机械设计第三章.ppt
第三章 机械零件的强度,了解材料的疲劳曲线及极限应力曲线的意义及用途，能绘制零件的极限应力简化线图；了解应力等效转化的概念；掌握单向变应力的强度计算方法；会查用本章附录中的有关线图及数表。,基本要求与重点：,一、表征疲劳特性的参数,sm平均应力；sa应力幅值smax最大应力；smin最小应力r 应力比（循环特性）N应力循环次数,3-1 材料的疲劳特性,3-1 材料的疲劳特性,-1r1(r0),非对称循环应力,3-1 材料的疲劳特性,二、s N疲劳曲线(r一定),sN 疲劳曲线,AB段：静应力强度，N 103,CD段:有限寿命疲劳，N 104,D点以后：无限寿命疲劳，,r 应力比N 应力循环次数m 材料常数,3-1 材料的疲劳特性,三、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）,A（0，-1）r-1，m0，a max-1,C（S，0）r1，a 0,m s,D（，）r0，a m=,C上任一点代表 的变应力状况,3-1 材料的疲劳特性,AD上任一点代表一定循环特性时的疲劳极限,为试件受循环弯曲 应力时的材料常数,机械零件的疲劳强度计算1,3-2 机械零件的疲劳强度计算,一、零件的极限应力线图,零件的疲劳极限材料试件的疲劳极限,弯曲疲劳极限的综合影响系数,不对称循环时：,对称循环时：,-1材料对称循环弯 曲疲劳极限-1e零件对称循环弯 曲疲劳极限,a试件的极限应力幅ae零件的极限应力幅,3-2 机械零件的疲劳强度计算,A直线方程：,直线CG按静应力考虑不需修正,或,零件受循环弯曲应力时的极限应力幅零件受循环弯曲应力时的极限平均应力零件受循环弯曲应力时的材料常数,C直线方程：,3-2 机械零件的疲劳强度计算,各系数查取见附表,机械零件的疲劳强度计算2,3-2 机械零件的疲劳强度计算,二、单向稳定变应力时的疲劳强度计算,计算步骤：,求得危险截面的 max及 min,强度计算式：,3-2机械零件的疲劳强度计算,1.rC的情况,当M位于AOG区域时:,零件疲劳强度条件为：,零件疲劳强度条件为:,当N位于GOC区域时：,由式（3-16）,3-2机械零件的疲劳强度计算,2.mC的情况,当M位于AOHG区域内时，零件强度条件：,当N位于CGH区域内时，零件强度条件：,由式（3-19）,3-2机械零件的疲劳强度计算,3.min C的情况,计算安全系数及疲劳强度条件为：,a.AOJ区域内：min为负值；,c.OJGI区域内：疲劳极限,b.GIC区域内：按静强度计算；,3-2 机械零件的疲劳强度计算,注 意：,当难于确定应力可能变化的规律，常采用 rC 时的公式,4.等效对称循环变应力,式（317）,转化过程参看学习指南P18,3-2机械零件的疲劳强度计算,5.较短使用期限时零件的疲劳强度计算,零件应力循环次数：,规律性不稳定变应力,机械零件的疲劳强度计算3,3-2机械零件的疲劳强度计算,三、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算,不稳定变应力在rN坐标上,应力i循环了ni次，由rN曲线可以找出仅有i作用时使材料发生疲劳破坏的循环次数Ni,应力1每循环一次对材料的损伤率为1/N1，则循环了ni次的1对材料的损伤率即为ni/Ni，以此类推。当损伤达到100%时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有,计算安全系数Sca及强度条件则为：,（注意：小于材料持久疲劳极限的工作应力对材料不起疲劳损伤作用，在计算时不予考虑）,3-2机械零件的疲劳强度计算,机械零件的疲劳强度计算4,3-2机械零件的疲劳强度计算,四、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5,3-2机械零件的疲劳强度计算,五、提高机械零件疲劳强度的措施,采用具有高疲劳强度的材料，并配以提高材料疲劳强度的热处理方法。,提高零件的表面质量,尽可能降低零件上的应力集中的影响；,尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸。,机械零件的抗断裂强度,3-3机械零件的抗断裂强度,低应力脆断：在工程实际中，往往会发生工作应力小于许用应力时所发生的突然断裂。,断裂力学是研究带有裂纹或带有尖缺口的结构或构件的强度和变形规律的学科。,内在原因：通过对大量结构断裂事故分析表明，结构内部裂纹和缺陷的存在是导致低应力断裂的。,机机械零件的接触强度,3-4机械零件的接触强度,接触应力：当两零件以点、线相接处时，其接触的局部会引起较大的应力。,接触应力是不同于以往所学过的挤压应力的。挤压应力是面接触引起的应力。接触应力的特点：仅在局部很小的区域内产生很大的应力。,3-4机械零件的接触强度,式中1和2 分别为两零件初始接触线处的曲率半径,其中正号用于外接触，负号用于内接触。,线接触的接触应力计算公式：,注意：接触变应力是一个脉动循环变应力,思考题：3-9 3-13,作 业：3-18 3-20 3-21,
