零件的失效形式
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m m 当N<N0 时, 有近似公式： 1N N 1N0 C
对应于N 的弯曲疲劳极限： 1N 1
新疆大学专用
m
N0 N
作者： 潘存云教授
2、许用应力 在变应力，应取材料的疲劳极限作为极限应力。同 时还应考虑零件的切口和沟槽等截面突变、绝对尺寸 和表面状态等影晌，为此引人应力集中系数kσ、尺寸 系数ε σ 和表面状态系数β 等。 1 当应力是对称循环变化时，许用应力为：[ 1 ]
变应力: σ随时间变化
2
max min
应力幅: a
σ
max min
2
变应力的循环特性: -1 ----对称循环变应力 ----脉动循环变应力 r min = 0 max +1 ----静应力
σ σmax T
静应力Biblioteka Baidu变应力的特例
σ=常数 o σ σmax σa σmin σm σa t t
的数值，设计者还要根据制造零件的工艺要求和标谁、规格加以圆整
5) 绘制工作图并标注必要的技术条件。
作者： 潘存云教授
新疆大学专用
§9－2 机械零件的强度
名义载荷-----在理想的平稳工作条件下作用在零件上 的载荷。 然而在机器运转时，零件还会受到各种附加载荷，通常用引入 名义应力-----按名义载荷计算所得之应力。 载荷系数K----考虑各种附加载荷因素的影响。 计算载荷-----载荷系数与名义载荷的乘积。 计算应力-----按名义载荷计算所得之应力： σ、τ 强度判 定条件：
1、疲劳曲线 应力σ与应力循环次数N 之间 的关系曲线称为：疲劳曲线
由图可知：应力越小，试件能经受的循环次数就越多。试 验表明，当 N>N0以后，曲线趋于水平，可认为在无限次循 环时试件将不会断裂。
σ
σ-1N
O N
σ-1
N0 N
当N>N0 时, 试件将不会断裂。
N0 ----循环基数 N0 对应的应力称为：疲劳极限 用σ-1表示材料在对称循环应力下的弯曲疲劳极限。
新疆大学专用 作者： 潘存云教授
失效原因: 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等 原因。对于各种不同的失效形式，也各有相应的工作能力判定条件 强度条件：计算应力<许用应力； 刚度条件：变形量<许用变形量； 防止失效的判定条件是： 计算量<许用量 ----工作能力计算准则。 机械零件设计的步骤： 1)拟定零件的计算简图; 2) 确定作用在零件上的载荷; 3) 选择合适的材料; 4) 根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定 条件，确定零件的形状 ; 注意，零件尺寸的计算值一般并不是最终采用
机械设计应满足的要求： 在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本 低，在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修 简单和造型美观等。 机械零件的失效： 机械零件曲于某种原因不能正常工作时，称为失效。 工作能力----在不发生失效的条件下，零件所能安全 工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上 又称为：承载能力。 断裂或塑性变形; 如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带 传动等。机械零件虽然有多种可能的 失效形式，归纳起来最主要的为 过大的弹性变形; 零件的失效形式: 工作表面的过度磨损或损伤; 发生强烈的振动；联接的松弛; 摩擦传动的打滑等。
σa
σa
σ
r =+1
σmax σa σa σmin 对称循环变应力 r =- 1
σmin σm
o
循环变应力
新疆大学专用
t o
to
脉动循环变应力 r =0
作者： 潘存云教授
二、静应力下的许用应力 静应力下，零件材料的破坏形式：断裂或塑性变形 塑性材料，取屈服极限σS [ ] s S 作为极限应力,许用应力为： B 脆性材料：取强度极限σB [ ] S 作为极限应力,许用应力为： 三、变应力下的许用应力 变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。疲劳断裂 具有以下特征： 1) 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; 不管脆性材料或塑性材料， 2) 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂; 3) 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。它的初期现象是
k S
当应力是脉动循环变化时，许用应力为：[ 0 ]
0
k S
σ 0 为材料的脉动循环疲劳极限，S为安全系数。以上 各系数均可机械设计手册中查得。以上所述为“无限寿命” ，
有限寿命时，用σ
新疆大学专用
-1N代入得：
[ 1 ]
1 m N0
k S N
作者： 潘存云教授
第9章 机械零件设计概论
§9－1 机械零件设计概论
§9－2 机械零件的强度
§9－3 机械零件的接触强度 §9－4 机械零件的耐磨性 §9－5 机械制造常用材料及其选择 §9－6 公差与配合、表面粗糙度和优先数系 §9－7 机械零件的工艺性及标准化
新疆大学专用 作者： 潘存云教授
§9－1 机械零件设计概论
在零件表面或表层形成微裂纹，这种微裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展，直至余下的未断裂的截面积不足以承受外载荷 时，就突然断裂。疲劳断裂不同于一般静力断裂，它是损伤到一定程度后，即裂纹扩展到一定程度后，才发生的突然断裂。所以 疲劳断裂是与应力循环次数(即使用期限或寿命)有关的断裂。
新疆大学专用 作者： 潘存云教授
四、安全系数 安全系数定得正确与否对零件尺寸有很大影响 S↑ → 零件尺寸大，结构笨重。 S↓ → 可能不安全。 典型机械的 S 可通过查表求得。 无表可查时，按 以下原则取： 1）静应力下，塑性材料的零件：S =1.2～１.5 铸钢件：S =1.５～２.5 ２）静应力下，脆性材料，如高强度钢或铸铁： S =3～4 3）变应力下， S =1.3～1.7 材料不均匀，或计算不准时取： S =1.7～2.5
[ ] [ ]
其中
[ ] S lim [ ] S
lim
[σ]=、[τ]-----许用应力
新疆大学专用
S-----安全系数
作者： 潘存云教授
σlim、τ lim -----极限应力，由实验方法测定。
一、应力的种类 静应力: σ =常数 平均应力: m
对应于N 的弯曲疲劳极限： 1N 1
新疆大学专用
m
N0 N
作者： 潘存云教授
2、许用应力 在变应力，应取材料的疲劳极限作为极限应力。同 时还应考虑零件的切口和沟槽等截面突变、绝对尺寸 和表面状态等影晌，为此引人应力集中系数kσ、尺寸 系数ε σ 和表面状态系数β 等。 1 当应力是对称循环变化时，许用应力为：[ 1 ]
变应力: σ随时间变化
2
max min
应力幅: a
σ
max min
2
变应力的循环特性: -1 ----对称循环变应力 ----脉动循环变应力 r min = 0 max +1 ----静应力
σ σmax T
静应力Biblioteka Baidu变应力的特例
σ=常数 o σ σmax σa σmin σm σa t t
的数值，设计者还要根据制造零件的工艺要求和标谁、规格加以圆整
5) 绘制工作图并标注必要的技术条件。
作者： 潘存云教授
新疆大学专用
§9－2 机械零件的强度
名义载荷-----在理想的平稳工作条件下作用在零件上 的载荷。 然而在机器运转时，零件还会受到各种附加载荷，通常用引入 名义应力-----按名义载荷计算所得之应力。 载荷系数K----考虑各种附加载荷因素的影响。 计算载荷-----载荷系数与名义载荷的乘积。 计算应力-----按名义载荷计算所得之应力： σ、τ 强度判 定条件：
1、疲劳曲线 应力σ与应力循环次数N 之间 的关系曲线称为：疲劳曲线
由图可知：应力越小，试件能经受的循环次数就越多。试 验表明，当 N>N0以后，曲线趋于水平，可认为在无限次循 环时试件将不会断裂。
σ
σ-1N
O N
σ-1
N0 N
当N>N0 时, 试件将不会断裂。
N0 ----循环基数 N0 对应的应力称为：疲劳极限 用σ-1表示材料在对称循环应力下的弯曲疲劳极限。
新疆大学专用 作者： 潘存云教授
失效原因: 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等 原因。对于各种不同的失效形式，也各有相应的工作能力判定条件 强度条件：计算应力<许用应力； 刚度条件：变形量<许用变形量； 防止失效的判定条件是： 计算量<许用量 ----工作能力计算准则。 机械零件设计的步骤： 1)拟定零件的计算简图; 2) 确定作用在零件上的载荷; 3) 选择合适的材料; 4) 根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定 条件，确定零件的形状 ; 注意，零件尺寸的计算值一般并不是最终采用
机械设计应满足的要求： 在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本 低，在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修 简单和造型美观等。 机械零件的失效： 机械零件曲于某种原因不能正常工作时，称为失效。 工作能力----在不发生失效的条件下，零件所能安全 工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上 又称为：承载能力。 断裂或塑性变形; 如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带 传动等。机械零件虽然有多种可能的 失效形式，归纳起来最主要的为 过大的弹性变形; 零件的失效形式: 工作表面的过度磨损或损伤; 发生强烈的振动；联接的松弛; 摩擦传动的打滑等。
σa
σa
σ
r =+1
σmax σa σa σmin 对称循环变应力 r =- 1
σmin σm
o
循环变应力
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t o
to
脉动循环变应力 r =0
作者： 潘存云教授
二、静应力下的许用应力 静应力下，零件材料的破坏形式：断裂或塑性变形 塑性材料，取屈服极限σS [ ] s S 作为极限应力,许用应力为： B 脆性材料：取强度极限σB [ ] S 作为极限应力,许用应力为： 三、变应力下的许用应力 变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。疲劳断裂 具有以下特征： 1) 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; 不管脆性材料或塑性材料， 2) 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂; 3) 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。它的初期现象是
k S
当应力是脉动循环变化时，许用应力为：[ 0 ]
0
k S
σ 0 为材料的脉动循环疲劳极限，S为安全系数。以上 各系数均可机械设计手册中查得。以上所述为“无限寿命” ，
有限寿命时，用σ
新疆大学专用
-1N代入得：
[ 1 ]
1 m N0
k S N
作者： 潘存云教授
第9章 机械零件设计概论
§9－1 机械零件设计概论
§9－2 机械零件的强度
§9－3 机械零件的接触强度 §9－4 机械零件的耐磨性 §9－5 机械制造常用材料及其选择 §9－6 公差与配合、表面粗糙度和优先数系 §9－7 机械零件的工艺性及标准化
新疆大学专用 作者： 潘存云教授
§9－1 机械零件设计概论
在零件表面或表层形成微裂纹，这种微裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展，直至余下的未断裂的截面积不足以承受外载荷 时，就突然断裂。疲劳断裂不同于一般静力断裂，它是损伤到一定程度后，即裂纹扩展到一定程度后，才发生的突然断裂。所以 疲劳断裂是与应力循环次数(即使用期限或寿命)有关的断裂。
新疆大学专用 作者： 潘存云教授
四、安全系数 安全系数定得正确与否对零件尺寸有很大影响 S↑ → 零件尺寸大，结构笨重。 S↓ → 可能不安全。 典型机械的 S 可通过查表求得。 无表可查时，按 以下原则取： 1）静应力下，塑性材料的零件：S =1.2～１.5 铸钢件：S =1.５～２.5 ２）静应力下，脆性材料，如高强度钢或铸铁： S =3～4 3）变应力下， S =1.3～1.7 材料不均匀，或计算不准时取： S =1.7～2.5
[ ] [ ]
其中
[ ] S lim [ ] S
lim
[σ]=、[τ]-----许用应力
新疆大学专用
S-----安全系数
作者： 潘存云教授
σlim、τ lim -----极限应力，由实验方法测定。
一、应力的种类 静应力: σ =常数 平均应力: m