第三章--机械零件的强度课件.ppt

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1、机械零件的强度,用lim 表示 强度极限B，屈服极限S，疲劳极限r许用应力（allowable stress）,用ca表示极限应力（ultimate stress）,2、应力（stress）工作应力（working stress）,计算应力（calculated stress）,按材料力学公式求出的作用在零件剖面上的应力,按一定的强度理论求出的与单向拉伸同等作用的应力,材料某个机械性能极限值,计算应力允许达到的最大值,用表示,机械零件的强度,3、安全系数（safety factor）安全系数,极限应力与许用应力的比值,安全系数计算值,极限应力与计算应力的比值,引入安全系数的原因：应力计算时的载

2、荷不精确性；力学模型与实际状况的差异；材料机械性能的不均匀性；零件使用场合的重要性。,机械零件的强度,二、载荷的分类,1）循环变载荷 a)稳定循环变载荷 b)不稳定循环变载荷2）随机变载荷,静载荷,变载荷：,载荷：1）名义载荷 P 2）计算载荷 PC,机械零件的强度,随机变应力,静应力,规律性不稳定变应力,三、应力的分类,1、应力种类,变应力：,不稳定变应力：,稳定循环变应力,机械零件的强度,2、稳定循环变应力的基本参数和种类,a)基本参数,应力比（循环特性）,最大应力,最小应力,平均应力,应力幅,b)稳定循环变应力种类：,-1+1不对称循环变应力=+1 静应力,=1 对称循环变应力=0 脉动

3、循环变应力,机械零件的强度,注意：静应力只能由静载荷产生，而变应力可能由变载荷产生，也可能由静载荷产生,名义应力由名义载荷产生的应力计算应力由计算载荷产生的应力,3）名义应力和计算应力,机械零件的强度,四、变应力（variable stress）的强度计算1、疲劳极限 衡量变应力的参数有 最大应力max（max）最小应力min（min）平均应力m（m）应力幅a（a）应力循环特性 r=min max 疲劳极限,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,用rN 表示,机械零件的强度,即N曲线,疲劳曲线,AB段：静应力区间，B点对应的的应力循环次数大约为10 3；BC段：随N

4、的增大，max 下降，C点所对应的N值大约为10 4，这种破坏为应变疲劳，或低周疲劳。,给定的循环特性条件下，应力循环次数N与疲劳极限rN之间的关系曲线,机械零件的强度,CD段：随N的增大，max下降较快，这阶段称为有限寿命阶段，也称为高周疲劳。D点以后：D点以后的曲线趋于水平，说明随N的增多，max不再下降，即到无限寿命阶段，一般工程材料的D点约为10 62510 7。,双对数坐标表示的疲劳曲线CD段方程：,m与材料有关的常数 C常数,机械零件的强度,循环基数N 0对应的疲劳极限,式中：K N寿命系数,N D不大时，N 0=N DN D很大时，N 0 N D任意循环N次的疲劳极限为：,简写为

5、r,机械零件的强度,2、材料的极限应力图,3、零件的极限应力图,对称循环变应力:平均应力m0最大应力maxa,脉动循环变应力:平均应力m0.50应力幅a0.50,静应力:平均应力ms应力幅a0,maxm+aS的变应力,OAGC区域为安全区,AGC折线为疲劳极限,机械零件的强度,四、单向稳定变应力的机械零件疲劳强度 1、变应力的循环特性保持不变（rC）的情况 绝大多数转轴中的应力状态。,M点的极限应力为,M1(me、ae),机械零件的强度,安全系数计算值及强度条件,静强度条件,2、变应力的平均应力保持不变（mC）的情况,振动着的受载弹簧的应力状态,机械零件的强度,M点的极限应力为,安全系数计算值

6、及强度条件,静强度条件,机械零件的强度,3、变应力的最小应力保持不变（minC）情况,受轴向变载荷螺栓联接的应力状态 minmaC,M点的极限应力为,机械零件的强度,安全系数计算值及强度条件,说明：难以确定应力变化规律的，采用r=C计算,机械零件的强度,五、单向不稳定变应力时的疲劳强度,1、非规律性的不稳定变应力变应力参数随机变的，如汽车钢板弹簧。根据大量的试验求得载荷及应力的统计分布规律，然后用统计疲劳强度的方法来处理。2、规律性的不稳定变应力变应力参数的变化有一个简单的规律。利用疲劳损伤累计假说进行计算。,机械零件的强度,每一次循环的损伤率：1Nn次循环的损伤率：nN累计损伤率为：,各应力

7、幅无大的差别及强烈的短时过载,应力由大到小作用,应力由小到大作用,累计损伤率100%时，材料发生疲劳破坏,为什么？,机械零件的强度,代入累计损伤公式得：,不破坏的条件：,令计算应力为：,机械零件的强度,则,零件上同时作用的法向及切向变应力a和a时，试验得到的极限应力关系式为：,安全系数,六、双向稳定变应力时的疲劳强度,1、对称循环稳定变应力,a 和a 同时作用的切向和法向应力幅的极限值,机械零件的强度,M点的计算安全系数为：,代入整理得：,机械零件的强度,先求出S和S，再求出计算安全系数Sca,2、非对称循环稳定变应力,机械零件的强度,七、提高机械零件疲劳强度的措施,在设计阶段就应考虑采取设计措施来提高机械零件的疲劳强度：、尽可能降低应力集中；、选用疲劳强度高的材料；、选用能提高疲劳强度的热处理方法和强化工艺；、提高机械零件表面的质量；、尽可能减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹尺寸。,