【正文】 又如汽輪機(jī)葉片，當(dāng)它在高溫和離心力作用下長(zhǎng)期工作時(shí)，蠕變會(huì)使它碰到機(jī)殼，發(fā)生故障。 如果零件上同時(shí)作用有正應(yīng)力和剪應(yīng)力，材料處于復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，則情況比較復(fù)雜。試求循環(huán)次數(shù) N分別為 、 、 次時(shí)相應(yīng)的壽命系數(shù)和有限壽命疲勞極限。 靜應(yīng)力作用下： 危險(xiǎn)剖面塑性變形或斷裂 變應(yīng)力作用下： 疲勞斷裂 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 2． 材料的疲勞曲線(xiàn) 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)零件實(shí)驗(yàn)，可以得到材料的應(yīng)力與疲勞壽命的關(guān)系。 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 因此，這使得接觸應(yīng)力將是變應(yīng)力 。通常認(rèn)為在工作壽命內(nèi)， 載荷引起應(yīng)力變化的次數(shù)小于1000 如 ：工件質(zhì)量引起的重力；受固定載荷的連接螺栓 ?2變載荷： 隨時(shí)間做周期性或非周期性變化。機(jī)械零件的應(yīng)力 機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的強(qiáng)度計(jì)算 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 機(jī)械零件的載荷 機(jī)械零件的變形 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 工程背景 ?在機(jī)械設(shè)計(jì)中，強(qiáng)度準(zhǔn)則是設(shè)計(jì)零件的最基本準(zhǔn)則，其理論基礎(chǔ)是材料力學(xué)。周期性載荷根據(jù)每一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)載荷的變化與否，可以進(jìn)一步分為穩(wěn)定循環(huán)載荷與不穩(wěn)定循環(huán)載荷 如 ：往復(fù)式動(dòng)力機(jī)械；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；回轉(zhuǎn)齒輪軸等 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 設(shè)計(jì)階段的作用 ?1名義載荷 : 按原動(dòng)機(jī)功率求得理想工作條件下的載荷 如 ：某齒輪傳動(dòng)副，輸入功率為 P(kW)，轉(zhuǎn)速為 n(r/min)，則所受扭矩為 (N 根據(jù)赫茲公式可以得到接觸應(yīng)力的計(jì)算公式為： 12H 2212121111FBEE???????????????????????式中， F為載荷； B為接觸寬度； ?1和 ?2分別為兩個(gè)接觸材料的泊松比； ?1和 ?2分別為兩個(gè)零件初始接觸線(xiàn)處的曲率半徑； E1和 E2分別為兩材料的彈性模量。在任意一個(gè)給定循環(huán)特性 r的條件下，表示應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N與疲勞極限應(yīng)力的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為 疲勞曲線(xiàn) ，如圖 38所示。 1 275 MP a? ? ?s 355 MP a? ? 70 10N510 65 10?810第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 解： 由式 (34)知道： ， ，將 N0 = 107， m = 9代入其中，則計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表。 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 目前，當(dāng)僅有同相位的對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力和作用時(shí)，由實(shí)驗(yàn)得出的極限應(yīng)力關(guān)系式為 ca 22SSSSS??????式中， 、 按照相應(yīng)典型應(yīng)力特性下的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。在工程中，規(guī)定工作溫度下，蠕變速率達(dá)到某一值時(shí)的極限應(yīng)力稱(chēng)為蠕變極限。 圖 315 蠕變曲線(xiàn) 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 例如，高溫高壓蒸汽管由于蠕變會(huì)使管壁不斷變薄，直徑就不斷增大，最后會(huì)因強(qiáng)度不足引起管壁破裂。 將以上各式應(yīng)用于只有剪應(yīng)力狀態(tài)時(shí)同樣成立 ，只需用代替進(jìn)行符號(hào)變換即可。 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 【工程實(shí)例 32】 計(jì)算不同循環(huán)次數(shù)下的壽命系數(shù) KN和有限壽命疲勞極限 ?1N 某鋼材的對(duì)稱(chēng)循環(huán)彎曲疲勞極限 ，屈服極限 ，應(yīng)力循環(huán)基數(shù) ，壽命指數(shù)m = 9。 其過(guò)程為產(chǎn)生初始裂紋 → 裂紋擴(kuò)展 → 突然斷裂。 ?2．接觸應(yīng)力計(jì)算 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 圖 35 接觸應(yīng)力 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 由此產(chǎn)生的接觸應(yīng)力具有下述 特點(diǎn) ： ?（ 1）接觸應(yīng)力僅在局部很小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生很大的應(yīng)力，而且是三向應(yīng)力狀態(tài)； ?（ 2）當(dāng)接觸點(diǎn)（或線(xiàn)）連續(xù)改變位置時(shí)，零件上任意點(diǎn)處的接觸應(yīng)力將在零和最大值之間變動(dòng)。 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 載荷性質(zhì) ?1靜載荷 ： 不隨時(shí)間改變或變化緩慢。 ?實(shí)際機(jī)械零件在工作中所受的載荷是復(fù)雜的，既包括靜應(yīng)力也包括變應(yīng)力，因此對(duì)載荷進(jìn)行簡(jiǎn)化、分類(lèi)是進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的基礎(chǔ)。m) 9550 PT n??2計(jì)算載荷 : 作用于零件的實(shí)際載荷，常用符號(hào) Fca、 Tca、 Pca、 Mca等來(lái)表示。其中正號(hào)用于外接觸，負(fù)號(hào)用于內(nèi)接觸。 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 2． 材料的疲勞曲線(xiàn) 疲勞曲線(xiàn) 圖 38 材料的 疲勞曲線(xiàn) N? ?循環(huán)次數(shù) 曲線(xiàn)上各點(diǎn)表示在相應(yīng)的循環(huán)次數(shù) N下，不產(chǎn)生疲勞失效的最大應(yīng)力值，即疲勞極限應(yīng)力。 0mNK N N?11NNK??????循環(huán)次數(shù) N KN /MPa 計(jì) 算 說(shuō) 明 105 355 5 106 297 108 1 275 9 76 110 / 5 10 8 , 8 27 5 29 7 M P aK ? ?? ? ? ? ? ?第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的