機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度

1、1,第九章 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論,machine components design general considerations,2,3,●機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述,◆兩個(gè)基本概念:,4,◆機(jī)械零件的強(qiáng)度,零件設(shè)計(jì)中的載荷與應(yīng)力,5,6,零件受靜載荷產(chǎn)生變應(yīng)力的舉例,1.轉(zhuǎn)動(dòng)心軸,產(chǎn)生對(duì)稱循環(huán)彎曲應(yīng)力,7,單向回轉(zhuǎn)時(shí)：,脈動(dòng)循環(huán)彎曲應(yīng)力,對(duì)稱循環(huán)彎曲應(yīng)力,8,齒面產(chǎn)生脈動(dòng)循環(huán)接觸應(yīng)力,9,產(chǎn)生脈動(dòng)循環(huán)接觸應(yīng)力,10,11,12,機(jī)械零件的強(qiáng)度條件

2、,13,14,15,機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度,變應(yīng)力下零件的損壞形式——疲勞斷裂,疲勞斷裂的過(guò)程：,滑移,16,,？,？,,17,小常識(shí)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(yīng)力σ與循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系曲線。,,,有限壽命區(qū),,無(wú)限壽命區(qū),疲勞曲線的特點(diǎn)：,20,21,22,因 試件≠零件,23,例： 45號(hào)鋼的對(duì)稱循環(huán)持久極限σ-

3、1 =307 MPa,m=9, N0 =107,求應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N =106, N =107, N =108 時(shí)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(qiáng)度。,因 F的大小和方向不變,且軸轉(zhuǎn)動(dòng),

4、故軸受對(duì)稱循環(huán)彎曲應(yīng)力作用,即 r= -1,25,2. 計(jì)算A-A截面的彎曲應(yīng)力：,3.查取影響疲勞強(qiáng)度的有關(guān)系數(shù):(利用手冊(cè)）,4.疲勞強(qiáng)度校核:(按無(wú)限壽命計(jì)算),因?qū)ΨQ循環(huán),最大應(yīng)力σb =σa,因按無(wú)限壽命計(jì)算,故:σrN=σ-1,26,◆機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度,接觸應(yīng)力(σH)：是點(diǎn)或線接觸的兩零件，受載后，接觸表面產(chǎn)生的局部應(yīng)力。,這時(shí)，零件的強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度。,在接觸應(yīng)力作用下，零件的主要失效形式是疲勞點(diǎn)蝕。,27,疲勞點(diǎn)

5、蝕的形成過(guò)程(演示)：,在接觸應(yīng)力的反復(fù)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(rùn)滑油進(jìn)入裂紋,,因齒面受壓變形，產(chǎn)生高油壓，裂紋加快擴(kuò)展（“脹開(kāi)”）,,裂紋到達(dá) 一定深度后，越出表面,,造成小塊金屬脫落，形成小坑——疲勞點(diǎn)蝕。,,,發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕后的不良后果：損壞零件表面光潔度；接觸面積減?。怀休d能力降低；傳動(dòng)質(zhì)量下降，引起振動(dòng)和噪音。,28,◆接觸應(yīng)力的計(jì)算：,注意： σH1 = σH

6、2,29,30,31,32,例：圖示為由兩個(gè)相互壓緊的鋼制摩擦輪組成的摩擦輪傳動(dòng)。已知：D1=100mm,D2=140mm,b=50mm,小輪主動(dòng)；主動(dòng)軸傳遞功率P=5kW、轉(zhuǎn)速n1=500r/min，傳動(dòng)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(yīng)力；（3）若摩擦輪的材料硬度HB=300,試校核接觸強(qiáng)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(shí)現(xiàn)變速，主動(dòng)摩擦輪可分別帶動(dòng)三個(gè)從動(dòng)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(dòng)輪帶動(dòng)哪一個(gè)從動(dòng)輪時(shí)，其接觸應(yīng)力最大？,∴主動(dòng)輪帶動(dòng)最小輪（1輪）時(shí)， ρ為相對(duì)最小，故σH 為最大。,37,◆機(jī)械零件的耐磨性,磨損：由于表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)使摩擦表面 的物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象。,耐磨性：零件抗磨損的能力。,38,機(jī)械零件正常運(yùn)行的磨損過(guò)程

8、（三個(gè)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(jì)算：,——目的：控制過(guò)度磨損。,——目的：對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，控制溫升。,42,43,44,45,46,47,間隙配合：孔比軸大、用于動(dòng)聯(lián)接（如：軸頸與滑動(dòng)軸承）。,48,過(guò)渡配合：孔與軸可能有間隙，也可能有過(guò)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(guò)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(zhǔn)孔，其下偏差為零，代號(hào)為H，而各種配合是由改變軸的公差帶來(lái)實(shí)現(xiàn)的。,,51,2、基軸制——軸是基準(zhǔn)軸，其上偏差為零，代號(hào)為h,而各種配合是由改變孔的公差帶來(lái)實(shí)現(xiàn)的。,52,53,公差等級(jí)：表示尺寸精度的程度。共20個(gè)公差等級(jí)，代號(hào)為：IT01、IT0、IT1、… 、IT18。等級(jí)代號(hào)數(shù)字越大，其公差等級(jí)越低，尺寸精確程度越低。,例：H 7,表示孔的公差帶為H,7 級(jí)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(xì)的凹凸不平的刀痕。,56,◆良好的工藝性：花費(fèi)的勞動(dòng)量較小、加工費(fèi)用較低，省時(shí)、省工、省材、便于加工、易保證精度。,57,,切削加工：,58,,難在機(jī)床上固定,,設(shè)計(jì)夾緊凸緣,開(kāi)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(wú)法加工,,開(kāi)設(shè)工藝孔,,剛度不足，加工時(shí)由于變形影響精度,,加強(qiáng)筋,

11、,,62,,應(yīng)保證裝配條件：L1 > L2,裝拆工藝性：,63,應(yīng)保證扳手空間（特殊情況應(yīng)配專用扳手）,64,軸肩過(guò)高，拆卸困難,65,66,,,圓柱面配合較緊時(shí)，拆卸不便,設(shè)拆卸落釘,,67,裝銷時(shí)，空氣無(wú)法排除,,開(kāi)設(shè)排氣孔,開(kāi)設(shè)排氣槽,68,定位銷對(duì)角布置a=b時(shí)，易出現(xiàn)安裝錯(cuò)誤（誤轉(zhuǎn)180°）,,同側(cè)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