機械零件強度

1、第三章第三章 機械零件的強度機械零件的強度主要內容主要內容n載荷和應力的分類載荷和應力的分類n機械零件強度的基本概念機械零件強度的基本概念n材料的疲勞特性材料的疲勞特性n疲勞強度的計算疲勞強度的計算n提高零件疲勞強度的措施提高零件疲勞強度的措施教學目標和教學重點教學目標和教學重點1、掌握載荷和應力的分類；、掌握載荷和應力的分類；2、熟悉機械零件強度的基本概念；、熟悉機械零件強度的基本概念；3、掌握材料的疲勞特性；、掌握材料的疲勞特性；4、 了解機械零件的強度計算和提高零件疲勞強度的措施。了解機械零件的強度計算和提高零件疲勞強度的措施。教學目標教學目標:教學重點教學重點:1、穩(wěn)定循環(huán)應力類型及參

2、量；、穩(wěn)定循環(huán)應力類型及參量；2、材料的疲勞曲線及極限應力曲線。、材料的疲勞曲線及極限應力曲線。1 1、零件設計中的載荷及其分類、零件設計中的載荷及其分類 靜載荷靜載荷：不隨時間變化或變化緩慢的載荷：不隨時間變化或變化緩慢的載荷. .變載荷變載荷：隨時間作周期性或非周期性變化的載荷：隨時間作周期性或非周期性變化的載荷. . 一、載荷和應力的分類載荷可分為靜載荷和變載荷兩類。 注意注意: :在設計計算中，載荷又可分為名義載荷和計在設計計算中，載荷又可分為名義載荷和計算載荷，計算載荷等于載荷系數乘以名義載荷。算載荷，計算載荷等于載荷系數乘以名義載荷。 2應力的分類應力的分類 靜應力靜應力：不隨時間

3、變化或變化緩慢的應力。：不隨時間變化或變化緩慢的應力。變應力變應力: : 隨時間變化的應力。隨時間變化的應力。一、載荷和應力的分類 變應力又可分為穩(wěn)定循環(huán)變應力、非穩(wěn)定循環(huán)變應力以變應力又可分為穩(wěn)定循環(huán)變應力、非穩(wěn)定循環(huán)變應力以及隨機變應力等。最基本的變應力為及隨機變應力等。最基本的變應力為穩(wěn)定循環(huán)變應力穩(wěn)定循環(huán)變應力。 描述穩(wěn)定循環(huán)變應力有5個參量，應力幅a、平均應力m 、最小應力min 、最大應力max和循環(huán)特性系數r。但其中只有兩個參數是獨立的。兩種類別sm平均應力； sa應力幅值smax最大應力； smin最小應力r 循環(huán)特性（應力比）2minmaxmsss2minmaxasssmax

4、minssr上述參數中只有兩個參數是獨立的。 一、載荷和應力的分類2應力的分類應力的分類 r = -1對稱循環(huán)應力r=0脈動循環(huán)應力r=1靜應力非對稱循環(huán)應力應力分類圖示：應力分類圖示： 穩(wěn)定循環(huán)變應力的類型有非對稱循環(huán)變應力非對稱循環(huán)變應力、脈動循環(huán)變應力脈動循環(huán)變應力和對稱循環(huán)變應力對稱循環(huán)變應力三種。 2應力的分類應力的分類 強度可分為靜應力強度和變應力強度強度可分為靜應力強度和變應力強度 a靜應力強度靜應力強度： 二、機械零件強度的基本概念 在靜應力下工作的零件，其失效形式將是斷裂在靜應力下工作的零件，其失效形式將是斷裂或塑性變形。因此需要計算靜強度?；蛩苄宰冃巍Ｒ虼诵枰嬎沆o強度。

5、b變應力強度變應力強度： 在變應力下工作的零件，其失效形式將是疲勞在變應力下工作的零件，其失效形式將是疲勞斷裂。因此需要計算其疲勞強度。斷裂。因此需要計算其疲勞強度。 1 1、基本概念、基本概念 零件在變應力作用下的破壞，稱為疲勞破壞，零件在變應力作用下的破壞，稱為疲勞破壞，一般也稱為疲勞失效。一般也稱為疲勞失效。 疲勞破壞產生的過程是：在變應力作用下，零件表面首疲勞破壞產生的過程是：在變應力作用下，零件表面首先產生初始裂紋，形成一個或數個疲勞源。在變應力的繼續(xù)先產生初始裂紋，形成一個或數個疲勞源。在變應力的繼續(xù)作用下，初始裂紋處的應力集中促使裂紋擴展，使零件的實作用下，初始裂紋處的應力集中促

6、使裂紋擴展，使零件的實際承載面積逐漸減小，直至不能承受外載荷時，導致零件突際承載面積逐漸減小，直至不能承受外載荷時，導致零件突然發(fā)生脆性斷裂。然發(fā)生脆性斷裂。 三、材料的疲勞特性a 疲勞破壞：疲勞破壞：特點：特點： 1在某類變應力多次作用后突然斷裂；在某類變應力多次作用后突然斷裂； 2斷裂時變應力的最大應力遠小于材料的屈服極限斷裂時變應力的最大應力遠小于材料的屈服極限 3即使是塑性材料，斷裂時也無明顯的塑性變形。即使是塑性材料，斷裂時也無明顯的塑性變形。 由此可見，疲勞破壞不僅僅與由此可見，疲勞破壞不僅僅與應力的大小應力的大小有關，而有關，而且還與且還與應力循環(huán)次數應力循環(huán)次數和和應力循環(huán)特性

7、應力循環(huán)特性有關。有關。 循環(huán)特性循環(huán)特性r r一定時，應力循環(huán)一定時，應力循環(huán)N N次后，材料不發(fā)生疲次后，材料不發(fā)生疲勞破壞時的最大應力，稱為勞破壞時的最大應力，稱為疲勞極限疲勞極限。三、材料的疲勞特性1 1、基本概念、基本概念疲勞曲線CD段段( (有限壽命區(qū)間有限壽命區(qū)間) ): :)(DCmrNNNNCNs)DrrNNN （ssD點以后點以后(無限壽命區(qū)間無限壽命區(qū)間): 用用N N0 0及其相對應的疲勞極限及其相對應的疲勞極限 r來近來近似代表似代表N NDD和和 r,r,有：有：CNN0mrmrNss2 2、 s sN疲勞曲線疲勞曲線sN疲勞曲線三、材料的疲勞特性表示循環(huán)次數N和疲

8、勞極限間關系的曲線稱s sN疲勞曲線rNs疲勞曲線有限壽命區(qū)間內循環(huán)次數N與疲勞極限srN的關系為：式中， N0為循環(huán)基數； sr為與N0相對應的疲勞極限m為材料常數，值由材料試驗確定。rNmrKNNsss0rNsN疲勞曲線、 s sN疲勞曲線疲勞曲線三、材料的疲勞特性、極限應力線圖（等壽命疲勞曲線）、極限應力線圖（等壽命疲勞曲線） 機械零件材料的疲勞特性除用sN曲線表示外，還可用極限應力線圖，即等壽命曲線來描述。該曲線表達了材料在不同循環(huán)特性下疲勞極限的特性。三、材料的疲勞特性在工程應用中，常將等壽命曲線用直線來近似替代。在工程應用中，常將等壽命曲線用直線來近似替代。A直線的方程為：ma1s

9、ssssmasssC直線的方程為：0012ssss為試件受循環(huán)彎曲應力時的材料常數，其值由試驗及下式決定：對于碳鋼，0.10.2，對于合金鋼，0.20.3。四、機械零件的疲勞強度計算在不對稱循環(huán)時，是試件與零件極限應力幅的比值。1s材料對稱循環(huán)彎曲疲勞極限e1s零件對稱循環(huán)彎曲疲勞極限sssKe11零件的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限為: 1、零件的極限應力線圖eK11sss如設彎曲疲勞極限的綜合影響系數 ，且 機械零件的疲勞強度計算1 機械零件的疲勞強度計算22、單向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算工作應力點:M N。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：r=C (如大多數轉軸中的

10、應力狀態(tài))詳細分析平均應力為常數m=C (如震動著的受載彈簧中的應力狀態(tài)) 最小應力為常數min=C （如今螺栓聯接中螺栓受軸向變載荷時的 應力狀態(tài)）機械零件的疲勞強度計算33、單向不穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算用統(tǒng)計方法進行疲勞強度計算不穩(wěn)定變應力非規(guī)律性規(guī)律性按損傷累積假說進行疲勞強度計算規(guī)律性不穩(wěn)定變應力機械零件的疲勞強度計算3當損傷率達到100%時，材料即發(fā)生疲勞破壞，對應于極限狀況有：1332211NnNnNnSScacass1計算安全系數：機械零件的疲勞強度計算44、雙向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算 當零件上同時作用有同相位的穩(wěn)定對稱循環(huán)變應力sa 和ta時，由實驗得出的極限應力關系式為：12e1a2e1asstt式中 ta及sa為同時作用的切向及法向應力幅的極限值。計算安全系數：22caSSSSOMOMS機械零件的疲勞強度計算5五、提高機械零件疲勞強度的措施 在綜合考慮零件的性能要求和經濟性后，采用具有高疲勞強度的材料，并配以適當的熱處理和各種表面強化處理。 適當提高零件的表面質量，特