ch3機械零件的強度ppt課件

1、一、載荷的分類 1循環(huán)變載荷 a) 穩(wěn)定循環(huán)變載荷 b) 不穩(wěn)定循環(huán)變載荷2隨機變載荷靜載荷:載荷的大小或方向不隨時間變化或變化極緩慢。 變載荷：載荷：1名義載荷:在理想的平穩(wěn)任務條件下作用在 零件上的載荷。 2計算載荷:是名義載荷與載荷系數(shù)的乘積。 隨機變應力靜應力規(guī)律性不穩(wěn)定變應力二、應力的分類1、應力種類變應力：不穩(wěn)定變應力 隨機變應力 穩(wěn)定循環(huán)變應力一個循環(huán)OOtt2、穩(wěn)定循環(huán)變應力的根本參數(shù)和種類 a) 根本參數(shù) 應力循環(huán)特性ammaxammin2minmaxm2minmaxamaxmin最大應力最小應力平均應力應力幅11b) 穩(wěn)定循環(huán)變應力種類： -1 +1不對稱循環(huán)變應力 =+1

2、 靜應力 = 1 對稱循環(huán)變應力 = 0 脈動循環(huán)變應力留意：靜應力只能由靜載荷產(chǎn)生，而變應力能夠由變載荷產(chǎn)生，也能夠由靜載荷產(chǎn)生。OatOta名義應力由名義載荷產(chǎn)生的應力計算應力由計算載荷產(chǎn)生的應力 )()(caca3名義應力和計算應力l強度條件： 或 ssscascasssscascasl按第三或第四強度實際對彎扭復合應力進展強度計算 l由第三強度實際l 最大剪應力實際 l 由第四強度實際： l 最大變形能實際 /422ssca/322ssca)(222sssssca22sssssscal脆性資料極限應力： 強度極限1、單向應力形狀 l強度條件： 或l l 或BsBcasscaBsBcas

3、scaB 失效方式：斷裂 l按第一強度條件： l最大主應力實際 l留意：低塑性資料低溫回火的高強度鋼l 強度計算應計入應力集中的影響l 脆性資料鑄鐵l 強度計算不思索應力集中l(wèi)普通任務期內(nèi)應力變化次數(shù)103104按靜應力強度計算)4(2122sBca4222ssBca2、復合應力下任務的零件l1、失效方式：疲勞破壞斷裂l2、疲勞破壞特征：l 1斷裂過程：產(chǎn)生初始裂紋 應力較大處l 裂紋尖端在切應力作用下，反復擴 展，直至產(chǎn)生疲勞裂紋。l 2斷裂面：光滑區(qū)疲勞開展區(qū)l 粗糙區(qū)脆性斷裂區(qū)l 3無明顯塑性變形的脆性忽然斷裂l 4破壞時的應力疲勞極限遠小于資料的屈服極限 一、變應力作用下機械零件的失效

4、特征3、疲勞破壞的機理：損傷的累積4、影響要素：不僅與資料性能有關，變應力的循環(huán)特性， 應力循環(huán)次數(shù)，應力幅都對疲勞極限有很大影響。)(NNNN疲勞極限，循環(huán)特性r下應力循環(huán)N次后資料不發(fā)生疲勞破壞時的最大應力稱為資料的疲勞極限。疲勞壽命N資料疲勞失效前所閱歷的應力循環(huán)次數(shù)N1、疲勞曲線： 應力循環(huán)特性一定時，資料的疲勞極限與應力循環(huán)次數(shù)之間關系的曲線No 循環(huán)基數(shù) 耐久極限ONN0NN有 限 壽 命 區(qū)N無 限 壽 命 區(qū)1有限壽命區(qū) 當N103(104)高周循環(huán)疲勞當 時隨循環(huán)次數(shù)疲勞極限043)10(10NN ONN0NN有 限 壽 命 區(qū)N無 限 壽 命 區(qū)l留意：有色金屬和高強度合金

5、鋼無無限壽命區(qū)。2無限壽命區(qū)0NN N耐久極限對稱循環(huán)：脈動循環(huán)：0011 3疲勞曲線方程)10(10(043NN CNNmmN0NmNKNN0mNNNK0壽命系數(shù) 疲勞極限 No 硬度350HBS鋼， No=107 350HBS鋼， No=(10 -25)x107有色金屬(無程度部分)，規(guī)定當No25x107時,近似為無限壽命區(qū) m資料常數(shù),與應力及資料的種類有關。 鋼 m=9拉、彎應力、剪應力 m=6接觸應力 青銅 m=9彎曲應力 m=8接觸應力 應力循環(huán)特性越大，資料的疲勞極限與耐久極限越大，對零件強度越有利。對稱循環(huán)應力循環(huán)特性=-1最不利aml 對任何資料規(guī)范試件而言，在一定的應力循

6、環(huán)次數(shù)N下，對不同的應力循環(huán)特性有不同的耐久極限，即每種應力循環(huán)特性下都對應著該資料的最大應力 ，再由應力循環(huán)特性可求出 以及 和maxminmlimmaxa以 為橫坐標、 為縱坐標，即可得資料在不同應力循環(huán)特性下的極限 和 的關系圖。mmaa如圖如圖 AB所示為脆性資料塑性資料類似，曲線上的點對應著不同應力循環(huán)特性下的資料疲勞極限45OBs45CmBGADaA對稱疲勞極限點 D脈動疲勞極限點 C 屈服極限點 B 強度極限點比較圖l 對稱極限點l 強度極限點 l 脈動疲勞極限點l l 屈服極限點 l簡化極限應力線圖：簡化極限應力圖 l l作法：思索資料的最大應力不超越疲勞極限，得 l 及延伸線

7、l 思索塑性資料的最大應力不超越屈服極限，得), 0(1Aam1max, 1, 0)0 ,(BB1, 0limmaxBma)2,2(00D22maxma020ma)0 ,(sCCGDACGDA如圖l 上各點： 假設 不會疲勞破壞l 上各點： 假設 不會屈服破壞 GA CGamlimmaxsamlimmaxmaxmaxsmax01,s折線以內(nèi)為疲勞和塑性平安區(qū)，折線以外為疲勞和塑性失效折線以內(nèi)為疲勞和塑性平安區(qū)，折線以外為疲勞和塑性失效區(qū)，任務應力點離折線越遠，平安程度愈高。區(qū)，任務應力點離折線越遠，平安程度愈高。 資料的簡化極限應力線圖，可根據(jù)資料的三個實驗數(shù)據(jù) 和 得出。 45OBs45Cm

8、BGADa由于實踐機械零件與規(guī)范試件之間在絕對尺寸、外表形狀、應力集中、環(huán)境介質(zhì)等方面往往有差別，這些要素的綜合影響使零件的疲勞極限不同于資料的疲勞極限，其中尤以應力集中、零件尺寸和外表形狀三項要素對機械零件的疲勞強度影響最大。 三、影響機械零件疲勞強度的主要要素和零件極限應力圖1、應力集中的影響有效應力集中系數(shù) )(kk零件受載時，在幾何外形突變處圓角、凹槽、孔等要產(chǎn)生應力集中，對應力集中的敏感程度與零件的資料有關，普通資料強度越高，硬度越高，對應力集中越敏感 。) 1(1) 1(1qkqkmaxmax,)(maxmax)()(qq為思索零件幾何外形的實際應力集中系數(shù) 應力集中源處名義應力

9、資料對應力集中的敏感系數(shù) 應力集中源處最大應力 2、零件尺寸的影響尺寸系數(shù) )(由于零件尺寸愈大時，資料的晶粒較粗，出現(xiàn)缺陷的概率大，而機械加工后外表冷作硬化層相對較薄，所以對零件疲勞強度的不良影響愈顯著 3、外表形狀的影響 1外表質(zhì)量系數(shù))(零件加工的外表質(zhì)量主要指外表粗糙度對疲勞強度的影響 鋼的 越高，外表愈粗糙， 愈低 B)(強化處置淬火、滲氮、滲碳、熱處置、拋光、噴丸、滾壓等冷作工藝q2外表強化系數(shù)思索對零件進展不同的強化處置，對零件疲勞強度的影響 應力集中，零件尺寸和外表形狀 只對應力幅 有影響，而對平均應力 無影響實驗而得 )(KKq,am4、綜合影響系數(shù) 和零件的極限應力圖綜合影

10、響系數(shù)表示了資料極限應力幅與零件極限應力幅的比值綜合影響系數(shù)表示了資料極限應力幅與零件極限應力幅的比值)(KKqqkKkK1) 11(1) 11()()()()(11勞極限零件試件對稱循環(huán)的疲勞極限標準試件對稱循環(huán)的疲對稱循環(huán)零件的極限應力幅標準試件的極限應力幅eaeaK1綜合影響系數(shù)ab2、零件的極限應力圖 由于 只對 有影響，而對 無影響，在資料的極限應力圖 ADGC上幾個特殊點以坐標計入 影響 KamK零件脈動循環(huán)疲勞點 )/, 0(1kA)2/, 2/(00kD零件對稱循環(huán)疲勞點/K0/2KO45C(s,0)m135GA(0,1)M(me,ae)DAD(0/2,0/2)aGAG許用疲勞

11、極限曲線，GC屈服極限曲線 /K0/2KO45C(s,0)m135GA(0,1)M(me,ae)DAD(0/2,0/2)aG直線AG方程 :meeaeek11meaek1 或零件的資料特性 0012e 001 21kkee規(guī)范試件中的資料特性直線CG方程： smeae四、單向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算 1、 大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應力形狀 Cmaxmin/meOaeCmNN1ADM1aGM過原點與任務應力點M或N作連線交ADG于M1和N1點，由于直線上任一點的應力循環(huán)特性均一樣, M1和N1點即為所求的極限應力點 。常數(shù)112/ )(2/ )(minmaxminmaxmameOaeCmNN1ADM1a

12、GMa)當任務應力點位于OAG內(nèi)極限應力為疲勞極限，按疲勞強度計算mamaammeaeekkmax11maxlim)( 零件的極限應力，即疲勞極限為：強度條件為： 1maxmaxmaxlimsksmaecab)任務應力點位于OGC內(nèi)極限應力為屈服極限，按靜強度計算maxmaxlimssamsseca2、 振動中的受載彈簧的應力形狀cm需在極限應力圖上找一個其平均應力與任務應力一樣的極限應力，如圖，過任務應力點MN作與縱軸平行的軸線交AGC于M2N2 點，即為極限應力點 NOHmCMM2ADGN2aa) 當任務應力點位 于OAGH區(qū)域極限應力為疲勞極限 強度條件： )()(1maxmaxmaxl

13、imskksammecab任務應力點位于GHC區(qū)域極限應力為屈服極限 強度條件為： maxlimssamseca3、 軸向變載荷的緊螺栓聯(lián)接中的螺栓應力形狀 cmin過任務應力點MN作與橫坐標成45的直線，那么這直線任一點的最小應力 均一樣，直線與極限應力線圖交點 即為所求極限應力點。 cammin ammin)(33NMminMaOminN45CmM3AJGN3MN45LIminMaOminN45CmM3AJGN3MN45LIa)任務應力點位于OJGI區(qū)域內(nèi)求AG與MM3的交點:aememeeaeekk11aeamaememinkkmeaeemin1maxlim)(2 )2)()(2)()(

14、2minmin1min1maxlimSkkkkSaameca強度條件:極限應力為疲勞極限，按疲勞強度計算minMaOminN45CmM3AJGN3MN45LIc任務應力位于OAJ區(qū)域內(nèi)),(3aemeNesaemelim 2minmaxlimSSasamsecaminb)任務應力點位于IGC區(qū)域極限應力為屈服極限按靜強度計算極限應力點為靜強度條件為負值，工程中稀有，故不作思索。 5等效應力幅 mNNN0maadk留意：留意：1假設零件所受應力變化規(guī)律不能一定，普通采用 =C的情況計算。2上述計算均為按無限壽命進展零件設計，假設按有限壽命要求設計零件時，即應力循環(huán)次數(shù)103(104)NNo時，這

15、時上述公式中的極限應力應為有限壽命的疲勞極限 ，即應以-1N 代-1 ，以oN代o。3當未知任務應力點所在區(qū)域時，應同時思索能夠出現(xiàn)的兩種情況。4對切應力上述公式同樣適用，只需將改為即可。五、雙向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算 1、對稱循環(huán)穩(wěn)定變應力 當零件剖面上同時作用著相位一樣的縱向和切向?qū)ΨQ循環(huán)，穩(wěn)定變應力a和a時，經(jīng)實驗后極限應力關系為1)()(2121eaeaa, a 同時作用正應力和切應力的應力幅極限值 , 同時作用 -1e , -1e 為零件對稱循環(huán)正應力和切應力時疲勞極限 , 單獨作用 在以 的坐標系中為一個單位圓 eaea11maxmax, 1aa圓弧AMB任何一點即代表一對極限

16、應力 a 和a ，假設任務應力點M 在極限圓以內(nèi)，那么是平安的。M點所對應的極限應力點M 確定時，普通以為 比值不變多數(shù)情況如此， M 點在OM直線的延伸線上，如下圖Meaea11,aa/Aa/1eC COD DMM Ba/1e22SSSSSODDOOCCOOMMOSca強度條件為： 零件只受對稱循環(huán)切應力時的平安系數(shù) aeS1aeS1零件只受對稱循環(huán)正應力時的平安系數(shù))1()1()1(222121EEbFH高副零件任務時，實際上是點接觸或線接觸實踐上由于接觸部分的部分彈性變形而構(gòu)成面接觸由于接觸面積很小，使表層產(chǎn)生的部分應力卻很大。該應力稱為接觸應力。在外表接觸應力作用下的零件強度稱為接觸強度計算根據(jù)：彈性力學的赫茲公式 1、接觸應力a)兩圓柱體接觸2HmaxHmaxF2 abF1bpFEEEEH418. 0, 3 . 0max2121b)兩球接觸3222121max1111EEpbFH322max2121388. 0, 3 . 0pFEEEEH時Hmax2FHmax2 c1F綜合曲率半徑內(nèi)接觸外接觸21111ppp21maxFH31maxFH闡明：闡明：1圓柱體圓柱體 ，球，球 Hmax與與F不呈線性關系不呈線性關系