機械設(shè)計第九版機械零件的強度.ppt

1、第三章 機械零件的強度,基本要求：,1.了解疲勞曲線和極限應(yīng)力曲線的來源、意義及用途， 能從材料的幾個基本特性及零件的幾何特性繪制零件 的極限應(yīng)力簡化曲線圖；會求零件的極限應(yīng)力。 2.學(xué)會單向穩(wěn)定變應(yīng)力時機械零件的強度計算方法； 3.學(xué)會雙向變應(yīng)力時機械零件的強度校核方法； 4.會查本章附錄中的有關(guān)圖表。,概 述,一.載荷與載荷系數(shù)：,1.載荷：,靜載荷、變載荷,表示方法：,名義載荷(理論載荷)：,計算載荷(考慮實際因素的載荷)Fca：,2.應(yīng)力：,靜應(yīng)力、變應(yīng)力,穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力 非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力,二.靜應(yīng)力下機械零件的強度：,1.強度條件：,2.極限應(yīng)力：,二.穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力及特性：,應(yīng)力的

2、類型,靜應(yīng)力r =1,脈動循環(huán) r =0,對稱循環(huán)r = -1,非對稱循環(huán) r ( -1,1)且r0,描述材料的疲勞特性：,一. 疲勞曲線：,3-1 材料的疲勞特性,在循環(huán)特征為 r 的變應(yīng)力作用下，對一組試樣作疲勞試驗,一個 值,記錄下試樣破壞的 值。,C-D段曲線方程：,AB段可看作靜應(yīng)力強度的狀況(靜強度極限)；,低周疲勞,有限壽命 疲勞極限,無限壽命 疲勞極限,D以外可看作無限壽命區(qū)。,材料疲勞極限,不同 N 的疲勞極限,疲勞極限遠小于材料的強度極限,在材料的標(biāo)準(zhǔn)試件上加上給定的循環(huán)特性為r的穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力，循環(huán)N次時，剛好材料（或零件）發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力。,m為材料常數(shù)，KN為壽

3、命系數(shù),當(dāng) 值小到某一數(shù)值時,“無數(shù)”次循環(huán)試樣都不會疲勞破壞,則用 替代“無數(shù)”次。對應(yīng)的疲勞極限為,循環(huán)基數(shù)N0與,二.極限應(yīng)力圖：,1.材料的極限應(yīng)力圖及其簡化：,等壽命曲線,C: r=1(靜應(yīng)力)屈服極限,曲線 上任何 一點都代表一對極限 應(yīng) 。 若零件的工作應(yīng) 力點 在以 內(nèi)，則是安全的。,對稱循環(huán)疲勞極限,脈動循環(huán)疲勞極限,直線：,直線 ：,3-2 機械零件的疲勞強度,零件的極限應(yīng)力圖及其簡化：,考慮應(yīng)力集中、絕對尺寸、表面質(zhì)量等因素時的疲勞極限：,應(yīng)力集中：零件剖面幾何形狀突變處疲勞極限降低,用應(yīng)力集中系數(shù) 來考慮,絕對尺寸：剖面絕對尺寸大、出現(xiàn)缺陷概率大、疲勞極限 降低,用絕對

4、尺寸系數(shù) 來考慮,表面質(zhì)量：表面光滑，能提高疲勞極限,用表面質(zhì)量系數(shù) 來考慮,強化處理：表面強化處理，能提高疲勞極限,用零件強化系數(shù) 來考慮,綜合影響系數(shù)：,各個系數(shù) 的值參看 P3845本 章附錄。,材料,零件,直線CG不需修正：,直線AG：,不對稱循環(huán)時，是應(yīng)力幅的比值,（零件的斜率）,同樣，按照上述方法可寫出剪應(yīng)力的極限應(yīng)力曲線方程。,直線 ：,直線 ：,一.單向穩(wěn)定變應(yīng)力時機械零件的疲勞極限：,變應(yīng)力的應(yīng)力比保持不變，即 變應(yīng)力的平均應(yīng)力保持不變，即 變應(yīng)力的最小應(yīng)力保持不變，即,工作點M（或N）:,極限應(yīng)力圖分兩 個區(qū)： 疲勞強度 靜強度,1.變應(yīng)力的應(yīng)力比保持不變r=C,如轉(zhuǎn)軸,2

5、.變應(yīng)力的平均應(yīng)力保持不變，即,如振動中的彈簧,極限應(yīng)力圖分兩個區(qū)： OAGH: 疲勞強度,HGC:靜強度區(qū),3.變應(yīng)力的最小應(yīng)力保持不變，即,如受軸向變載荷的緊螺栓的應(yīng)力狀態(tài),極限應(yīng)力圖分三個區(qū)：,工作應(yīng)力在OJA 時，,工作應(yīng)力在 時，按疲勞強度計算,工作應(yīng)力在 時，按靜強度計算,（較為少見）,同樣，按照上述方法可寫出剪應(yīng)力的疲勞強度計算公式。略,如難于確定應(yīng)力變化規(guī)律時，一般取r=C時的公式。,分子為對稱循環(huán)彎曲疲勞極限,記為,于是,二.單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時機械零件的疲勞極限,1、非規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力：應(yīng)用統(tǒng)計疲勞強度方法處理（如汽車板簧）,2、規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力：疲勞損傷累積(基于能量的

6、觀點)假說處理(如機床主軸),每一應(yīng)力的損傷率：,當(dāng)損傷率達到100%時：,即：,當(dāng)施加的應(yīng)力依次減小時：,當(dāng)施加的應(yīng)力依次增大時：,作為概念，從平均意義上來說，上式還是可以得出一個較為合理的結(jié)果。,三.雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時機械零件的疲勞極限,一些零件往往在復(fù)合應(yīng)力作用下(如轉(zhuǎn)軸)若零件上作用有周期相同,相位相同的對稱彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力時,對一般結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)實驗得到,因為為對稱循環(huán)，所以：,曲線AB上任何一點都代表一對極限應(yīng)力 。,若零件的工作應(yīng)力點 在曲線AB以內(nèi)，則是安全的。,當(dāng)零件上作用的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為非對稱循環(huán)變應(yīng)力時：,四.提高零件疲勞強度的措施,1.盡可能降低零件上的應(yīng)力集中； 2

7、.選擇疲勞強度高的材料、采用適當(dāng)?shù)臒崽幚硖岣卟牧系?疲勞強度及強化工藝； 3.提高零件的表面質(zhì)量； 4.盡可能減少或消除零件表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸。,3-4 機械零件的 接觸強度,增強措施: F、B、及材料、熱處理,-脈動循環(huán)變應(yīng)力,機械設(shè)計作業(yè)集（1）： 3-18、20,END,第四章 摩擦、磨損及潤滑概述,-摩擦,內(nèi)摩擦,外摩擦,滑動摩擦,膜厚比決定摩擦狀態(tài),摩擦面間不加潤滑劑，一般金屬f認為常數(shù)；,摩擦表面間有一層油膜(邊界膜), 。,，摩擦面被油膜完全分開。,-2 磨損,劇烈磨損階段,從磨損結(jié)果分：點蝕、膠合、擦傷等,從磨損機理分：,粘附磨損 磨粒磨損 疲勞磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨

8、損 微動損傷,-3 潤滑劑、添加劑和潤滑方法,（一） 潤滑劑,功用：降摩、減損、散熱、吸振；,類型：氣體、液體、半固體、固體,1.潤滑油：,有機油、礦物油、合成油,1）動力粘度,2）運動粘度,3）條件粘度,利用某種規(guī)格的粘度計,測定潤滑油穿過規(guī)定孔道的時間計量,我國常用恩氏度 作為條件粘度單位。,粘溫性能(見圖4-7，P54),粘壓性能 一般壓力下 不予考慮，在彈流動力潤滑中，影響重要。,(1)粘度,(2)油性 油膜與金屬表面的吸附能力；,(3)極壓性 油中極性分子在金屬表面生成化學(xué)邊界膜的性能；,(4)閃點,(5)凝點,(6)氧化穩(wěn)定性,1 潤滑脂：潤滑劑與稠化劑的混合物,(1)鈣基潤滑脂 抗水性好、耐熱性差,(2)鈉基潤滑脂 抗水性差、耐熱性好、較鈣基防銹作用好,(3)鋰基潤