机械零件的强度计算

1、同济大学 机械设计第三章 机械零件的强度计算15JXSJ第0节 强度计算中的基本定义一 载荷1. 按载荷性质分类：1) 静载荷：大小方向不随时间变化或变化缓慢的载荷。2) 变载荷：大小和（或）方向随时间变化的载荷。2. 按使用情况分：1) 公称载荷（名义载荷）： 按原动机或工作机的额定功率计算出的载荷。 2) 计算载荷：设计零件时所用到的载荷。计算载荷与公称载荷的关系：Fca=kFn Mca=kMn Tca=kTn3) 载荷系数：设计计算时，将额定载荷放大的系数。由原动机、工作机等条件确定。1.按应力性质分稳定变应力非稳定变应力静应力变应力非对称循环变应力对称循环变应力脉动应力规律性非稳定变应

2、力随机性非稳定变应力二 应力st静应力st对称循环变应力FwAt脉动应力Asmsmaxsminst周期变应力sa2按强度计算使用分1) 工作应力：由计算载荷按力学公式求得的应力。2) 计算应力：由强度理论求得的应力。3) 极限应力：根据强度准则、材料性质和应力种类所选择的机械性能极限值slim。4) 许用应力：等效应力允许达到的最大值。s=slim/ss用线性坐标表示的疲劳曲线AsNBCDC高周疲劳低周疲劳0103104ND第1节 材料的疲劳特性一 疲劳曲线1 疲劳曲线给定循环特征g=slim/smax，表示应力循环次数N与疲劳极限sg的关系曲线称为疲劳曲线（或s-N）。整理：即：其中：N0-

3、循环基数sg-N0时的疲劳极限kN-寿命系数2 疲劳曲线方程1) 方程中参数说明a) 低硬度350HB，N0=107 高硬度>350HB，N0=25×107b) 指数m：受应力状态钢青铜拉、压、弯、扭应力99接触应力68c) 不同g，s-N不同；g越大，s也越大。二、 限应力线图1) 定义：同一材料，对于不同的循环特征进行试验，求得疲劳极限，并将其绘在sm-sa坐标系上，所得的曲线称为极限应力线图。sasmsaA'G'D'smC450A' (0,s-1)D' (s0/2,s0/2)C(ss, 0)2) 简化曲线3) s-N与sm-sa关系

4、a) s-N曲线：同一循环特征下、不同循环次数。b) sm-sa：不同循环特征、相同循环次数。第二节机械零件的疲劳强度计算一、影响疲劳强度的因素影响机械零件疲劳强度的主要因素有：应力集中、尺寸大小、表面质量等。它们零件疲劳极限的影响用综合影响系数Ks=s-1/s-1e、Kt=t-1/t-1e来表示。它与应力集中关系为：Ks=(ks/es+1/bs-1)/bqKt=(kt/et+1/bt-1)/bq 其中：ks、ks-零件有效应力集中系数ks=1+qs(as-1)A (0,kNs-1/ks)D (kNs0/2,kNs0/2ks)C (ss, 0)零件有限寿命疲劳极限saA'G'D

5、'smC450ADkt=1+qt(at-1)qs、qt-材料的敏感系数as、at-理论应力集中系数es、es-零件的尺寸系数bs、bt-表面状态系数bq-表面强化系数二、考虑应力综合影响系数时极限应力线图三、向稳定变应力下的机械零件疲劳强度saA'G'D'smC450A' (0,kNs-1/(ks)D)B' (kNs0/2,kNs0/2(ks)D)S (ss, 0)ADG何谓单向.、复杂.、稳定变应力.？、s=slim/smax>ss1. 作应力的增长规律1)应力循环特征为常数g=C 例：只受弯矩的转动轴。2)平均应力为常数常数sm=C 例

6、：弹簧。3)最小应力为常数smin=C 例：螺纹联结2. 循环特征为常数时的强度计算1）求极限应力：sm/sa = （ smax-smin ）/（ smax+smin ）= （ 1-g）/（ 1+g）= 常数 因为 g常数A (0,kNs-1/ks)D (kNs0/2,kNs0/2ks)C (ss, 0)smsaADGCCCC'C'HGMLO联解AD和OC得零件极限应力：sa'= kNs-1sa/saesm'= kNs-1sm/ sae 其中： sae=kssa+yssmys=(2s-1-s0)/s0 2） 强度计算（1）按应力幅计算安全系数C'在A'E'上ssa=sa'/ sa=kNs-1/ kssa+yssm= kNs-1/ sae sae等效应力幅ys-平均应力折合为应力幅的等效系数（2）按静强度计算C'在E'S上ss=ss/(sa+sm)第4节 械零件的接触强度机械零件的表面强度分：表面接触强度、表面挤压强度、表面磨损强度1. 表面接触强度的计算1) 接触应力的概念两零件构成高副