机械设计第九版机械零件的强度

1、第三章第三章 机械零件的强度机械零件的强度基本要求：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。概概 述述一一. .载荷与载荷系数：载荷与载荷系数：1.1.载荷：载荷：静载荷、变载荷静载荷、变载荷表示方法：表示方法：PMTFn、名义载荷名义载荷( (理论载荷理论载荷) )：nF计算载荷计算载荷( (考虑实际因素的载荷考虑实际因素的载荷) )F Fcaca：2.2.应力

2、：应力： 静应力、变应力静应力、变应力稳定循环变应力非稳定循环变应力二二. .静应力下机械零件的强度：静应力下机械零件的强度：1.1.强度条件：强度条件： SlimlimSorS2.2.极限应力：极限应力：sb、ncaKFF二二.稳定循环变应力及特性：稳定循环变应力及特性： 应力的类型应力的类型变 应 力 描 述变 应 力 描 述)(21minmaxm)(21minmaxamaxminrtmaxtmatmaxatma静应力静应力r =1脉动循环脉动循环 r =0对称循环对称循环r = -1非对称循环非对称循环r ( -1,1)且且r0描述材料的疲劳特性：描述材料的疲劳特性：rN、max一一.

3、. 疲劳曲线：疲劳曲线：N 3-1 3-1 材料的疲劳特性材料的疲劳特性在循环特征为在循环特征为 r r 的变应力作用下，对一组试样的变应力作用下，对一组试样作疲劳试验作疲劳试验, ,一个一个 值值, ,记录下试样破坏的记录下试样破坏的 值。值。NC-D段曲线方程：段曲线方程：CNmrNAB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。)(DrrNNN v 材料疲劳极限材料疲劳极限Nrv 不同不同 N 的疲劳极限的疲劳极限CNNmrmrN0）（DrNmrrNNNKNNC0N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

4、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。76102510DNm为材料常数，KN为寿命系数 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0Nrv 循环基数循环基数N0与与r二二. .极限应力图：极限应力图：1.1.材料的极限应力图及其简化：材料的极限应力图及其简化：D4545GconstGCsammax：20ma)(21minmaxm)(21minmaxa20amM,ammax等等寿寿命命曲曲线线C: r=1(静应力)屈服极限am、绘成的极限应力曲线在一定的在一定的N N下下 曲线 上任何一点都代表一对极限应

5、 。 若零件的工作应力点 在以内，则是安全的。),(am),(amMCA1rA ：对称循环疲劳极限对称循环疲劳极限0rD ：脉动循环疲劳极限脉动循环疲劳极限直线： CG 3 . 02 . 02 . 01 . 0合金钢：碳钢：直线 ： GAma00112ma）（am ,）（am ,sam材料常数(斜率)3-2 机械零件的疲劳强度零件的极限应力图及其简化：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：应力集中：零件剖面几何形状突变处疲劳极限降低)(kk用应力集中系数用应力集中系数 来考虑来考虑绝对尺寸：绝对尺寸：剖面绝对尺寸大、出现缺陷概率大、疲劳极限 降

6、低用绝对尺寸系数用绝对尺寸系数 来考虑来考虑)(表面质量表面质量：表面光滑，能提高疲劳极限用用表面质量表面质量系数系数 来考虑来考虑)(强化处理：强化处理：表面强化处理，能提高疲劳极限用用零件强化零件强化系数系数 来考虑来考虑qqkK111综合影响系数：综合影响系数：各个系数的值参看P3845本章附录。），（KD2200AK1eK11材料零件Ke11直线直线CGCG不需修正：不需修正： 直线直线AGAG： G），（aeme），（aememeaeK e1meeaeK12001Ke不对称循环时，是应力幅的比值saeme)(0,1KA)2,2(00KD（零件的斜率）同样，按照上述方法可写出剪应力的极

7、限应力曲线方程。直线直线 ： GC直线直线 ： AGmeaeeK1eemea001200121KKeqkK111saeme一一. .单向稳定变应力时机械零件的疲劳极限：单向稳定变应力时机械零件的疲劳极限：amM,?limSScamaxlim:目的 变应力的应力比保持不变，即变应力的应力比保持不变，即 变应力的平均应力保持不变，即变应力的平均应力保持不变，即 变应力的最小应力保持不变，即变应力的最小应力保持不变，即Cr CmCminN),(minmax工作点工作点M M（或（或N N）: :),(amamM,aemeM,NmamamameaeKKmax11max点：MSKSmaca1maxmax

8、maxlimNCrrma11minmaxminmax点：NSSamsscamaxmaxlim极限应力图分两个区： 疲劳强度 静强度：OGCOAG1.1.变应力的应力比保持不变变应力的应力比保持不变r r=C,=C,如转轴如转轴2.2.变应力的平均应力保持不变，即变应力的平均应力保持不变，即CmamM,N如振动中的弹簧如振动中的弹簧mmeaemeM,KKmme1mm1eamaxK点：MSKKSammca1maxmaxmaxlimN点：NH极限应力图分两个区：OAGH: 疲劳强度 SSamsscamaxmaxlimaHGC:静强度区3.3.变应力的最小应力保持不变，即变应力的最小应力保持不变，即C

9、minamM,M如受轴向变载荷的紧螺栓的应力状态NCamminJI45极限应力图分三个区：极限应力图分三个区： 工作应力在OJAOJA 时，0min 工作应力在 时，按疲劳强度计算OJGISKKSacaminmin1maxmaxmaxlim22IGC 工作应力在 时，按静强度计算N（较为少见）（较为少见）minSKSmaca1maxmaxmaxlim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m平均应力折算为等效应力幅maK将不对称循环变应力等效为对称循环变应力，可看作应力幅。等效转化。maadK记为于是SSda

10、ca1二二. .单向不稳定变应力时机械零件的疲劳极限单向不稳定变应力时机械零件的疲劳极限1 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）、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 2、规律性不稳定变应力：疲劳损伤累积、规律性不稳定变应力：疲劳损伤累积( (基于能量的观点基于能量的观点) )假说处理假说处理( (如机床主轴如机床主轴) )11n22n33n44nmaxn1rN11n22n3n32N3N1N每一应力的损伤率：每一应力的损伤率：iiNn当损伤率达到当损伤率达到100%100%时：时：1332211NnNnNn即：即：11iiZiNn当施加的应

11、力依次减小时：当施加的应力依次减小时：11iiZiNn当施加的应力依次增大时：当施加的应力依次增大时：11iiZiNn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。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。三三. .双向稳定变应力时机械零件的疲劳极限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对称弯曲应力和扭转应力力和扭转应力时,对一般结构钢，经实验得到12121eaea因为为对称循环，所以：maxmaxaaaaM,ea1ea1oABODDOOCCOOMMOScaDDCCaaaa),

12、(aa曲线ABAB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ABAB以内，则是安全的。),(aaMacaaacaaSS12121eacaeacaSSSae1Sae1122SSSScacaM122SSSScaca22SSSSSca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：mKSa1mKSa1四四. .提高零件疲劳强度的措施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.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。o1o212FFo1o2212bH3-4 机

13、械零件的 接触强度2221212111)11(BEEFH21111设：MPaEEZE222121111增强措施增强措施: : F、B、及材料、热处理H-脉动循环变应力机械设计作业集（1）： 3-18、20第四章 摩擦、磨损及润滑概述-摩擦内摩擦 外摩擦静摩擦动摩擦滚动摩擦滑动摩擦干摩擦边界摩擦混合摩擦流体摩擦膜厚比决定摩擦状态2/122q21qmin)RR(h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), 。110f.31 43 ，摩擦面被油膜完全分开。 0.0080010f.-2 磨损磨损量时间磨合阶段稳定磨损阶段剧烈磨损阶段缩短推迟延长从磨损结果分：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) sPa(yu2）运动粘度) s/m(23）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。toE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。MPa20p(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；