机械设计提高(1)

关于机械零件所受应力类型及其相应的强度计算公式关于疲劳曲线和极限应力线图的含义与应用关于影响机械零件疲劳强度的主要因素学习常见的摩擦状态时，要注意其形成条件和特点1.2、要点分析第一讲：机械设计总论1、零件设计中的载荷及其分类

静载荷：不随时间变化或变化缓慢的载荷.变载荷：随时间作周期性或非周期性变化的载荷.载荷可分为静载荷和变载荷两类。注意:在设计计算中，载荷又可分为名义载荷和计算载荷，计算载荷等于载荷系数乘以名义载荷。

1.2、要点分析关于机械零件所受应力类型及其相应的强度计算公式一、载荷和应力的分类2．应力的分类

静应力：不随时间变化或变化缓慢的应力。变应力:随时间变化的应力。一、载荷和应力的分类变应力又可分为稳定循环变应力、非稳定循环变应力以及随机变应力等。最基本的变应力为稳定循环变应力。描述稳定循环变应力有5个参量，应力幅σa、平均应力σm

、最小应力σmin

、最大应力σmax和循环特性系数r。但其中只有两个参数是独立的。1.2、要点分析关于机械零件所受应力类型及其相应的强度计算公式两种类别sm─平均应力；sa─应力幅值smax─最大应力；smin─最小应力r─循环特性（应力比）上述参数中只有两个参数是独立的。

一、载荷和应力的分类2．应力的分类

r=-1

对称循环应力r=0

脉动循环应力r=1

静应力非对称循环应力应力分类图示：稳定循环变应力可分为对称循环变应力、脉动循环变应力和非对称循环变应力三种。

2．应力的分类

强度可分为静应力强度和变应力强度

a静应力强度：

二、机械零件强度的基本概念在静应力下工作的零件，其失效形式将是断裂或塑性变形。因此需要计算静强度。

b变应力强度：

在变应力下工作的零件，其失效形式将是疲劳断裂。因此需要计算其疲劳强度。

1.2、要点分析关于机械零件所受应力类型及其相应的强度计算公式零件在变应力作用下的破坏，称为疲劳破坏，一般也称为疲劳失效。

疲劳破坏：1.2、要点分析关于机械零件所受应力类型及其相应的强度计算公式二、机械零件强度的基本概念特点：

1．在某类变应力多次作用后突然断裂；

2．断裂时变应力的最大应力远小于材料的屈服极限

3．即使是塑性材料，断裂时也无明显的塑性变形。由此可见，疲劳破坏不仅仅与应力的大小有关，而且还与应力循环次数和应力循环特性有关。循环特性r一定时，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力，称为疲劳极限。1.2、要点分析关于机械零件所受应力类型及其相应的强度计算公式二、机械零件强度的基本概念疲劳曲线CD段(有限寿命区间):D点以后(无限寿命区间):

用N0及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和σr∞,有：1、

s－N疲劳曲线s－N疲劳曲线表示循环次数N和疲劳极限间关系的曲线称s－N疲劳曲线．1.2、要点分析关于疲劳曲线和极限应力线图的含义与应用有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为：式中，N0为循环基数；

sr为与N0相对应的疲劳极限

m为材料常数，值由材料试验确定。s－N疲劳曲线1、

s－N疲劳曲线1.2、要点分析关于疲劳曲线和极限应力线图的含义与应用2、极限应力线图（等寿命疲劳曲线）机械零件材料的疲劳特性除用s－N曲线表示外，还可用极限应力线图，即等寿命曲线来描述。该曲线表达了材料在不同循环特性下疲劳极限的特性。

1.2、要点分析关于疲劳曲线和极限应力线图的含义与应用在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。A'Ｇ'直线的方程为：CＧ'直线的方程为：

yσ为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由试验及下式决定：对于碳钢，yσ≈0.1~0.2，对于合金钢，yσ≈0.2~0.3。在不对称循环时，Ｋσ是试件与零件极限应力幅的比值。―材料对称循环弯曲疲劳极限―零件对称循环弯曲疲劳极限零件的对称循环弯曲疲劳极限为:如设弯曲疲劳极限的综合影响系数，且

Ｋσ零件的极限应力线图机械零件的疲劳强度计算1

材料性能应力循环特性应力循环次数应力集中绝对尺寸表面状态等1.2、要点分析关于影响机械零件疲劳强度的主要因素４种滑动摩擦状态１.干摩擦是指表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。２.边界摩擦是指摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，其摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦。

３．流体摩擦是指摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。流体摩擦时的摩擦系数最小，且不会有磨损产生，是理想的摩擦状态。４．混合摩擦是指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状态。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为不完全液体摩擦。基本概念题机械零件疲劳强度的计算绘制零件的极限应力图，并用图解法求极限应力值1.3、题型概括第一讲：机械设计总论1.4、典型题解析第一讲：机械设计总论1、判断题1）只有静载荷产生静强度；只有变载荷产生疲劳破坏；2）机械零件在静载荷作用下，则均为静强度破坏。1.4、典型题解析第一讲：机械设计总论2、填空题1）在静载荷作用下的机械零件，不仅可以产生（）应力，也可能产生（）应力。2）若一零件的应力循环特性r=+0.5，应力幅σa=70N/mm2，则σm=（）,σmin=（）σmax=（）。3)在任一给定循环特性的条件下，表示应力循环次数N与疲劳极限的关系的曲线称为（），其高周疲劳阶段的方程为（）。4材料的疲劳特性可用（）、（）和（）来描述。

1.4、典型题解析第一讲：机械设计总论3、选择题1）零件受变载荷作用时，在其内部（），零件受变载荷作用时，则在其内部（）。

A、只会产生静应力，B、只会产生变应力

C、可能产生静应力也可能产生变应力2)零件的工作安全系数为（）。

A、零件的极限应力比许用应力

B、零件的工作应力比许用应力

C、零件的极限应力比零件的工作应力

D、零件的工作应力比零件的极限应力4、图示40钢的极限应力线图。已知用此材料制成的转动心轴，工作时危险截面最大弯曲应力σb=110N/mm，综合影响系数Kσ=1.5，求轴的计算安全系数1.4、典型题解析第一讲：机械设计总论5、在图示零件极限应力图上，工作点C和D为斜齿轮轴上两种应力工作点。试在图中标出对应的极限应力点，并说明分别会出现什么形式的破坏？1.4、典型题解析第一讲：机械设计总论不同应力变化时极限应力的确定不同应力变化规律时疲劳安全区域塑性安全区的划分四、机械零件的疲劳强度计算在不对称循环时，Ｋσ是试件与零件极限应力幅的比值。―材料对称循环弯曲疲劳极限―零件对称循环弯曲疲劳极限零件的对称循环弯曲疲劳极限为:1、零件的极限应力线图如设弯曲疲劳极限的综合影响系数，且

Ｋσ机械零件的疲劳强度计算1

机械零件的疲劳强度计算22、单向稳定变应力时的疲劳强度计算工作应力点:MN。

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

(如大多数转轴中的应力状态)详细分析平均应力为常数σm=C

(如震动着的受载弹簧中的应力状态)

最小应力为常数σmin=C

（如今螺栓联接中螺栓受轴向变载荷时的应力状态）机械零件的疲劳强度计算33、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算用统计方法进行疲劳强度计算不稳定变应力非规律性规律性按损伤累积假说进行疲劳强度计算

规律性不稳定变应力机械零件的疲劳强度计算3当损伤率达到100%时，材料即发生疲劳破坏，对应于极限状况有：计算安全系数：机械零件的疲劳强度计算44、双向稳定变应力时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sa

和ta时，由实验得出的极限应力关系式为：式中ta′及sa′为同时作用的切向及法向应力幅的极限值。计算安全系数：

机械零件的疲劳强度计算5五、提高机械零件疲劳强度的措施在综合考虑零件的性能要求和经济性后，采用具有高疲劳强度的材料，并配以适当的热处