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）3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

2、显的塑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，有发展的过程，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 平均应力；：a应力幅值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max 最大应力； min最小应力r 应力比1（循环特性）沈阳工业大学备课用纸2）非稳定循环变应力：参数随时间变化的变应力。（1）规

3、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。、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 N- N之间关系的曲线。典型的疲劳曲线如下图示:大多数零件 高周疲劳区以失效在 C点右侧区域,称高周疲劳区N104为两个区：有限寿命区（CD):N V疲劳极限。C3曲线:方程为m氷N =,循环次数N,对应的极限应力貯讪。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。N104。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-

4、103 - N疲劳曲线沈阳工业大学备课用纸无限寿命区：NA N0时，曲线为水平直线，对应的疲劳极限是一个定值， 用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。表示。当材料受到的应力不超过二时，则可以经受无限次的应力循环而不疲劳破坏。即寿命是无限的。a 丫疲劳极限（cr/cr0/cr书）因为arm N = jm N0 =C2、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图。即在曲线 ；a 二m = ；：max = ；：r （寿命为循环基数N。）实际疲劳曲线:在

5、曲线内为无限寿命。曲线外为有限寿命。在直线CG上任何一点均有:二max -厂m 二a =二sA，G线一一疲劳强度线。其上的点表示疲劳极限应力由A、G两点坐标可得A G线直线方程其中申頁=2 J（试件受循环弯曲应力时的材料常数）碳钢厂=0.1 一 0.2合金钢即“ =0.2 -0.3CG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 一、零件的极限应力线图引入 Ku 弯曲疲劳极限的综合影响系数贝VK =（T -1 材料对K称循环弯曲疲劳极限u -1e 零件对称循环弯曲疲劳极限rr-a、匚m 直线 A，G上任意点坐 标。由于零件几何形状 的变化、

6、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，Ku为 试件与零件极限 应力幅的比值。将材料的极限应力线图中直线 ADG按比例Ko向下移，CG部分按静强 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(0K),D-0 - 0s2各阶应力均为 对称循 环最大 应力I CziTUX 对材料有损的损伤率相加为100%时，材料发生疲劳破坏。-根据Miner定理：每个大于 c A的应力均:G循环ni次对材料的损伤率为niNi0，每次循环的损伤率为1/N,当总二2循环n2次对材料的损伤率为n2N273循环n3次对材料的损伤率为N总损伤率为NN22 N33，极限状况为:同理，.n2四、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. Miner 法则：规律性非稳定变应力如图:由Miner定理，疲劳破坏的极限条件: 所以，强度条件为一mni即