机械零件的强度.

1、沈阳工业大学备课用纸第三章机械零件的强度1. 强度问题：静应力强度：通常认为在机械零件整个工作寿命期间应力变化次数小于103的通用零件，均按静应力强度进行设计。材料力学范畴变应力强度：在变应力作用下，零件产生疲劳破坏。2. 疲劳破坏定义：金属材料试件在交变应力作用下，经过长时间的试验而发生的破坏。3. 疲劳破坏的原因：材料内部的缺陷、加工过程中的刀痕或零件局部 的应力集中等导致产生了微观裂纹，称为裂纹源，在交变应力作用 下，随着循环次数的增加，裂纹不断扩展，直至零件发生突然断裂。4. 疲劳破坏的特征：1 零件的最大应力在远小于静应力的强度极限时，就可能发生破坏；2即使是塑性材料，在没有明显的塑

2、性变形下就可能发生突然的脆性断裂。3疲劳破坏是一个损伤累积的过程，有开展的过程，需要时间。4疲劳断口分为两个区：疲劳区和脆性断裂区。 3-1材料的疲劳特性一、应力的分类1、静应力:大小和方向均不随时间改变，或者变化缓慢。2、变应力:大小或方向随时间而变化。1稳定循环变应力:以下各参数不随时间变化的变应力。应力比循环特性?m-平均应力；？ a应力幅值?ma厂最大应力；？min 最小应力r描述规律性的交变应力可有 5个参数， 但其中只有两个参数是独立的。r = -1对称循环应力r =0脉动循环应力r =1静应力RB C点右侧区域，称咼周疲劳区N10A 失效No为界分为两个区:D : N Nb,循环

3、次数 N,对应的极限应力曲线可分为AB BC CD D右四个区 域。其中：AB区最大应 力变化不 大，可按静 应力考虑。BC：为低周疲劳循环 次数少区。N1C4。也称应变疲劳疲劳破坏 伴随塑性变 形M-材料常数Nd-循环基数2非稳定循环变应力:参数随时间变化的变应力。1规律性非稳定变应力:参数按一定规律周期性变化的称为。2随机变应力：随机变化的。二、疲劳曲线1、 -N曲线：应力比r 一定时，表示疲劳极限最大应力与循环次数 NN之间关系的曲线。典型的疲劳曲线如下列图示：大多数零件高周疲劳区以有限寿命区条件疲劳极限。q=曲线方程为n n ?cio7? N疲劳曲线无限寿命区：NA No时，曲线为水平

4、直线，对应的疲劳极限是一个定值， 用力循环而不疲劳破坏。即寿命是无限的。疲劳极限1 /0 /1因为m Nrm No C所以mNKrNrKnr N表示。当材料受到的应力不超过时，那么可以经受无限次的应2、等寿命疲劳曲线极限应力线图定义：循环次数一定时，应力幅与平均应力间的关系曲线理论疲劳曲线：经过试验得二次曲线如下列图。即在曲线ammaxr 寿命为循环基数N在曲线内为无限寿命。曲线外为有限寿命。实际疲劳曲线:Kn-寿命系 数 图中，曲线 上任意一 点的横纵 坐标之和 为最大应 力。代表应 力比为一 定值的疲 劳极限。疲劳强度线。其上的点表示疲劳极限应力A，G上任意点坐由A、G两点坐标可得 A G

5、线直线方程其中210 试件受循环弯曲应力时的材料常数碳钢合金钢CG线屈服强度线。其上的点表示屈服极限由C点坐标和直线斜角可得 CG线方程 3-2机械零件的疲劳强度计算标。由于零件几何形状 的变化、尺寸大小、 加工质量及强化因 素等的影响，使得 零件的疲劳极限要 小于材料试件的疲劳极限。在不对称循环时，K为试件与零件极限应力幅的、零件的极限应力线图比值。引入 K一弯曲疲劳极限的综合影响系数那么K1T -1 材料对称循环弯曲疲劳极限d -1e 零件对称循环弯曲疲劳极限将材料的极限应力线图中直线ADG按比例K d向下移，CG局部按静强度考虑，故不作修正。即得零件 的极限应力线图，如下 故各点坐标为A

6、0，K1，D 20,2K0，C点坐标不变采用同样方法，可得 AG直线方程：直线CG方程为：弯曲疲劳极限综合影响系数K k 1 1 1qK 零件的有效应力集中系数。在正应力作用下零件的尺寸系数。在正应力作用下零件的外表质量系数。在正应力作用下q 零件的强化系数。在正应力作用下二、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算所以：计算平安系数及疲劳强度条件为：机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种：应力比为常数：r=C平均应力为常数b m=Caeme线AG上任意点坐标。进行零件疲劳强度 计算时，首先根据 零件危险截面上的 b max 及 b min 确 定平均应力b m与 应力幅b a,然后，

7、在极限应力线图的 坐标中标示出相应 工作应力点M或N。 相应的疲劳极限应 力应是极限应力曲 线上的某一个点所 代表的应力。根据零件工作时所 受的约束来确定应 力可能发生的变化 规律，从而决定以 哪一个点来表示极 限应力。最小应力为常数b min=C1、r=Cr=C时，应该有联解OM AG直线方程可得M坐标ae、 me ,相加即为M点零件的疲劳极限：maxaeme1 maxK am由上式得如果极限应力点为N，极限应力为屈服极限s，所以强度条件为：其它加载方式相同2、 m C联解直线MM与直线AG方程，求出M点横纵坐标值，并相加:由于C为常数， 故连接坐标原 点与工作应力 点，得OM或ON， 同一

8、条射线上 各点应力比为 常数。M、 N为工作应 力点相应的极 限应力个点。3、minminm aC为与横轴夹角45的斜直线,故可过M作斜线LM , M点即为极限应力点。同样的方法可得:三、双向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力 的极限应力关系式为：1e1e式中？a及？a为同时作用的切向及法向应力 幅的极限值。由于是对称循环变应力，故应力幅即为最大应力 即代表一对极限应力a a及 于此工作应力点在极限以内，未到达极限条件，因而是平安的。 计算平安系数Sa和ta时，由实验得出T a 假设作用于零件上的应力幅 ?a及?a如图中M点表示，那么由OMSca OMSS2 2a St四、单向非稳定变应力时的疲劳强度计算非稳定变应力包括:规律性非稳定变应力：按损伤积累假说进行疲劳强度计算随机变应力：用统计方法进行疲劳强度计算1. Min er 法那么：规律性非稳定变应力如图：根据Min er定理：每个大于i的应力均对的损伤率相加为100%寸，材料发生疲劳破圻。i循环ni次对材料的损伤率为niNiI伸材料有损,每次循环的损伤率为i/N当总2循环n2次对材料的损伤率为3循环n3次对材料的损伤率为ni总损伤率为Nin2N2n3各阶应力均为 对称循 环最大 应力同理，n2NIn3N3N3 极