机械设计(西北工业大学第八版)第三章_机械零件的强度

第三章机械零件的强度 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 会查附录中的有关图表 一 基本概念 1 载荷 静载荷 变载荷 1 名义载荷 理论载荷 Fn M T P 2 实际载荷 考虑实际因素的载荷 2 应力 静应力 变应力 3 1机械零件强度计算概述 3 计算载荷 强度计算时所采用的载荷 注意 计算载荷比名义载荷更接近于实际载荷 1 工作应力 按计算载荷计算的作用在零件上的应力 2 计算应力 复杂应力状态时 按强度理论求出的应力 ca 3 极限应力 lim 静应力下 极限应力为定值 S或 B 变应力下 极限应力是变值 4 许用应力 二 机械零件的强度计算方法 稳定循环变应力非稳定循环变应力 1 设计计算 2 校核计算 1 应力校核计算 2 安全系数校核计算 三 变应力 应力随时间而变化 1 循环变应力 周期变化 2 非循环变应力 非周期变化 稳定循环变应力及特性 1 最大应力 max 2 最小应力 min 3 平均应力 m 4 应力幅值 a 5 循环特性 r 注意 1 变应力是由变载荷产生的 也可能是由静载荷产生的 2 在变应力作用下 零件产生的是疲劳破坏 3 疲劳破坏的特征 1 lin B或 s 2 无塑性变形的突然断裂 3 是损伤的累积 裂纹随应力循环次数N扩展 循环变应力的类型及特性 1 对称循环变应力 2 脉动循环变应力 3 非对称循环变应力 4 静应力 描述材料的疲劳特性 lim max 与应力循环次数N和应力循环特性r有关 rN 变应力的极限应力 3 1材料的疲劳特性 当循环特性为r为定值时 对试样作疲劳试验 在不同的N值下 记录试样破坏的 rN值 一 材料疲劳的两种类型 低周疲劳 高周疲劳 高周疲劳线段分为两部分 二 疲劳曲线 1 有限寿命 CD段 曲线方程 m 材料常数 m 6 20 由于ND 106 25 106 较大 为了确定常数C 通常取N N0试验得 rN0 r N0 循环基数 N0 1 10 106 这样 2 无有限寿命 D点以后段 N0 三 极限应力图 1 材料的极限应力图及其简化 当应力循环次数N为定值时 N N0 试验得出r与 r的关系 通常是找 m与 a的关系 间接代表r与 r的关系 试件的试验条件 1 光滑 无应力集中源 2 标准尺寸 材料的极限应力的简化 A 点 r 1 对称 C点 r 1 静应力 D 点 r 0 脉动 直线 直线 返回 2 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 强化等因素时的疲劳极限 应力集中 零件剖面几何形状突变处疲劳极限降低 引应力集中系数来考虑 绝对尺寸 剖面绝对尺寸大 出现缺陷概率大 疲劳极限降低 用绝对尺寸系数来考虑 表面质量 表面光滑或强化处理 能提高疲劳极限 用表面质量系数来考虑 强化处理 表面强化处理 能提高疲劳极限 用零件强化系数来考虑 各个系数的值参看P39 45本章附录 综合影响系数 直线 1 直线的方程 2 直线 同样 按照上述方法可写出剪应力的极限应力曲线方程 直线 直线 一 单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算 变应力的应力比保持不变 即 r C变应力的平均应力保持不变 即 m C变应力的最小应力保持不变 即 min C 3 2机械零件的疲劳强度计算 一般步骤 1 由外载荷计算 max min m a 工作应力 2 将工作应力 m a标在零件极限应力图上 得工作应力点 M m a 3 确定工作应力点M m a 所对应的零件的极限应力点M me ae 零件的极限应力 4 计算安全系数 零件的极限应力点的确定 按零件的加载方式分 如转轴 1 变应力的应力比保持不变 即 上式表示 r C时 为过坐标原点O的一条直线 1 如果OM线与AG线交于M me ae 则有 2 如果ON线与GC线交于N me ae 则有 按静应力计算 注意 如果工作应力点在OGC区域内 则 lin s 这时按静应力计算 极限应力图分两个区 疲劳强度静强度 2 变应力的平均应力保持不变 即 如振动中的弹簧 上式表示为 平行纵坐标的一条直线 1 如果此线与AG线交于M me ae 则有 极限应力图分两个区 疲劳强度静强度 2 如果此线与GC线交于N me ae 则有 按静应力计算 注意 如果工作应力点在HGC区域内 则 lin s 这时按静应力计算 3 变应力的最小应力保持不变 即 如受轴向变载荷的紧螺栓的应力状态 式表示为 过M点与横坐轴夹角45 的一条直线 1 如果此线与AG线交于M me ae 则有 同样 按照上述方法可写出剪应力的疲劳强度计算公式 略 2 如果此线与GC线交于N me ae 则有 按静应力计算 注意 如果工作应力点在IGC区域内 则 lin s 这时按静应力计算 极限应力图分两个区 疲劳强度静强度 二 双向稳定变应力时机械零件的疲劳极限 若零件上作用有周期相同 相位相同的对称弯曲应力 a和扭转剪切应力 a时 对一般结构钢 经实验得其对应的极限应力 a a 符合下列关系 注 因为为对称循环 所以 曲线上任何一点都代表一对极限应 若零件的工作应力点在以内 则是安全的 式中 1e为零件只受对称 时的极限应力 1e为零件只受对称 时的极限应力 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 四 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 赫兹公式及其说明 3 4机械零件的接触强度 增强措施 F b 及材料 热处理 机械设计作业集 1 P43 20 END 材料疲劳极限 不同N的疲劳极限 低周