第三章機械零件的強度

1、沈陽工業(yè)大學備課用紙第三章機械零件的強度1. 強度問題：靜應力強度：通常認為在機械零件整個工作壽命期間應力變化次數(shù)小于103的通用零件，均按靜應力強度進行設計。（材料力學范疇）變應力強度：在變應力作用下，零件產(chǎn)生疲勞破壞。2. 疲勞破壞定義：金屬材料試件在交變應力作用下，經(jīng)過長時間的試驗而發(fā)生的破壞。3. 疲勞破壞的原因：材料內(nèi)部的缺陷、加工過程中的刀痕或零件局部的應力集中等導致產(chǎn)生了微觀裂紋，稱為裂紋源，在交變應力作用下，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋不斷擴展， 直至零件發(fā)生突然斷裂。4. 疲勞破壞的特征：1） 零件的最大應力在遠小于靜應力的強度極限時，就可能發(fā)生破壞；2） 即使是塑性材料，在沒有

2、明顯的塑性變形下就可能發(fā)生突然的脆性斷裂。3）疲勞破壞是一個損傷累積的過程，有發(fā)展的過程，需要時間。4）疲勞斷口分為兩個區(qū)：疲勞區(qū)和脆性斷裂區(qū)。§ 3-1材料的疲勞特性一、應力的分類1、 靜應力：大小和方向均不隨時間改變，或者變化緩慢。2、變應力：大小或方向隨時間而變化。1 ）穩(wěn)定循環(huán)變應力：以下各參數(shù)不隨時間變化的變應力。m 平均應力； a 應力幅值一max 最大應力一;min最小應力 二應力比（循環(huán)特性）2）非穩(wěn)定循環(huán)變應力:參數(shù)隨時問變化的變應力。（1）規(guī)律性非穩(wěn)定變應力:參數(shù)按一定規(guī)律周期性變化的稱為曲線可分為（2）隨機變應力：隨機變化的。二、疲勞曲線1、 -N曲線：應力比r

3、 一定時，表示疲勞極限（最大應力）與循環(huán)次數(shù)NN之間關(guān)系的曲線。典型的疲勞曲線如下圖示:<7同煖;二大多數(shù)零件失效在. C點右側(cè)區(qū)域,稱高周疲勞區(qū) N>104咼周疲勞區(qū)以有限壽命區(qū)T（CNo,循環(huán)次數(shù)N,對應的極限應力ND) : NvNo為界分為兩個區(qū):條件疲勞極限。曲線方程為-N疲勞曲線ABBCCDD右四個區(qū) 域。其中：AB區(qū)最大應 力變化不 大，可按靜 應力考慮。BC:為低周疲勞（循環(huán)次數(shù)少）區(qū)。N<104。也稱應變疲勞（疲勞破壞 伴隨塑性變 形）M-材料常數(shù)No-循環(huán)基數(shù)無限壽命區(qū)：N > No時，曲線為水平直線，對應的疲勞極限是一個定值，用表示。當材料受到的應力

4、不超過時，則可以經(jīng)受無限次的應力循環(huán)而不疲勞破壞。即壽命是無限的。因為疲勞極限（mrN NNo C所以rN2、等壽命疲勞曲線（極限應力線圖）定義：循環(huán)次數(shù)一定時，應力幅與平均應力問的關(guān)系曲線。理論疲勞曲線:經(jīng)過試驗得二次曲線如下圖。即在曲線a m maxr （壽命為循環(huán)基數(shù)No)在曲線內(nèi)為無限壽命。曲線外為有限壽命。實際疲勞曲線:Kn-壽命系數(shù) 圖中，曲線 上任意一 點的橫縱 坐標之和 為最大應 力。代表應 力比為一 定值的疲 勞極限。在直線CG上任何一點均有maxmas疲勞強度線。其上的點表示疲勞極限應力a、 m 直線A，G，上任意點坐由A，、G，兩點坐標可得 A，G，線直線方程其中0 （試

5、件受循環(huán)彎曲應力時的材料常數(shù)）碳鋼0.1 0.2合金鋼0.20.3由于零件幾何形狀的 變化、尺寸大小、加 工質(zhì)量及強化因素等 的影響，使得零件的 疲勞極限要小于材料 試件的疲CG線屈服強度線。其上的點表示屈服極限勞極限。在不對由C點坐標和直線斜角可得CG線方程稱循環(huán)時，Kt§ 3-2機械零件的疲勞強度計算為試件與零件，、零件的極限應力線圖極限應力幅的引入 K彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)則1K （T -1 材料對稱循環(huán)彎曲疲勞極限1et -1e 零件對稱循環(huán)彎曲疲勞極限將材料的極限應力線圖中直線A DG按比例Kt向下移，CG部分按靜強度考慮，故不作修正。即得零件 的極限應力線圖，如下 故

6、各點坐標為A(0, 1 ), DK0, C點坐標不變2 2K比值采用同樣方法，可得AG直線方程:直aeme線AG上任意點坐標。進行零件疲勞強度 計算時，首先根據(jù) 零件危險截面上的（rmax 及 dmin 確定平均應力 d與m應力幅掃，然后，在極限應力線圖的坐標中標示出相應 工作應力點 M或N。相應的疲勞極限應 力應是極限應力曲 線上的某一個點所代表的應力根據(jù)零件工作時所 受的約束來確定應 力可能發(fā)生的變化 規(guī)律，從而決定以 哪一個點來表示極 限應力。直線CG方程為:k11彎曲疲勞極限綜合影響系數(shù)K 1 qK 零件的有效應力集中系數(shù)。（在正應力作用下）零件的尺寸系數(shù)。（在正應力作用下）零件的表面

7、質(zhì)量系數(shù)。（在正應力作用下）q 零件的強化系數(shù)。（在正應力作用下）二、單向穩(wěn)定變應力時機械零件的疲勞強度計算所以：計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：機械零件可能發(fā)生的典型的應力變化規(guī)律有以下三種：應力比為常數(shù)： r=C平均應力為常數(shù)（T m=C最小應力為常數(shù)（T mi n=C1、r=Cr=C時，應該有聯(lián)解OM、AG直線方程可得M，坐標（ae、me ）,相加即為M點零件的疲勞極限：maxaeme1 max由上式得如果極限應力點為N'極限應力為屈服極限s，所以強度條件為:其它加載方式相同2、 m C聯(lián)解直線 MM 2與直線AG方程，求出M 2點橫縱坐標值,并相加：由于 C，為常數(shù)，故連接坐標原

8、點與工作應力點，得OM或ON，同一條射線上 各點應力比為 常數(shù)。JJM、N為工作應 力點相應的極 限應力個點。式中asa和t a時，由實驗得出aa3、minc即min maC為與橫軸夾角45°的斜直線,故可過 M作斜線LM , M3點即為極限應力點。同樣的方法可得:、雙向穩(wěn)定變應力時機械零件的疲勞強度計算當零件上同時作用有同相位的穩(wěn)定對稱循環(huán)變應力 的極限應力關(guān)系式為：1e1ea及為同時作用的切向及法向應力幅的極限值。由于是對稱循環(huán)變應力，故應力幅即為最大應力。 即代表一對極限應力（Ta '及T a '若作用于零件上的應力幅 此工作應力點在 極限以內(nèi)，未達到極限條件，

9、因而是安全的 計算安全系數(shù)SOM 'S 0"S TcaOMS /S T四、單向非穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算非穩(wěn)定變應力包括：各階應規(guī)律性非穩(wěn)定變應力：按損傷積累假說進行疲勞強度計算隨機變應力：用統(tǒng)計方法進行疲勞強度計算1 . Min er 法則：規(guī)律性非穩(wěn)定變應力如圖：根據(jù)Min er定理：每個大于的損傷率相加為100%時，i循環(huán)ni次對材料的損傷率為1材料有損傷（，每次循環(huán)的損傷率為1/N。匪r11 1L1的應力均對，當總Ni力均為對稱循 環(huán)最大 應力2循環(huán)n2次對材料的損傷率為n2N 23循環(huán)n3次對材料的損傷率為naN3總損傷率為 n1N 1n2N2門3 ，極限狀況為:N3同理,N2由M