機械零件的疲勞強度

1、1,第九章 機械零件設計概論,machine components design general considerations,2,3,●機械零件設計概述,◆兩個基本概念:,4,◆機械零件的強度,零件設計中的載荷與應力,5,6,零件受靜載荷產(chǎn)生變應力的舉例,1.轉動心軸,產(chǎn)生對稱循環(huán)彎曲應力,7,單向回轉時：,脈動循環(huán)彎曲應力,對稱循環(huán)彎曲應力,8,齒面產(chǎn)生脈動循環(huán)接觸應力,9,產(chǎn)生脈動循環(huán)接觸應力,10,11,12,機械零件的強度條件

2、,13,14,15,機械零件的疲勞強度,變應力下零件的損壞形式——疲勞斷裂,疲勞斷裂的過程：,滑移,16,,？,？,,17,小常識的啟示：,18,◆疲勞斷裂的斷口,疲勞區(qū)（表面光滑區(qū)）,脆性斷裂區(qū)（粗粒狀區(qū)）,19,疲勞曲線,——表示應力σ與循環(huán)次數(shù)N之間的關系曲線。,,,有限壽命區(qū),,無限壽命區(qū),疲勞曲線的特點：,20,21,22,因 試件≠零件,23,例： 45號鋼的對稱循環(huán)持久極限σ-

3、1 =307 MPa,m=9, N0 =107,求應力循環(huán)次數(shù)N =106, N =107, N =108 時的疲勞極限值。,σ-1(107)= 307 (MPa),σ-1(108)= 307 (MPa),24,例：圖示車軸，已知：R=F=110kN,軸的材料為A5鋼， σB =550N/mm2, σ-1 =240N/mm2 ,安全系數(shù) S=1.5。試校核A-A截面的疲勞強度。,因 F的大小和方向不變,且軸轉動,

4、故軸受對稱循環(huán)彎曲應力作用,即 r= -1,25,2. 計算A-A截面的彎曲應力：,3.查取影響疲勞強度的有關系數(shù):(利用手冊）,4.疲勞強度校核:(按無限壽命計算),因對稱循環(huán),最大應力σb =σa,因按無限壽命計算,故:σrN=σ-1,26,◆機械零件的接觸強度,接觸應力(σH)：是點或線接觸的兩零件，受載后，接觸表面產(chǎn)生的局部應力。,這時，零件的強度稱為接觸強度。,在接觸應力作用下，零件的主要失效形式是疲勞點蝕。,27,疲勞點

5、蝕的形成過程(演示)：,在接觸應力的反復作用下,先在15~20μm表層處產(chǎn)生初始疲勞裂紋（初始裂紋與表面成銳角方向發(fā)展）,,潤滑油進入裂紋,,因齒面受壓變形，產(chǎn)生高油壓，裂紋加快擴展（“脹開”）,,裂紋到達 一定深度后，越出表面,,造成小塊金屬脫落，形成小坑——疲勞點蝕。,,,發(fā)生疲勞點蝕后的不良后果：損壞零件表面光潔度；接觸面積減??；承載能力降低；傳動質量下降，引起振動和噪音。,28,◆接觸應力的計算：,注意： σH1 = σH

6、2,29,30,31,32,例：圖示為由兩個相互壓緊的鋼制摩擦輪組成的摩擦輪傳動。已知：D1=100mm,D2=140mm,b=50mm,小輪主動；主動軸傳遞功率P=5kW、轉速n1=500r/min，傳動較平穩(wěn)，載荷系數(shù)K=1.25，摩擦系數(shù),f=0.15。試求：（1）所需的法向壓緊力N；（2）兩輪接觸處 最大接觸應力；（3）若摩擦輪的材料硬度HB=300,試校核接觸強度。,33,由防滑條件：fN≥KF 得,34,35,取 安全

7、系數(shù)： SH=1.1,36,例：圖示，為實現(xiàn)變速，主動摩擦輪可分別帶動三個從動摩擦輪（1、2、3輪）。已知：D1< D2< D3 ,且 各輪寬度相同，材料相同。試分析：主動輪帶動哪一個從動輪時，其接觸應力最大？,∴主動輪帶動最小輪（1輪）時， ρ為相對最小，故σH 為最大。,37,◆機械零件的耐磨性,磨損：由于表面相對運動使摩擦表面 的物質不斷損失的現(xiàn)象。,耐磨性：零件抗磨損的能力。,38,機械零件正常運行的磨損過程

8、（三個階段）：,2、穩(wěn)定磨損階段,39,,,,跑合階段,,,穩(wěn)定磨損階段,,急劇磨損階段,40,41,耐磨性計算：,——目的：控制過度磨損。,——目的：對運動速度較高時，控制溫升。,42,43,44,45,46,47,間隙配合：孔比軸大、用于動聯(lián)接（如：軸頸與滑動軸承）。,48,過渡配合：孔與軸可能有間隙，也可能有過盈，常用于要求具有良好同軸度并又便于裝拆的靜聯(lián)接（如：齒輪與軸）。,49,過盈配合：孔比軸小，用于靜聯(lián)接（如：火車車輪與軸

9、）。,50,配合制度：,1、基孔制——孔是基準孔，其下偏差為零，代號為H，而各種配合是由改變軸的公差帶來實現(xiàn)的。,,51,2、基軸制——軸是基準軸，其上偏差為零，代號為h,而各種配合是由改變孔的公差帶來實現(xiàn)的。,52,53,公差等級：表示尺寸精度的程度。共20個公差等級，代號為：IT01、IT0、IT1、… 、IT18。等級代號數(shù)字越大，其公差等級越低，尺寸精確程度越低。,例：H 7,表示孔的公差帶為H,7 級公差精度,54,55,表

10、面粗糙度:是指零件表面的微觀幾何形狀誤差。它主要是由于加工后在零件表面留下微細的凹凸不平的刀痕。,56,◆良好的工藝性：花費的勞動量較小、加工費用較低，省時、省工、省材、便于加工、易保證精度。,57,,切削加工：,58,,難在機床上固定,,設計夾緊凸緣,開夾緊工藝孔,59,,,,,,,,60,需兩次裝夾，難保證孔的同軸度,,只需一次裝夾，易保證孔的同軸度,61,螺紋孔無法加工,,開設工藝孔,,剛度不足，加工時由于變形影響精度,,加強筋,

11、,,62,,應保證裝配條件：L1 > L2,裝拆工藝性：,63,應保證扳手空間（特殊情況應配專用扳手）,64,軸肩過高，拆卸困難,65,66,,,圓柱面配合較緊時，拆卸不便,設拆卸落釘,,67,裝銷時，空氣無法排除,,開設排氣孔,開設排氣槽,68,定位銷對角布置a=b時，易出現(xiàn)安裝錯誤（誤轉180°）,,同側布置定位銷（或使a≠b）,69,鑄造工藝性：,,壁厚不均勻，易出現(xiàn)縮孔,壁厚減薄，（加筋）,分型面多，造型不便