機(jī)械設(shè)計(jì) 第九版 機(jī)械零件的強(qiáng)度

1、第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度基本要求：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(gè)基本特性及零件的幾何特性繪制零件 的極限應(yīng)力簡(jiǎn)化曲線圖；會(huì)求零件的極限應(yīng)力。2.學(xué)會(huì)單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算方法；3.學(xué)會(huì)雙向變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的強(qiáng)度校核方法；4.會(huì)查本章附錄中的有關(guān)圖表。概概 述述一一. .載荷與載荷系數(shù)：載荷與載荷系數(shù)：1.1.載荷：載荷：靜載荷、變載荷靜載荷、變載荷表示方法：表示方法：PMTFn、名義載荷名義載荷( (理論載荷理論載荷) )：nF計(jì)算載荷計(jì)算載荷( (考慮實(shí)際因素的載荷考慮實(shí)際因素的載荷) )F Fcaca：2.2.應(yīng)力

2、：應(yīng)力： 靜應(yīng)力、變應(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)力二二. .靜應(yīng)力下機(jī)械零件的強(qiáng)度：靜應(yīng)力下機(jī)械零件的強(qiáng)度：1.1.強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件： SlimlimSorS2.2.極限應(yīng)力：極限應(yīng)力：sb、ncaKFF二二.穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力及特性：穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力及特性： 應(yīng)力的類型應(yīng)力的類型變 應(yīng) 力 描 述變 應(yīng) 力 描 述)(21minmaxm)(21minmaxamaxminrtmaxtmatmaxatma靜應(yīng)力靜應(yīng)力r =1脈動(dòng)循環(huán)脈動(dòng)循環(huán) r =0對(duì)稱循環(huán)對(duì)稱循環(huán)r = -1非對(duì)稱循環(huán)非對(duì)稱循環(huán)r ( -1,1)且且r0描述材料的疲勞特性：描述材料的疲勞特性：rN、max一一.

3、. 疲勞曲線：疲勞曲線：N 3-1 3-1 材料的疲勞特性材料的疲勞特性在循環(huán)特征為在循環(huán)特征為 r r 的變應(yīng)力作用下，對(duì)一組試樣的變應(yīng)力作用下，對(duì)一組試樣作疲勞試驗(yàn)作疲勞試驗(yàn), ,一個(gè)一個(gè) 值值, ,記錄下試樣破壞的記錄下試樣破壞的 值。值。NC-D段曲線方程：段曲線方程：CNmrNAB段可看作靜應(yīng)力強(qiáng)度的狀況(靜強(qiáng)度極限)；低周疲勞有限壽命疲勞極限無限壽命疲勞極限D(zhuǎn)以外可看作無限壽命區(qū)。)(DrrNNN v 材料疲勞極限材料疲勞極限Nrv 不同不同 N 的疲勞極限的疲勞極限CNNmrmrN0）（DrNmrrNNNKNNC0N疲勞極限遠(yuǎn)小于材料的強(qiáng)度極限 在材料的標(biāo)準(zhǔn)試件上加上給定的循環(huán)特

4、性為r的穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力，循環(huán)N次時(shí)，剛好材料（或零件）發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力。76102510DNm為材料常數(shù)，KN為壽命系數(shù) 當(dāng) 值小到某一數(shù)值時(shí),“無數(shù)”次循環(huán)試樣都不會(huì)疲勞破壞,則用 替代“無數(shù)”次。對(duì)應(yīng)的疲勞極限為0Nrv 循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù)N0與與r二二. .極限應(yīng)力圖：極限應(yīng)力圖：1.1.材料的極限應(yīng)力圖及其簡(jiǎn)化：材料的極限應(yīng)力圖及其簡(jiǎn)化：D4545GconstGCsammax：20ma)(21minmaxm)(21minmaxa20amM,ammax等等壽壽命命曲曲線線C: r=1(靜應(yīng)力)屈服極限am、繪成的極限應(yīng)力曲線在一定的在一定的N N下下 曲線 上任何一點(diǎn)都代表一對(duì)極限應(yīng)

5、 。 若零件的工作應(yīng)力點(diǎn) 在以內(nèi)，則是安全的。),(am),(amMCA1rA ：對(duì)稱循環(huán)疲勞極限對(duì)稱循環(huán)疲勞極限0rD ：脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限直線： CG 3 . 02 . 02 . 01 . 0合金鋼：碳鋼：直線 ： GAma00112ma）（am ,）（am ,sam材料常數(shù)(斜率)3-2 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度零件的極限應(yīng)力圖及其簡(jiǎn)化：零件的極限應(yīng)力圖及其簡(jiǎn)化：考慮應(yīng)力集中、絕對(duì)尺寸、表面質(zhì)量等因素時(shí)的疲勞極限：應(yīng)力集中：應(yīng)力集中：零件剖面幾何形狀突變處疲勞極限降低)(kk用應(yīng)力集中系數(shù)用應(yīng)力集中系數(shù) 來考慮來考慮絕對(duì)尺寸：絕對(duì)尺寸：剖面絕對(duì)尺寸大、出現(xiàn)缺陷概率大、疲勞極限 降

6、低用絕對(duì)尺寸系數(shù)用絕對(duì)尺寸系數(shù) 來考慮來考慮)(表面質(zhì)量表面質(zhì)量：表面光滑，能提高疲勞極限用用表面質(zhì)量表面質(zhì)量系數(shù)系數(shù) 來考慮來考慮)(強(qiáng)化處理：強(qiáng)化處理：表面強(qiáng)化處理，能提高疲勞極限用用零件強(qiáng)化零件強(qiáng)化系數(shù)系數(shù) 來考慮來考慮qqkK111綜合影響系數(shù)：綜合影響系數(shù)：各個(gè)系數(shù)的值參看P3845本章附錄。），（KD2200AK1eK11材料零件Ke11直線直線CGCG不需修正：不需修正： 直線直線AGAG： G），（aeme），（aememeaeK e1meeaeK12001Ke不對(duì)稱循環(huán)時(shí)，是應(yīng)力幅的比值saeme)(0,1KA)2,2(00KD（零件的斜率）同樣，按照上述方法可寫出剪應(yīng)力的極

7、限應(yīng)力曲線方程。直線直線 ： GC直線直線 ： AGmeaeeK1eemea001200121KKeqkK111saeme一一. .單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的疲勞極限：?jiǎn)蜗蚍€(wěn)定變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的疲勞極限：amM,?limSScamaxlim:目的 變應(yīng)力的應(yīng)力比保持不變，即變應(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，即變應(yīng)力的最小應(yīng)力保持不變，即Cr CmCminN),(minmax工作點(diǎn)工作點(diǎn)M M（或（或N N）: :),(amamM,aemeM,NmamamameaeKKmax11max點(diǎn)：MSKSmaca1maxmax

8、maxlimNCrrma11minmaxminmax點(diǎn)：NSSamsscamaxmaxlim極限應(yīng)力圖分兩個(gè)區(qū)： 疲勞強(qiáng)度 靜強(qiáng)度：OGCOAG1.1.變應(yīng)力的應(yīng)力比保持不變變應(yīng)力的應(yīng)力比保持不變r(jià) r=C,=C,如轉(zhuǎn)軸如轉(zhuǎn)軸2.2.變應(yīng)力的平均應(yīng)力保持不變，即變應(yīng)力的平均應(yīng)力保持不變，即CmamM,N如振動(dòng)中的彈簧如振動(dòng)中的彈簧mmeaemeM,KKmme1mm1eamaxK點(diǎn)：MSKKSammca1maxmaxmaxlimN點(diǎn)：NH極限應(yīng)力圖分兩個(gè)區(qū)：OAGH: 疲勞強(qiáng)度 SSamsscamaxmaxlimaHGC:靜強(qiáng)度區(qū)3.3.變應(yīng)力的最小應(yīng)力保持不變，即變應(yīng)力的最小應(yīng)力保持不變，即C

9、minamM,M如受軸向變載荷的緊螺栓的應(yīng)力狀態(tài)NCamminJI45極限應(yīng)力圖分三個(gè)區(qū)：極限應(yīng)力圖分三個(gè)區(qū)： 工作應(yīng)力在OJAOJA 時(shí)，0min 工作應(yīng)力在 時(shí)，按疲勞強(qiáng)度計(jì)算OJGISKKSacaminmin1maxmaxmaxlim22IGC 工作應(yīng)力在 時(shí)，按靜強(qiáng)度計(jì)算N（較為少見）（較為少見）minSKSmaca1maxmaxmaxlim同樣，按照上述方法可寫出剪應(yīng)力的疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式。略如難于確定應(yīng)力變化規(guī)律時(shí)，一般取r=C時(shí)的公式。分子為對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限m平均應(yīng)力折算為等效應(yīng)力幅maK將不對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力等效為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，可看作應(yīng)力幅。等效轉(zhuǎn)化。maadK記為于是SSda

10、ca1二二. .單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的疲勞極限單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的疲勞極限1 1、非規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力：應(yīng)用統(tǒng)計(jì)疲勞強(qiáng)度方法處理（如汽車板簧）、非規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力：應(yīng)用統(tǒng)計(jì)疲勞強(qiáng)度方法處理（如汽車板簧）2 2、規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力：疲勞損傷累積、規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力：疲勞損傷累積( (基于能量的觀點(diǎn)基于能量的觀點(diǎn)) )假說處理假說處理( (如機(jī)床主軸如機(jī)床主軸) )11n22n33n44nmaxn1rN11n22n3n32N3N1N每一應(yīng)力的損傷率：每一應(yīng)力的損傷率：iiNn當(dāng)損傷率達(dá)到當(dāng)損傷率達(dá)到100%100%時(shí)：時(shí)：1332211NnNnNn即：即：11iiZiNn當(dāng)施加的應(yīng)

11、力依次減小時(shí)：當(dāng)施加的應(yīng)力依次減小時(shí)：11iiZiNn當(dāng)施加的應(yīng)力依次增大時(shí)：當(dāng)施加的應(yīng)力依次增大時(shí)：11iiZiNn作為概念，從平均意義上來說，上式還是可以得出一個(gè)較為合理的結(jié)果。作為概念，從平均意義上來說，上式還是可以得出一個(gè)較為合理的結(jié)果。三三. .雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的疲勞極限雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)機(jī)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(duì)稱彎曲應(yīng)對(duì)稱彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力時(shí),對(duì)一般結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得到12121eaea因?yàn)闉閷?duì)稱循環(huán)，所以：maxmaxaaaaM,ea1ea1oABODDOOCCOOMMOScaDDCCaaaa),

12、(aa曲線ABAB上任何一點(diǎn)都代表一對(duì)極限應(yīng)力 。若零件的工作應(yīng)力點(diǎn) 在曲線ABAB以內(nèi)，則是安全的。),(aaMacaaacaaSS12121eacaeacaSSSae1Sae1122SSSScacaM122SSSScaca22SSSSSca當(dāng)零件上作用的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)：mKSa1mKSa1四四. .提高零件疲勞強(qiáng)度的措施提高零件疲勞強(qiáng)度的措施1.盡可能降低零件上的應(yīng)力集中；2.選擇疲勞強(qiáng)度高的材料、采用適當(dāng)?shù)臒崽幚硖岣卟牧系?疲勞強(qiáng)度及強(qiáng)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。o1o212FFo1o2212bH3-4 機(jī)

13、械零件的 接觸強(qiáng)度2221212111)11(BEEFH21111設(shè)：MPaEEZE222121111增強(qiáng)措施增強(qiáng)措施: : F、B、及材料、熱處理H-脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)集（1）： 3-18、20第四章 摩擦、磨損及潤(rùn)滑概述-摩擦內(nèi)摩擦 外摩擦靜摩擦動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦干摩擦邊界摩擦混合摩擦流體摩擦膜厚比決定摩擦狀態(tài)2/122q21qmin)RR(h摩擦面間不加潤(rùn)滑劑，一般金屬f認(rèn)為常數(shù)； ,摩擦表面間有一層油膜(邊界膜), 。110f.31 43 ，摩擦面被油膜完全分開。 0.0080010f.-2 磨損磨損量時(shí)間磨合階段穩(wěn)定磨損階段劇烈磨損階段縮短推遲延長(zhǎng)從磨損結(jié)果分：點(diǎn)蝕、膠合、擦傷等從磨損機(jī)理分：粘附磨損磨粒磨損疲勞磨損沖蝕磨損腐蝕磨損微動(dòng)損傷-3 潤(rùn)滑劑、添加劑和潤(rùn)滑方法（一） 潤(rùn)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(rùn)滑油：有機(jī)油、礦物油、合成油1）動(dòng)力粘度) sPa(yu2）運(yùn)動(dòng)粘度) s/m(23）條件粘度利用某種規(guī)格的粘度計(jì),測(cè)定潤(rùn)滑油穿過規(guī)定孔道的時(shí)間計(jì)量,我國(guó)常用恩氏度 作為條件粘度單位。toE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(dòng)力潤(rùn)滑中，影響重要。MPa20p(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；