maxFH31maxFH說(shuō)明：1）圓柱體 ，球 Hmax與F不呈線(xiàn)性關(guān)系323）同樣的p1、p2下，內(nèi)接觸時(shí)較小，