机械设计第九版机械零件的强度.ppt

1、第三章 机械零件的强度,基本要求：,1.了解疲劳曲线和极限应力曲线的来源、意义及用途， 能从材料的几个基本特性及零件的几何特性绘制零件 的极限应力简化曲线图；会求零件的极限应力。 2.学会单向稳定变应力时机械零件的强度计算方法； 3.学会双向变应力时机械零件的强度校核方法； 4.会查本章附录中的有关图表。,概 述,一.载荷与载荷系数：,1.载荷：,静载荷、变载荷,表示方法：,名义载荷(理论载荷)：,计算载荷(考虑实际因素的载荷)Fca：,2.应力：,静应力、变应力,稳定循环变应力 非稳定循环变应力,二.静应力下机械零件的强度：,1.强度条件：,2.极限应力：,二.稳定循环变应力及特性：,应力的

2、类型,静应力r =1,脉动循环 r =0,对称循环r = -1,非对称循环 r ( -1,1)且r0,描述材料的疲劳特性：,一. 疲劳曲线：,3-1 材料的疲劳特性,在循环特征为 r 的变应力作用下，对一组试样作疲劳试验,一个 值,记录下试样破坏的 值。,C-D段曲线方程：,AB段可看作静应力强度的状况(静强度极限)；,低周疲劳,有限寿命 疲劳极限,无限寿命 疲劳极限,D以外可看作无限寿命区。,材料疲劳极限,不同 N 的疲劳极限,疲劳极限远小于材料的强度极限,在材料的标准试件上加上给定的循环特性为r的稳定循环变应力，循环N次时，刚好材料（或零件）发生疲劳破坏的最大应力。,m为材料常数，KN为寿

3、命系数,当 值小到某一数值时,“无数”次循环试样都不会疲劳破坏,则用 替代“无数”次。对应的疲劳极限为,循环基数N0与,二.极限应力图：,1.材料的极限应力图及其简化：,等寿命曲线,C: r=1(静应力)屈服极限,曲线 上任何 一点都代表一对极限 应 。 若零件的工作应 力点 在以 内，则是安全的。,对称循环疲劳极限,脉动循环疲劳极限,直线：,直线 ：,3-2 机械零件的疲劳强度,零件的极限应力图及其简化：,考虑应力集中、绝对尺寸、表面质量等因素时的疲劳极限：,应力集中：零件剖面几何形状突变处疲劳极限降低,用应力集中系数 来考虑,绝对尺寸：剖面绝对尺寸大、出现缺陷概率大、疲劳极限 降低,用绝对

4、尺寸系数 来考虑,表面质量：表面光滑，能提高疲劳极限,用表面质量系数 来考虑,强化处理：表面强化处理，能提高疲劳极限,用零件强化系数 来考虑,综合影响系数：,各个系数 的值参看 P3845本 章附录。,材料,零件,直线CG不需修正：,直线AG：,不对称循环时，是应力幅的比值,（零件的斜率）,同样，按照上述方法可写出剪应力的极限应力曲线方程。,直线 ：,直线 ：,一.单向稳定变应力时机械零件的疲劳极限：,变应力的应力比保持不变，即 变应力的平均应力保持不变，即 变应力的最小应力保持不变，即,工作点M（或N）:,极限应力图分两 个区： 疲劳强度 静强度,1.变应力的应力比保持不变r=C,如转轴,2

5、.变应力的平均应力保持不变，即,如振动中的弹簧,极限应力图分两个区： OAGH: 疲劳强度,HGC:静强度区,3.变应力的最小应力保持不变，即,如受轴向变载荷的紧螺栓的应力状态,极限应力图分三个区：,工作应力在OJA 时，,工作应力在 时，按疲劳强度计算,工作应力在 时，按静强度计算,（较为少见）,同样，按照上述方法可写出剪应力的疲劳强度计算公式。略,如难于确定应力变化规律时，一般取r=C时的公式。,分子为对称循环弯曲疲劳极限,记为,于是,二.单向不稳定变应力时机械零件的疲劳极限,1、非规律性不稳定变应力：应用统计疲劳强度方法处理（如汽车板簧）,2、规律性不稳定变应力：疲劳损伤累积(基于能量的

6、观点)假说处理(如机床主轴),每一应力的损伤率：,当损伤率达到100%时：,即：,当施加的应力依次减小时：,当施加的应力依次增大时：,作为概念，从平均意义上来说，上式还是可以得出一个较为合理的结果。,三.双向稳定变应力时机械零件的疲劳极限,一些零件往往在复合应力作用下(如转轴)若零件上作用有周期相同,相位相同的对称弯曲应力和扭转应力时,对一般结构钢，经实验得到,因为为对称循环，所以：,曲线AB上任何一点都代表一对极限应力 。,若零件的工作应力点 在曲线AB以内，则是安全的。,当零件上作用的弯曲应力和扭转应力为非对称循环变应力时：,四.提高零件疲劳强度的措施,1.尽可能降低零件上的应力集中； 2

7、.选择疲劳强度高的材料、采用适当的热处理提高材料的 疲劳强度及强化工艺； 3.提高零件的表面质量； 4.尽可能减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸。,3-4 机械零件的 接触强度,增强措施: F、B、及材料、热处理,-脉动循环变应力,机械设计作业集（1）： 3-18、20,END,第四章 摩擦、磨损及润滑概述,-摩擦,内摩擦,外摩擦,滑动摩擦,膜厚比决定摩擦状态,摩擦面间不加润滑剂，一般金属f认为常数；,摩擦表面间有一层油膜(边界膜), 。,，摩擦面被油膜完全分开。,-2 磨损,剧烈磨损阶段,从磨损结果分：点蚀、胶合、擦伤等,从磨损机理分：,粘附磨损 磨粒磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨

8、损 微动损伤,-3 润滑剂、添加剂和润滑方法,（一） 润滑剂,功用：降摩、减损、散热、吸振；,类型：气体、液体、半固体、固体,1.润滑油：,有机油、矿物油、合成油,1）动力粘度,2）运动粘度,3）条件粘度,利用某种规格的粘度计,测定润滑油穿过规定孔道的时间计量,我国常用恩氏度 作为条件粘度单位。,粘温性能(见图4-7，P54),粘压性能 一般压力下 不予考虑，在弹流动力润滑中，影响重要。,(1)粘度,(2)油性 油膜与金属表面的吸附能力；,(3)极压性 油中极性分子在金属表面生成化学边界膜的性能；,(4)闪点,(5)凝点,(6)氧化稳定性,1 润滑脂：润滑剂与稠化剂的混合物,(1)钙基润滑脂 抗水性好、耐热性差,(2)钠基润滑脂 抗水性差、耐热性好、较钙基防锈作用好,(3)锂基润