第09章机械零件设计概论

1、疲劳曲线
σ
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。
当N>N0 时, 试件将不会断裂。
O
σ-1N
N
σ-1
N N0
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。
当N<N0 时, 有近似公式： m 1NN m 1N0C
对应于N
的弯曲疲劳极限：1N
1m
N0 N
第09章机械零件设计概论
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εσ和表面状态系数β等。 当应力是对称循环变化时，许用应力为：[1]
采用的数值，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) 绘制工作图并标注第0必9章机要械零的件设技计概术论条件。
§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。
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
为极限应力,许用应力为：
[ ] B
S
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
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：
强度判 定条件：
[] []
其中
[
]
lim
S
[ ] lim
S
[σ]=、[τ]-----许用应力 S-----安全系数
σ、τ
σlim、τ lim -----极限应第力09章，机械由零件实设计验概论方法测定。
§9－1 机械零件设计概论
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： 机械零件由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。
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，它第是09损章伤机到械一定零程件度设后计，概即论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。
断裂或塑性变形;
零件的失效形式:
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;
工作表面的过度磨损或损伤; 发生强烈的振动；联接的松弛; 第摩09章擦机械传零件动设计的概论打滑等。
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
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。
σmin to
σa σa
σ=常数
o
t
σ
σmax
σa
σa
σm
t o σmin
t
循环变应力
对称循环变应力 第09章机r 械=零-件1设计概论
脉动循环变应力 r =0
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
极限应力,许用应力为：
作为
[
]
s
S
脆性材料：取强度极限σB 作
由于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，这种应力称为接触应力。
这时零件强度称为接触强度。 如齿轮、凸轮、滚动轴承等。
失效形式常表现为：疲劳点蚀
机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的， 在载荷重复作用下，首先在表层内约20μm处产生初始 疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展(润滑油被挤迸裂纹中将 产生高压，使裂纹加快扩展，终于使表层金属呈小片 状剥落下来，而在零件表面形成一些小坑 ，这种现象 称为渡劳点蚀。发生疲劳点蚀后，减小了接触面积， 损坏了零件的光滑表面，因而也降低了承载能力 。
1
k S
当应力是脉动循环变化时，许用应力为：[0
]
0
k S
σ0 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-1N代入得： [1]
第09章机械零件设计概论
1
kS
m
N0 N
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
第09章机械零件设计概论
§9－3 机械零件的接触强度
若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，
一、应力的种类
静应力: σ=常数
变应力: σ随时间变化
平均应力:
m
m
axm
2
in
应力幅:
a
maxm
2
in
变应力的循环特性:
σ
-1
= r min 0
max
+1
T
σ
σa
σa
σmax σmin σm o
----对称循环变应力 ----脉动循环变应力
----静应力
静应百度文库是变应力的特例
σ
r =+1
σmax