機(jī)械零件的強(qiáng)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 機(jī)械零件的強(qiáng)機(jī)械零件的強(qiáng) 上一頁上一頁 分目錄分目錄 機(jī)械零件應(yīng)力分類機(jī)械零件應(yīng)力分類 機(jī)械零件載荷和應(yīng)力的分類機(jī)械零件載荷和應(yīng)力的分類 靜應(yīng)力靜應(yīng)力 不隨時(shí)間變化的應(yīng)力。不隨時(shí)間變化的應(yīng)力。 變應(yīng)力變應(yīng)力 隨時(shí)間變化的應(yīng)力。分穩(wěn)定變應(yīng)力（循環(huán)變應(yīng)隨時(shí)間變化的應(yīng)力。分穩(wěn)定變應(yīng)力（循環(huán)變應(yīng) 力）和非力）和非穩(wěn)定變應(yīng)力，穩(wěn)定變應(yīng)力， 平均應(yīng)力平均應(yīng)力應(yīng)力幅應(yīng)力幅 2 minmax m 2 minmax a 循環(huán)特性：循環(huán)特性： max min r 對稱循環(huán)對稱循環(huán) 脈動(dòng)循環(huán)脈動(dòng)循環(huán) 靜應(yīng)力靜應(yīng)力 1r0r 1r 如圖。如圖。 第1頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 機(jī)械零件載荷和應(yīng)力

2、的分類機(jī)械零件載荷和應(yīng)力的分類 靜應(yīng)力靜應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力 圖圖3-1 應(yīng)力的類型應(yīng)力的類型 minmax m 0 a 1r 2 minmax m 2 minmax a am am max min r 1r0r 2 max am 0 min 0 m minmax a a)b) c) d) 11r 第2頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 零件在靜應(yīng)力下工作時(shí)的強(qiáng)度零件在靜應(yīng)力下工作時(shí)的強(qiáng)度 在靜應(yīng)力作用下零件的破壞形式為斷裂或塑性變形在靜應(yīng)力作用下零件的破壞形式為斷裂或塑性變形 強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件 s s lim lim

3、 、 危險(xiǎn)截面處的最大應(yīng)力。危險(xiǎn)截面處的最大應(yīng)力。 s 、 s安全系數(shù)。安全系數(shù)。 、 零件材料的許用應(yīng)力。零件材料的許用應(yīng)力。 lim、 lim 極限正應(yīng)力和極限切應(yīng)力，對于塑性材料，按不發(fā)生極限正應(yīng)力和極限切應(yīng)力，對于塑性材料，按不發(fā)生 塑性變形的條件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，塑性變形的條件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)， lim s ，lims；按允許；按允許 少量塑性變形的條件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，少量塑性變形的條件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，lim B ，limB。 對于脆性材料，對于脆性材料， limB ，limB。 第3頁/共22頁 零件在靜應(yīng)力下工作時(shí)的強(qiáng)度零件在靜應(yīng)力下工作時(shí)的強(qiáng)度 分目錄分目錄上一頁上一頁 復(fù)合靜應(yīng)力

4、作用下的塑性材料零件，用第三和第四強(qiáng)度復(fù)合靜應(yīng)力作用下的塑性材料零件，用第三和第四強(qiáng)度 理論計(jì)算復(fù)合應(yīng)力。理論計(jì)算復(fù)合應(yīng)力。 其強(qiáng)度條件為其強(qiáng)度條件為 22 22 3 4 co co 復(fù)合安全強(qiáng)系數(shù)為復(fù)合安全強(qiáng)系數(shù)為 s ss ss s 22 limlim s s ss 危險(xiǎn)截面處的實(shí)際安全系數(shù)危險(xiǎn)截面處的實(shí)際安全系數(shù) s 許用復(fù)合安全系數(shù)。許用復(fù)合安全系數(shù)。 第4頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度 在變應(yīng)力下工作的零件，疲勞斷裂是主要的失效形式之一。在變應(yīng)力下工作的零件，疲勞斷裂是主要的失效形式之一。 低周疲勞低周疲勞： 4 10N 時(shí)，疲勞極限較高

5、，時(shí)，疲勞極限較高， 接近于屈服極限，疲勞極限幾乎與循環(huán)次數(shù)的接近于屈服極限，疲勞極限幾乎與循環(huán)次數(shù)的 變化無關(guān)。變化無關(guān)。 D NN 4 10 高周疲勞：高周疲勞：時(shí)，疲勞極限時(shí)，疲勞極限 隨循環(huán)次數(shù)的增加而降低。隨循環(huán)次數(shù)的增加而降低。 在有限壽命區(qū)在有限壽命區(qū)CNN m r m rN 0 Nr m r m rN K N N 0 任意循環(huán)次數(shù)下的疲勞極限任意循環(huán)次數(shù)下的疲勞極限 KN壽命系數(shù)，壽命系數(shù)， rrNN K/ m材料常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)定。材料常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)定。 圖圖3-2 材料的疲勞曲線材料的疲勞曲線 當(dāng)循環(huán)特性未知時(shí)，按對稱循環(huán)處理！ r= -1 當(dāng)NN0時(shí)，rN= -1 r 第5頁/

6、共22頁 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度 分目錄分目錄上一頁上一頁 圖圖3-3 材料的極限應(yīng)力曲線材料的極限應(yīng)力曲線 am max 直線AG的方程： ma 1 零件材料的疲勞極限： 材料的最大工作應(yīng)力 ： am max 若Max Max, 材料發(fā)生的應(yīng)力在OAGC 區(qū)域內(nèi)，不會(huì)發(fā)生疲勞破壞，否則會(huì)發(fā)生。 在OAGC 折線上，表示處于極限狀態(tài)。 直線GC的方程：sam 0 01 2 為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)， 其值由試驗(yàn)確定 。對碳鋼， ； 對合金鋼 。 2 . 01 . 0 3 . 02 . 0 也可計(jì)算：-1對稱循環(huán)疲勞極限 0脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限 第6頁/共22頁 機(jī)械零件的疲勞

7、強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 分目錄分目錄上一頁上一頁 影響零件疲勞強(qiáng)度的主要因素：影響零件疲勞強(qiáng)度的主要因素： 應(yīng)力集中、零件尺寸、表面狀態(tài)。應(yīng)力集中、零件尺寸、表面狀態(tài)。 綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù) e K 1 1 零件的對稱循環(huán)疲勞極限為零件的對稱循環(huán)疲勞極限為 K e 1 1 圖圖3-4 零件的極限應(yīng)力圖零件的極限應(yīng)力圖 圖圖3-3 材料的極限應(yīng)力曲線材料的極限應(yīng)力曲線 第7頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 me e ae e K 1 1 或或 meaeK 1 直線直線CG的方程為的方程為 ae me s + 直線直線AG的方程為的方

8、程為 式中：式中： ae 零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的極限應(yīng)力幅；零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的極限應(yīng)力幅； me 零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的極限平均應(yīng)力；零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的極限平均應(yīng)力； e 零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)。零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)。 圖圖3-4 零件的極限應(yīng)力圖零件的極限應(yīng)力圖 第8頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 e 0 01 21 KK = K K 彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)。彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)。 q k 1 1 1 式中：式中： k 零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)(腳標(biāo)腳標(biāo) 表示在正應(yīng)力條件下，下同表示

9、在正應(yīng)力條件下，下同)； 零件的尺寸系數(shù)；零件的尺寸系數(shù)； 零件的表面質(zhì)量系數(shù)；零件的表面質(zhì)量系數(shù)； q 零件的強(qiáng)化系數(shù)。零件的強(qiáng)化系數(shù)。 以上各系數(shù)的值見有關(guān)資料或本章附錄。以上各系數(shù)的值見有關(guān)資料或本章附錄。 第9頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 （一）單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算（一）單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 cr . 1 的情況的情況 對應(yīng)于對應(yīng)于M點(diǎn)零件的極限應(yīng)力（疲勞極限）點(diǎn)零件的極限應(yīng)力（疲勞極限）max mama am KK max11 max ae me + = 圖圖3-5 r=c時(shí)的極限應(yīng)力時(shí)的極限

10、應(yīng)力 計(jì)算安全系數(shù)計(jì)算安全系數(shù)及強(qiáng)度條件為及強(qiáng)度條件為 max max lim ca S ma K 1 s 第10頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 對應(yīng)于對應(yīng)于 點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn)點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn) 位于直線位于直線CGCG上。此時(shí)的極限應(yīng)力即為屈服極上。此時(shí)的極限應(yīng)力即為屈服極 限，工作應(yīng)力為限，工作應(yīng)力為 點(diǎn)時(shí)，可能發(fā)生的是屈服失效，故只需進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。點(diǎn)時(shí)，可能發(fā)生的是屈服失效，故只需進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。 在工作應(yīng)力為單向應(yīng)力時(shí)，強(qiáng)度計(jì)算式為在工作應(yīng)力為單向應(yīng)力時(shí)，強(qiáng)度計(jì)算式為 1 N N N lim ca S max s S ma s c m

11、. 2 的情況的情況 max = e 1 K m 1 K K m 1 圖圖3-6 c m 時(shí)的極限應(yīng)力時(shí)的極限應(yīng)力 ae K m 1 = 計(jì)算安全系數(shù)及強(qiáng)度條件為計(jì)算安全系數(shù)及強(qiáng)度條件為 max max lim ca S am m K K 1 s 第11頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 c min .3 的情況的情況 c min 圖圖3-7 時(shí)的極限應(yīng)力時(shí)的極限應(yīng)力 max max ca S min min1 2 2 a K K s aad K m + ad ca S 1 C ammin 第12頁/共22頁 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件的疲

12、勞強(qiáng)度計(jì)算 分目錄分目錄上一頁上一頁 （二）單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算（二）單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 當(dāng)損傷率達(dá)到當(dāng)損傷率達(dá)到100 100 時(shí)，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對應(yīng)于極限狀況有時(shí)，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對應(yīng)于極限狀況有 1 1 z i i i N n ca z i m ii m n N 1 0 1 ca ca S 1 s 圖圖3-8 規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力示意圖規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力示意圖圖圖3-9 不穩(wěn)定變應(yīng)力在不穩(wěn)定變應(yīng)力在 坐標(biāo)上坐標(biāo)上N r 注意：當(dāng)-1時(shí)，計(jì)算時(shí)不予考慮。 第13頁/共22頁 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 分目錄分目錄上一頁上一頁 （三）

13、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算（三）雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 2 2 SS SS Sca ma K S 1 ma K S 1 及及 圖圖3-10 雙向應(yīng)力時(shí)的極限應(yīng)力圖雙向應(yīng)力時(shí)的極限應(yīng)力圖 第14頁/共22頁 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 分目錄分目錄上一頁上一頁 （四）提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施（四）提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施 1. 盡可能降低零件上的應(yīng)力集中的影響，是提高零件疲勞強(qiáng)度盡可能降低零件上的應(yīng)力集中的影響，是提高零件疲勞強(qiáng)度 的首要措施。的首要措施。 2. 選用疲勞強(qiáng)度高的材料和規(guī)定能夠提高材料疲勞強(qiáng)度的熱處選用疲勞強(qiáng)度高的材料和規(guī)定能夠提高材料疲勞強(qiáng)度的

14、熱處 理方法及強(qiáng)化工藝。理方法及強(qiáng)化工藝。 3. 提高零件的表面質(zhì)量。提高零件的表面質(zhì)量。 4. 盡可能的減小或消除零件表面可發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對盡可能的減小或消除零件表面可發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對 于延長零件的疲勞壽命有著比提高材料性能更為顯著的作用。于延長零件的疲勞壽命有著比提高材料性能更為顯著的作用。 第15頁/共22頁 3、通過斷裂力學(xué)試驗(yàn)，測定構(gòu)件材料的斷裂韌度、通過斷裂力學(xué)試驗(yàn)，測定構(gòu)件材料的斷裂韌度k1c。目前已。目前已 由一些工程手冊中列出了用結(jié)構(gòu)材料的平面應(yīng)變斷裂韌度；由一些工程手冊中列出了用結(jié)構(gòu)材料的平面應(yīng)變斷裂韌度； 分目錄分目錄上一頁上一頁 機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度機(jī)械

15、零件的抗斷裂強(qiáng)度 在工程實(shí)際中，有一些結(jié)構(gòu)，當(dāng)工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力時(shí)，在工程實(shí)際中，有一些結(jié)構(gòu)，當(dāng)工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力時(shí)， 在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)會(huì)發(fā)生突然的斷裂，這種現(xiàn)象稱低應(yīng)力脆斷。在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)會(huì)發(fā)生突然的斷裂，這種現(xiàn)象稱低應(yīng)力脆斷。 4、對構(gòu)件進(jìn)行安全性判斷。、對構(gòu)件進(jìn)行安全性判斷。 在運(yùn)用斷裂力學(xué)對含裂紋結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析和安全性評(píng)價(jià)時(shí)，在運(yùn)用斷裂力學(xué)對含裂紋結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析和安全性評(píng)價(jià)時(shí)， 通常應(yīng)做以下幾方面的工作：通常應(yīng)做以下幾方面的工作： 1 1、 分析確定裂紋的形狀、大小及分布，已確定初使裂紋的分析確定裂紋的形狀、大小及分布，已確定初使裂紋的 尺寸尺寸a a0 0， 通常應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)

16、行精確的無損探傷來確定通常應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的無損探傷來確定a a0 0, ,通常應(yīng)對通常應(yīng)對 構(gòu)件進(jìn)行精確的無損探傷來確定構(gòu)件進(jìn)行精確的無損探傷來確定a a0 0； 2、對構(gòu)件的工作載荷進(jìn)行充分的分析，運(yùn)用斷裂力學(xué)的知識(shí)，、對構(gòu)件的工作載荷進(jìn)行充分的分析，運(yùn)用斷裂力學(xué)的知識(shí)， 確定裂紋頂端的應(yīng)力強(qiáng)度因子確定裂紋頂端的應(yīng)力強(qiáng)度因子k1; 第16頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度計(jì)算 單擊單擊 ) 1 () 1 ( ) 11 ( 2 2 2 1 2 1 21 EE b F n H 1 2 、 零件零件1和零件和零件2 初始接觸線處的曲率半徑；初始接觸線處的曲率半徑； 2 、 1 零件零件1和零件和零件2 材料的泊松比；材料的泊松比； E1、E2零件零件1和零件和零件2 材料的彈性模量；材料的彈性模量； Fn作用在接觸面上的總作用在接觸面上的總 壓力；壓力； b初始接觸線長度。初始接觸線長度。 赫茲公式赫茲公式 第17頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 第18頁/共