机械零件工作能力理论基础.ppt

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,南京航空航天大学,机电学院,College of Mechanical and Electrical Engineering,制作,/,讲解：赵威,E-mail:,nuaazw,*,机械设计基础,之,第一部分 机械零件材料及结构强度基础（,2,）,1,第二章 机械零件工作能力计算的理论基础,2,本章主要内容：,2-1,机械零件的工作能力及其变形的基本形式,2-2,轴的拉伸和压缩,2-3,剪切和挤压,2-4,圆轴的扭转,2-5,弯曲,2-6,应力状态理论及强度理论概述,2-7,疲劳强度概述,2-8,接触强度概述,3,2-1,机械零件的工作能力及其变形的基本形式,一、机械零件的工作能力,设计的使用条件下,设计的寿命期限内,不能完成,设计的功能,失效,零件,齿轮轴断裂,1,、机械零件的失效,4,失效形式,（,Failure types,）,(1),整体断裂,过载断裂,疲劳断裂,(2),表面破坏,磨损,冷胶合,热胶合,点蚀,塑性变形,过大弹性变形,(5),功能失效,(3),变形,过大,胶合,(4),过大振动,腐蚀,5,2,、机械零件的工作能力,机械零件不发生失效的,安全工作限度,称为,工作能力,。,影响机械零件工作能力的主要因素有：载荷、变形、速度、温度、压力和零件的形状、加工质量等。,同一种零件对应于不同的失效形式有不同的工作能力。,对于载荷而言，工作能力又称为承载能力。,6,在确定机械零件的承载能力时，主要要考虑机械零件的强度和刚度。,强度,：,指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。,刚度：,指机械零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。,如果零件的刚度不足，有些零件则会因为产生过大的弹性变形而失效。,7,强度准则,刚度准则,稳定性准则,耐热性准则,可靠性准则,耐磨性准则,3,、机械零件,设计准则,/,设计基本要求,因为失效类型不同，所以机械零件的工作能力类型也不同，故机械零件的计算准则也不同。,8,二、机械零件变形的基本形式,各种机械零件在不同的载荷作用下可能产生不同形式的变形，但其最基本的有拉压、剪切、扭转、弯曲等四种形式。,拉伸,变细变长,压缩,变短变粗,9,拉压变形,10,挤压变形,剪切变形,11,扭转变形,弯曲变形,M,e,M,e,g,j,M,e,M,e,12,2-2,轴的拉伸和压缩,一、横截面上的内力与应力,受力特征,：,外力合力的作用线与杆件的轴线重合,变形特征,：,轴向伸长或缩短,1,、轴的拉伸与压缩的基本特征,13,内力,是指在外力作用下物体内各个部分之间的作用力,-,可理解为材料颗粒之间因相对位置改变而产生的相互作用力。,2,、内力的概念,内力与变形有关,内力特点：,1,、有限性,2,、分布性,3,、成对性,14,3,、轴力及其求法,截面法,轴向拉压杆的内力称为,轴力,.,其作用线与杆的轴线重合,用符号,表示,15,内力的正负号规则,同一位置处左、右侧截面上内力分量必须具有相同的正负号。,拉力为正,压力为负,16,4,、应力的概念,受力杆件某截面上一点的内力分布疏密程度，内力集度。,F,1,F,n,F,3,F,2,应力就是单位面积上的,内力,?,(,工程构件，大多数情形下，内力并非均匀分布，集度的定义不仅准确而且重要，因为,“,破坏,”,或,“,失效,”,往往从内力集度最大处开始。,),17,F,1,F,2,A,D,F,F,Qy,F,Qz,F,N,垂直于截面的应力称为,“,正应力,”,与截面相切的应力称为,“,切应力,”,应力的国际单位为,N/m,2,（帕斯卡）,1N/m,2,=1Pa,1MPa=10,6,Pa,1N/mm,2,1GPa=10,9,Pa,18,几何变形,平面假设,静力关系,原为平面的横截面在杆变形后仍为平面,拉,(,压,),杆横截面上的应力,19,正应力,F,N,轴力,A,横截面面积,的符号与,F,N,轴力符号相同,20,二、金属材料的力学性能,金属材料的性能：,使用性能：,指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能。,工艺性能：,指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能。,金属材料力学性能：,包括,铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能切削加工性能和热处理工艺性能,等。,指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有,强度、塑性、,硬度、冲击韧度,和,疲劳强度,等。,由试验获得！,21,1,、低碳钢拉伸时的力学性能,22,1),弹性阶段：在,oa,段，应力,-,应变曲线为直线，为弹性变形；,ab,段为近似直线，,a,为比例极限，,b,为弹性极限。,2),屈服阶段：过,b,点后，水平线（略有波动），明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。,4),径缩阶段：过,d,点后，出现,缩颈现象,，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。,3),强化阶段：弹性变形,+,均匀塑性变形，材料强化。,23,强度指标：,（,2,）抗拉强度：,指试样拉断前所承受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。,（,1,）屈服点：,b,=,F,b,/A,0,当材料的内应力,b,时，材料将产生断裂。,b,常用作脆性材料的选材和设计的依据。,s,：材料产生屈服现象时的最小应力（,MPa,）,s,=,F,s,/A,0,F,s,：试样屈服时所承受的拉伸力（,N,）,A,0,：试样原始横截面积（,mm,）,24,塑性指标：,塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。,（,1,）断后伸长率：,（,2,）断面收缩率：,=(L1-L0)/L0 x 100%,A0-A1)/A0 x 100%,一般定义：,5,的材料为塑性材料,;,5,的材料为脆性材料。,25,2,、铸铁等其他金属拉伸时的力学性能,26,3,、金属材料压缩时的力学性能,27,4,、胡克定律和泊松比,拉压胡克定律：,E,为比例常数，其值与材料的性质有关，称为材料的拉压弹性模量,(,简称：弹性模量,),，它的单位与应力单位相同，其值可通过拉伸试验求得。,泊松比：,28,三、轴向拉压的强度条件,考虑实际工况，引入安全系数,S,及许用应力,受轴向拉压杆件的强度条件为：,=,F,/,A,其中：,A,为杆件危险截面面积（,mm,2,），,F,为轴向力（,N,），,与,的单位为,MPa,。,29,四、应力集中的概念,：发生应力集中的截面上的最大应力,理论应力集中系数：,：同一截面上按净面积算出的平均应力,30,31,2-3,剪切和挤压,F,F,a),F,F,b),m,n,F,F,a),F,F,F/,2,F/,2,b),F,Q,F,Q,一、基本概念,32,F,F,a),F,F,m,n,b),F,F,Q,m,n,c),F,d),剪切变形的受力特点是：,构件受到了一对大小相等、方向相反、作用线平行且相距很近的外力。,剪切的变形特点是：,在这两力作用线间的截面发生相对错动。,33,接触面上相互压紧的现象称为,挤压。,挤压力过大，挤压接触面会出现局部产生显著塑性变形甚,至压陷的破坏现象，称为挤压破坏,。,F,F,挤压面,下板,挤压变形,b),C,D,A,B,d,t,d),t,c),F,F,a),34,二、剪切强度,P,P,1,、剪切变形的内力计算,剪切面,F,将螺栓从剪切面截开，由力的平衡，有：,F,为剪切内力，即剪应力在剪切面上的合力，我们称之为,剪力,.,P,35,2,、剪应力及剪切强度计算,由于变形区域较小，应力计算采用假定计算法。,假设：假设剪力在剪切面上呈均匀分布。,许用剪应力,上式称为剪切强度条件,其中，,F,为剪切力,剪切面上内力的合力,A,为剪切面面积,36,受剪切螺栓剪切面面积的计算：,d,受剪切单键剪切面面积计算：,取单键下半部分进行分析,外力,剪切面,合力剪切力,假设单键长,宽,高分别为,l,b,h,l,b,h,则,受剪切单键剪切面面积：,37,设合外力为,P,剪切力为,Q,则剪应力为：,螺栓和单键剪应力及强度计算：,螺栓,单键,38,三、挤压强度,挤压面为上半个圆周面,挤压面为下半个圆周面,铆钉或螺栓连接,挤压力的作用面称为,挤压面。,作用于接触面的压力称为,挤压力,39,键连接,上半部分挤压面,下半部分挤压面,40,挤压应力及强度计算,在挤压面上，单位面积上所具有的挤压力称为,挤压应力。,假定计算法：,假设一：,假设挤压力在计算挤压面上呈均匀分布；,假设二：,计算挤压面为挤压面的正投影面。,挤压力,计算挤压面的面积,许用挤压应力,41,关于挤压面面积的确定,键连接,l,h,b,铆钉或螺栓连接,挤压力分布,h,d,42,剪切与挤压的主要区别,剪切面与外力平行,挤压面与外力垂直,剪切应力为剪应力,挤压应力为正应力,剪切面计算,铆钉与螺栓,键,挤压面计算,43,2-4,圆轴的扭转,扭转变形的定义,横截面绕轴线做相对旋转的变形，称为扭转变形。,以扭转为主要变形的直杆，通常称为轴。,本课程主要研究圆截面轴。,44,一、外力偶矩的计算,式中，,T,为外力偶矩（,Nmm,）,P,为轴所传递的功率（,kW,）；,n,为转速（,r,min,）。,输入功率所产生的力偶矩转向与轴的转向相同；,输出功率所产生的力偶矩转向与轴的转向相反。,45,二、扭矩与扭矩图,1,、,圆轴扭转时的内力,-,扭矩,以扭转变形为主的杆,-,轴,扭转时的内力称为扭矩,2,、扭矩利用截面法、并建立平衡方程得到,T,T,T,T,n,46,3,、扭矩正负号的规定,确定扭矩方向的右手法则：,4,个手指沿扭矩转动的方向，大拇指即为扭矩的方向。,扭矩正负号：,离开截面为正，指向截面为负。,外力偶矩正负号的规定,和所有外力的规定一样，,与坐标轴同向为正，反向为负,指向截面,离开截面,47,假定,m-m,截面及,n-n,截面,则,m-m,截面的内力,Tm,：,则,n-n,截面的内力,Tn,：,48,三、扭转切应力与强度条件,1,、扭转变形的特点,(2),变形特点：,纵向线发生倾斜，相邻横截面发生相对错动；横截面仍为平面，只是绕轴线发生转动。,(1),外力特点：,杆件受到一对力偶矩的大小相等、旋向相反，作用平面与杆轴线垂直的力偶作用。,A,B,A,B,g,T,T,j,l,49,平面假设：圆周扭转变形后各个横截面仍为平面，而且其大小、形状以及相邻两截面之间的距离保持不变，横截面半径仍为直线,横截面上各点无轴向变形，故横截面上没有正应力。,横截面绕轴线发生了旋转式的相对错动，故横截面上有剪应力存在。,各横截面半径不变，所以剪应力方向与截面径向垂直,推断结论：,50,A,B,A,B,g,T,T,j,l,2,、剪切胡克定律,51,T,横截面上某点的剪应力的方向与扭矩方向相同并垂直于该点与圆心的连线,剪应力的大小与其和圆心的距离成正比,注意：如果横截面是空心圆，剪应力分布规律一样适用，但是，空心部分没有应力存在。,52,3,、扭转剪应力的计算,圆截面上任意一点剪应力,T,极惯性矩,圆截面上最大剪应力,剪应力具有最大值,定义：,称之为,抗扭截面模量,53,4,、抗扭截面模量,实心圆截面,5,、扭转轴内最大剪应力,对于等截面轴，轴内最大剪应力发生在扭矩最大的截面的圆周上,6,、扭转强度条件,空心圆截面,54,应力计算例题,如图所示,已知：,M,1,=5kNm;M,2,=3.2kNm;M,3,=1.8kNm;,AB=200mm;BC=250mm,AB,=80mm,BC50mm,G=80GPa,。,求此轴的最大切应力,解：,扭矩图如左：,T,AB,=-5kN.m;,T,BC,=-1.8kN.m,根据切应力计算公式,55,2-5,弯 曲,一、工程实例及,弯曲的概念,起重机大梁,56,镗刀杆,57,车削工件,58,火车轮轴,59,弯曲,:,在垂直于杆轴线的平衡力系的作用下，杆的轴线在变形后成为曲线的变形形式。,梁,:,以弯曲变形为主要变形的构件，通常称为梁。,60,常见弯曲构件截面,61,平面弯曲,具有纵向对称面,外力都作用在此面内,弯曲变形后轴线变成对称面内的平面曲线,又称对称弯曲,纵向对称面,62,二、弯曲内力,1,、梁的载荷与支座,集中载荷,分布载荷,集中力偶,固定铰支座,活动铰支座,固定端,63,火车轮轴简化,64,镗刀杆简化,65,吊车大梁简化,均匀分布载荷,简称,均布载荷,66,非均匀分布载荷,67,简支梁,外伸梁,悬臂梁,F,Ax,F,Ay,F,By,F,Ax,F,Ay,F,By,F,Ax,F,Ay,M,A,静定梁的基本形式,68,F,N,F,S,M,F,S,剪力,，平行于横截面的内力合力,M,弯矩,，垂直于横截面的内力系的合力偶矩,F,By,F,N,F,S,M,2,、剪力和弯矩及其方程,F,Ay,69,F,Ay,F,N,F,S,M,F,By,F,N,F,S,M,截面上的剪力对梁上任意一点的矩为,顺时针,转向时，,剪力为正；,反之,为负。,+,_,截面上的弯矩使得梁呈,凹形,为,正；,反之,为负。,+,_,左上右下,为正；,反之,为负,左顺右逆,为正；,反之,为负,70,解：,(1),确定支反力,F,Ay,F,By,(2),用截面法研究内力,F,Ay,F,SE,M,E,例题,1,求图示简支梁,E,截面的内力,F,Ay,71,F,By,F,By,F,Ay,F,SE,M,E,O,分析右段得到：,F,SE,M,E,O,72,F,Ay,F,By,截面上的剪力等于截面任一侧外力的代数和。,F,Ay,F,SE,2F,F,SE,73,F,Ay,F,By,截面上的弯矩等于截面任一侧外力对截面形心力矩的代数和。,M,E,F,Ay,2F,ME,74,q,悬臂梁受均布载荷作用。,试写出,剪力和弯矩方程，并,画出剪力,图,和弯矩,图。,解：,任选一截面,x,，写出剪力和弯矩 方程,x,依方程画出,剪力,图,和弯矩,图,F,S,x,M,x,l,由剪力,图、弯矩图可见。最大剪力和弯矩分别为,4,、剪力图和弯矩图的绘制,4,例题,2,q,x,75,B,A,l,F,AY,F,BY,图示简支梁,C,点受集中力作用。,试写出,剪力和弯矩方程，并,画出剪力,图,和弯矩,图。,解,：,1,确定约束力,F,Ay,Fb/l,F,By,Fa/l,2,写出剪力和弯矩方程,x,2,F,S,x,M,x,x,1,AC,CB,3.,依方程画出剪力图和弯矩图。,CF,a,b,例题,3,76,B,A,l,F,AY,F,BY,图示简支梁,C,点受集中力偶作用。,试写出剪力和弯矩方程，并画出剪力图和弯矩图。,解,：,1,确定约束力,F,Ay,M/l,F,By,-M/l,2,写出,剪力和弯矩方程,x,2,x,1,AC,CB,3.,依方程画出,剪力,图,和弯矩,图。,C,M,a,b,例题,4,77,B,A,l,F,AY,q,F,BY,简支梁受均布载荷作用,试写出,剪力和弯矩方程，并,画出剪力,图,和弯矩,图。,解,：,1,确定约束力,F,Ay,F,By,ql,/2,2,写出,剪力和弯矩方程,y,x,C,x,3.,依方程画出,剪力,图,和弯矩,图。,F,S,x,M,x,例题,5,78,三、弯曲应力与强度条件,假设变形前为平面的梁的横截面受形后仍保持为平面，且仍然垂直于变形后的梁的轴线！,弯曲变形的平面假设：,z,x,y,O,M,中性层,M,s,min,s,max,M,s,min,s,max,M,弯矩（,N,mm,）,Wz,抗弯截面系数（,N,mm,）,79,梁的弯曲强度条件：,80,2-6,应力状态理论及强度理论概述,一、应力状态理论概述,F,Q,横截面上不同点的应力各不相同。,81,单向应力状态,同一点不同方向面上的应力各不相同。,82,受力构件内一点处所有方位截面上应力的集合，称为,一点的应力状态,。,研究一点的应力状态时，往往围绕该点取一个无限小的正六面体,单元体来研究。,x,y,x,x,y,x,y,y,x,y,x,y,x,xz,yx,z,z,yz,y,xy,zy,zx,空间应力状态,平面应力状态,83,任何应力状态，总能找到三对互相垂直的面，在这些面上只有正应力，而切应力等于零，这样的面称为,应力主平面,(,简称,主平面,),，主平面上的正应力称为,主应力,。,1,2,1,3,2,三向应力状态,双向应力状态,单向应力状态,复杂应力状态,简单应力状态,84,简单应力状态,下材料的强度条件：,单轴拉压状态,纯剪切应力状态,复杂应力状态,下材料的强度条件：,工作应力；,许用应力，通过直接试验的方法确定。,不可,能总是通过直接试验的方法来确定材料的极限应力。通过,应力状态分析,来探求材料破坏的规律，确定引起材料破坏的决定因素，从而建立相应的强度条件，即,强度理论,。,85,二、强度理论概述,材料在简单应力状态下的强度可通过试验加以测定。但是材料在,复杂应力状态,下的强度，则,不可能总是由试验来测定,。因而需要通过对材料破坏现象的观察和分析寻求材料强度破坏的规律。,人们根据长期的实践和大量的试验结果，对材料失效的原因提出了各种不同的假说，通常将这些假说称为,强度理论,。,材料强度破坏的两种类型：,没有明显塑性变形的,脆性断裂,；,产生显著塑性变形而丧失工作能力的,塑性屈服,。,86,1,、,最大拉应力理论（第一强度理论）,最,大拉应力,是引起材料断裂的主要因素。,无论材料处于何种应力状态，只要最大拉应力,1,达到材料在单向拉伸试验中发生脆性断裂时的强度极限,u,，材料即发生断裂,。即材料断裂破坏的条件为：,相应的,强度条件,为：,其中，,s,为,对应于脆性断裂的许用拉应力，,s,s,u,/,n,，,其中,n,为安全因数。,87,2,、,最大拉应变理论（第二强度理论）,最,大拉应变,是引起材料断裂的主要因素。,无论材料处于何种应力状态，只要最大拉应变,1,达到材料在单向拉伸试验中发生脆性断裂时的极限拉应变值,u,，材料即发生断裂,。即材料断裂破坏的条件为：,复杂应力状态下的最大拉应变为,：,而材料在单向拉伸断裂时的最大拉应变为：,88,考虑安全因数后，第二强度理论的,强度条件,为：,则材料断裂破坏的条件可改写为,当,脆性材料处于双向拉伸,压缩应力状态，且应力值不超过拉应力值时，该理论与试验结果基本符合。但对于脆性材料双向受拉或受压的情况，该理论与试验结果却完全不符。,89,3,、,最大,切应力,理论（第三强度理论）,最,大切应力,是引起材料屈服的主要因素。,无论材料处于何种应力状态，只要最大切应力,max,达到材料在单向拉伸屈服时的最大切应力,s,，材料即发生屈服破坏,。即材料屈服破坏的条件为：,复杂应力状态下的最大切应力为,：,90,而材料单向拉伸屈服时的最大切应力则为,：,考虑安全因数后，,第三强度理论的,强度条件,为：,则材料屈服破坏的条件可改写为,这,一理论与试验符合较好，比较满意地解释了塑性材料出现屈服的现象，因此在工程中得到广泛应用。但对于三向等值拉伸情况，按该理论分析，材料将永远不会发生破坏，这与实际情况不符。,91,构件因其形状和体积发生改变而在其内部积蓄的能量，称为变形能。通常将构件单位体积内所积蓄的变形能，称为,比能,。比能可分为,形状改变比能,和,体积改变比能,两部分。,该理论认为,形状改变比能,是引起材料屈服的主要因素。,无论材料处于何种应力状态，只要形状改变比能,v,d,达到材料在单向拉伸屈服时的形状改变比能极限值,v,du,，材料即发生屈服破坏,。即材料屈服破坏的条件为：,4,、,形状改变比能理论,理论（第四强度理论）,92,而材料单向拉伸屈服时的形状改变比能极限值为,：,考虑安全因数后，,第四强度理论,的,强度条件,为：,则材料屈服破坏的条件可改写为,三向应力状态下的形状改变比能为,：,93,需要指出的是，,破坏形式不但与材料有关，还与应力状态等因素有关,。,例如由低碳钢制成的等直杆处于单向拉伸时，会发生显著的塑性流动；但当它处于三向拉应力状态时，会发生脆性断裂。低碳钢制圆截面杆在中间切一条环形槽，当该杆受单向拉伸时，直到拉断时，也不会发生明显的塑性变形，最后在切槽根部截面最小处发生断裂，其断口平齐，与铸铁拉断时的断口相仿，属脆性断裂。这是因为在截面急剧改变处有应力集中，属三向拉应力状态。相应的切应力较小，不易发生塑性流动之故。又如大理石在单向压缩时，其破坏形式为脆性断裂；而处于双向不等压应力状态时，却会显现出塑性变形。,94,5,、,相当应力,上述四个强度理论的强度条件可统一写作如下形式：,此处,为根据拉伸试验确定的材料的许用拉应力，,r,为三个主应力按不同强度理论的组合，称为,相当应力,。下,表列出了前述四个强度理论的相当应力表达式。,95,相当应力表达式,强度理论名称及类型,第一类强度理论,(,脆性断裂的理论,),第二类强度理论,(,塑性屈服的理论,),第一强度理论,最大拉应力理论,第二强度理论,最大拉应变理论,第三强度理论,最大切应力理论,第四强度理论,形状改变能理论,四个强度理论的相当应力表达式,96,例题,图示一简支工字组合梁，由钢板焊成。已知：,F,=500kN,，,l,=4m,。求：,(1),在危险截面上位于翼缘与腹板交界处的,A,、,B,两点的主应力值，并指出它们的作用面的方位；,(2),根据第三、四强度理论，求出相应应力值。,l,/2,F,l,/2,A,单位：,cm,2.4,2.4,42,22,1,42,z,B,97,M,图,+,Fl,/4,x,x,A,点的应力状态,F,/2,F,/2,F,s,图,+,解：在跨中左侧截面的,A,点处的应力状态为：,A,点的主应力,98,x,x,B,点的应力状态,第三、四强度理论的相当应力,在跨中左侧截面的,B,点处的应力状态为,99,例题,试对图,a,所示单元体写出第一、二、三、四强度理论的相应应力值，设,=0.3,。,单位：,MPa,20,15,(a),20,(b),解：由图,a,可知，,x,=15MPa,为主应力，其它两个主应力则可由纯剪切应力状态,=,20MPa,确定,(,图,b),。其主应力为：,100,四个强度理论的,相当应力,为：,101,2-7,疲劳强度概述,一、载荷与应力的分类,载荷,静载荷,变载荷,不随时间变化,or,变化很小,随时间变化而变化,周期性,/,非周期性,静应力,变应力,循环变应力,应力,名义载荷,/,计算载荷,名义应力,/,计算应力102,循环变应力,对称循环变应力,脉动循环变应力,非对称循环变应力,103,平均应力,m,：,应力幅,a,：,循环特性,r,：,循环特性,r,可以表示循环变应力的变化情况和不对称度：对于,对称循环变应力,，,r=-1,；,脉动循环变应力，,r=0,；,静应力,可以看作变应力的特例，即,r=+1,。而,非对称循环变应力,r,值随具体情况不同在,+1-1,之间。,104,在静载荷下产生变应力,105,二、疲劳破坏,变应力作用下的破坏形式,构件的疲劳破坏可分为,3,个阶段：,微观裂纹阶段,宏观裂纹扩展阶段,瞬时断裂阶段,在循环加载（变应力）作用下，产生严重的应力集中点并首先形成微观裂纹。此后，裂纹沿着与主应力约成,45,角的最大剪应力方向扩展，裂纹长度大致在,0.05,毫米以内，发展成为宏观裂纹。,裂纹基本上沿着与主应力垂直的方向扩展,当裂纹扩大到使物体残存截面不足以抵抗外载荷时，物体就会在某一次加载下突然断裂。,106,疲劳破坏的特征：,在某类变应力多次作用后突然断裂,断裂,时变应力的最大应力,（,or,疲劳极限）,远小于材料的屈服极限,即使是塑性材料，断裂时也无明显的塑性变形,107,三、不同循环次数时的疲劳极限,在循环特性为,r,的变应力作用下，经,N,次循环后，材料不发生破坏的应力最大值称为该循环下的疲劳极限,疲劳极限,108,寿命系数,109,2-8,接触强度概述,一、接触应力的产生,点或线接触所产生的应力,接触应力,局部应力 不同与挤压应力,110,二、接触应力的性质,1,、接触应力呈半椭圆形分布，接触点处应力最大,2,、两物体上应力大小相等,圆柱体截面的接触应力,111,赫兹公式,三、接触应力的计算公式,影响接触应力的因素：,曲率半径,材料,接触线长度,接触疲劳强度的条件：,112,本章小结：,1,、机械零件的工作能力及其变形的基本形式,（强度,/,刚度概念，设计准则，变形基本形式）,2,、轴的拉伸和压缩,3,、剪切和挤压,4,、圆轴的扭转,5,、弯曲,6,、应力状态理论及强度理论概述,7,、疲劳强度概述,（应力分类及特征，疲劳寿命）,8,、接触强度概述,（接触应力的概念，影响因素）,113,轧钢机压下螺旋丝杠断牙,丝杠断牙部位,丝杠断牙局部,放大,114,键槽应力集中导致齿轮轴疲劳断裂,键槽,初始裂纹源,裂纹扩展区,最终瞬断区,115,整体塑变,116,冷胶合：,低速重载，接触零件挤压粘着，相对运动撕裂,。,117,综合失效,：,齿面磨损、断齿、疲劳断轴,118,轮齿塑性变形,119,热胶合：润滑不良引起,120,点,蚀,121,轮齿磨损,122,螺栓联接滑移被联接件断裂,被联件相对滑移,被联件拉断,123,曲轴整体断裂实况,124,断口放大,125,断口对,126,曲轴疲劳断裂断口特征,裂纹源区,疲劳扩展区,最终瞬断区,127,内部缺陷引起疲劳断轴：,初始裂纹起源于轴内部，裂纹由内至外扩展,裂纹源区,扩展区,瞬断区,裂纹扩展方向,返回,128,