机械零件的强PPT学习教案

1、会计学1 机械零件的强机械零件的强 上一页上一页 分目录分目录 机械零件应力分类机械零件应力分类 机械零件载荷和应力的分类机械零件载荷和应力的分类 静应力静应力 不随时间变化的应力。不随时间变化的应力。 变应力变应力 随时间变化的应力。分稳定变应力（循环变应随时间变化的应力。分稳定变应力（循环变应 力）和非力）和非稳定变应力，稳定变应力， 平均应力平均应力应力幅应力幅 2 minmax m 2 minmax a 循环特性：循环特性： max min r 对称循环对称循环 脉动循环脉动循环 静应力静应力 1r0r 1r 如图。如图。 第1页/共22页 分目录分目录上一页上一页 机械零件载荷和应力

2、的分类机械零件载荷和应力的分类 静应力静应力非对称循环变应力非对称循环变应力脉动循环变应力脉动循环变应力对称循环变应力对称循环变应力 图图3-1 应力的类型应力的类型 minmax m 0 a 1r 2 minmax m 2 minmax a am am max min r 1r0r 2 max am 0 min 0 m minmax a a)b) c) d) 11r 第2页/共22页 分目录分目录上一页上一页 零件在静应力下工作时的强度零件在静应力下工作时的强度 在静应力作用下零件的破坏形式为断裂或塑性变形在静应力作用下零件的破坏形式为断裂或塑性变形 强度条件强度条件 s s lim lim

3、 、 危险截面处的最大应力。危险截面处的最大应力。 s 、 s安全系数。安全系数。 、 零件材料的许用应力。零件材料的许用应力。 lim、 lim 极限正应力和极限切应力，对于塑性材料，按不发生极限正应力和极限切应力，对于塑性材料，按不发生 塑性变形的条件进行强度计算时，塑性变形的条件进行强度计算时， lim s ，lims；按允许；按允许 少量塑性变形的条件进行强度计算时，少量塑性变形的条件进行强度计算时，lim B ，limB。 对于脆性材料，对于脆性材料， limB ，limB。 第3页/共22页 零件在静应力下工作时的强度零件在静应力下工作时的强度 分目录分目录上一页上一页 复合静应力

4、作用下的塑性材料零件，用第三和第四强度复合静应力作用下的塑性材料零件，用第三和第四强度 理论计算复合应力。理论计算复合应力。 其强度条件为其强度条件为 22 22 3 4 co co 复合安全强系数为复合安全强系数为 s ss ss s 22 limlim s s ss 危险截面处的实际安全系数危险截面处的实际安全系数 s 许用复合安全系数。许用复合安全系数。 第4页/共22页 分目录分目录上一页上一页 机械零件的疲劳强度机械零件的疲劳强度 在变应力下工作的零件，疲劳断裂是主要的失效形式之一。在变应力下工作的零件，疲劳断裂是主要的失效形式之一。 低周疲劳低周疲劳： 4 10N 时，疲劳极限较高

5、，时，疲劳极限较高， 接近于屈服极限，疲劳极限几乎与循环次数的接近于屈服极限，疲劳极限几乎与循环次数的 变化无关。变化无关。 D NN 4 10 高周疲劳：高周疲劳：时，疲劳极限时，疲劳极限 随循环次数的增加而降低。随循环次数的增加而降低。 在有限寿命区在有限寿命区CNN m r m rN 0 Nr m r m rN K N N 0 任意循环次数下的疲劳极限任意循环次数下的疲劳极限 KN寿命系数，寿命系数， rrNN K/ m材料常数，由实验定。材料常数，由实验定。 图图3-2 材料的疲劳曲线材料的疲劳曲线 当循环特性未知时，按对称循环处理！ r= -1 当NN0时，rN= -1 r 第5页/

6、共22页 机械零件的疲劳强度机械零件的疲劳强度 分目录分目录上一页上一页 图图3-3 材料的极限应力曲线材料的极限应力曲线 am max 直线AG的方程： ma 1 零件材料的疲劳极限： 材料的最大工作应力 ： am max 若Max Max, 材料发生的应力在OAGC 区域内，不会发生疲劳破坏，否则会发生。 在OAGC 折线上，表示处于极限状态。 直线GC的方程：sam 0 01 2 为试件受循环弯曲应力时的材料常数， 其值由试验确定 。对碳钢， ； 对合金钢 。 2 . 01 . 0 3 . 02 . 0 也可计算：-1对称循环疲劳极限 0脉动循环疲劳极限 第6页/共22页 机械零件的疲劳

7、强度计算机械零件的疲劳强度计算 分目录分目录上一页上一页 影响零件疲劳强度的主要因素：影响零件疲劳强度的主要因素： 应力集中、零件尺寸、表面状态。应力集中、零件尺寸、表面状态。 综合影响系数综合影响系数 e K 1 1 零件的对称循环疲劳极限为零件的对称循环疲劳极限为 K e 1 1 图图3-4 零件的极限应力图零件的极限应力图 图图3-3 材料的极限应力曲线材料的极限应力曲线 第7页/共22页 分目录分目录上一页上一页 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 me e ae e K 1 1 或或 meaeK 1 直线直线CG的方程为的方程为 ae me s + 直线直线AG的方程为的方

8、程为 式中：式中： ae 零件受循环弯曲应力时的极限应力幅；零件受循环弯曲应力时的极限应力幅； me 零件受循环弯曲应力时的极限平均应力；零件受循环弯曲应力时的极限平均应力； e 零件受循环弯曲应力时的材料常数。零件受循环弯曲应力时的材料常数。 图图3-4 零件的极限应力图零件的极限应力图 第8页/共22页 分目录分目录上一页上一页 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 e 0 01 21 KK = K K 弯曲疲劳极限的综合影响系数。弯曲疲劳极限的综合影响系数。 q k 1 1 1 式中：式中： k 零件的有效应力集中系数零件的有效应力集中系数(脚标脚标 表示在正应力条件下，下同表示

9、在正应力条件下，下同)； 零件的尺寸系数；零件的尺寸系数； 零件的表面质量系数；零件的表面质量系数； q 零件的强化系数。零件的强化系数。 以上各系数的值见有关资料或本章附录。以上各系数的值见有关资料或本章附录。 第9页/共22页 分目录分目录上一页上一页 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 （一）单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算（一）单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算 cr . 1 的情况的情况 对应于对应于M点零件的极限应力（疲劳极限）点零件的极限应力（疲劳极限）max mama am KK max11 max ae me + = 图图3-5 r=c时的极限应力时的极限

10、应力 计算安全系数计算安全系数及强度条件为及强度条件为 max max lim ca S ma K 1 s 第10页/共22页 分目录分目录上一页上一页 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 对应于对应于 点的极限应力点点的极限应力点 位于直线位于直线CGCG上。此时的极限应力即为屈服极上。此时的极限应力即为屈服极 限，工作应力为限，工作应力为 点时，可能发生的是屈服失效，故只需进行静强度计算。点时，可能发生的是屈服失效，故只需进行静强度计算。 在工作应力为单向应力时，强度计算式为在工作应力为单向应力时，强度计算式为 1 N N N lim ca S max s S ma s c m

11、. 2 的情况的情况 max = e 1 K m 1 K K m 1 图图3-6 c m 时的极限应力时的极限应力 ae K m 1 = 计算安全系数及强度条件为计算安全系数及强度条件为 max max lim ca S am m K K 1 s 第11页/共22页 分目录分目录上一页上一页 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 c min .3 的情况的情况 c min 图图3-7 时的极限应力时的极限应力 max max ca S min min1 2 2 a K K s aad K m + ad ca S 1 C ammin 第12页/共22页 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲

12、劳强度计算 分目录分目录上一页上一页 （二）单向不稳定变应力时的疲劳强度计算（二）单向不稳定变应力时的疲劳强度计算 当损伤率达到当损伤率达到100 100 时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有 1 1 z i i i N n ca z i m ii m n N 1 0 1 ca ca S 1 s 图图3-8 规律性不稳定变应力示意图规律性不稳定变应力示意图图图3-9 不稳定变应力在不稳定变应力在 坐标上坐标上N r 注意：当-1时，计算时不予考虑。 第13页/共22页 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 分目录分目录上一页上一页 （三）

13、双向稳定变应力时的疲劳强度计算（三）双向稳定变应力时的疲劳强度计算 2 2 SS SS Sca ma K S 1 ma K S 1 及及 图图3-10 双向应力时的极限应力图双向应力时的极限应力图 第14页/共22页 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 分目录分目录上一页上一页 （四）提高机械零件疲劳强度的措施（四）提高机械零件疲劳强度的措施 1. 尽可能降低零件上的应力集中的影响，是提高零件疲劳强度尽可能降低零件上的应力集中的影响，是提高零件疲劳强度 的首要措施。的首要措施。 2. 选用疲劳强度高的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处选用疲劳强度高的材料和规定能够提高材料疲劳强度的

14、热处 理方法及强化工艺。理方法及强化工艺。 3. 提高零件的表面质量。提高零件的表面质量。 4. 尽可能的减小或消除零件表面可发生的初始裂纹的尺寸，对尽可能的减小或消除零件表面可发生的初始裂纹的尺寸，对 于延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。于延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。 第15页/共22页 3、通过断裂力学试验，测定构件材料的断裂韧度、通过断裂力学试验，测定构件材料的断裂韧度k1c。目前已。目前已 由一些工程手册中列出了用结构材料的平面应变断裂韧度；由一些工程手册中列出了用结构材料的平面应变断裂韧度； 分目录分目录上一页上一页 机械零件的抗断裂强度机械

15、零件的抗断裂强度 在工程实际中，有一些结构，当工作应力小于许用应力时，在工程实际中，有一些结构，当工作应力小于许用应力时， 在实际应用中有时会发生突然的断裂，这种现象称低应力脆断。在实际应用中有时会发生突然的断裂，这种现象称低应力脆断。 4、对构件进行安全性判断。、对构件进行安全性判断。 在运用断裂力学对含裂纹结构进行强度分析和安全性评价时，在运用断裂力学对含裂纹结构进行强度分析和安全性评价时， 通常应做以下几方面的工作：通常应做以下几方面的工作： 1 1、 分析确定裂纹的形状、大小及分布，已确定初使裂纹的分析确定裂纹的形状、大小及分布，已确定初使裂纹的 尺寸尺寸a a0 0， 通常应对结构进

16、行精确的无损探伤来确定通常应对结构进行精确的无损探伤来确定a a0 0, ,通常应对通常应对 构件进行精确的无损探伤来确定构件进行精确的无损探伤来确定a a0 0； 2、对构件的工作载荷进行充分的分析，运用断裂力学的知识，、对构件的工作载荷进行充分的分析，运用断裂力学的知识， 确定裂纹顶端的应力强度因子确定裂纹顶端的应力强度因子k1; 第16页/共22页 分目录分目录上一页上一页 机械零件的接触强度计算机械零件的接触强度计算 单击单击 ) 1 () 1 ( ) 11 ( 2 2 2 1 2 1 21 EE b F n H 1 2 、 零件零件1和零件和零件2 初始接触线处的曲率半径；初始接触线处的曲率半径； 2 、 1 零件零件1和零件和零件2 材料的泊松比；材料的泊松比； E1、E2零件零件1和零件和零件2 材料的弹性模量；材料的弹性模量； Fn作用在接触面上的总作用在接触面上的总 压力；压力； b初始接触线长度。初始接触线长度。 赫兹公式赫兹公式 第17页/共22页 分目录分目录上一页上一页 第18页/共