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工业设计机械基础,1机械零件工作能力及变形形式2轴的拉伸和压缩3剪切和挤压4圆轴的扭转5弯曲6疲劳强度概述,第三章机械设计力学基础,1机械零件工作能力及变形形式,一、机械零件的工作能力,工作能力：机械零件不发生失效的安全工作限度。,失效：零件丧失工作能力或达不到设计要求。破坏,常见失效形式：断裂、塑性变形、疲劳破坏、表面磨损、过大的弹性变形、连接松动、打滑等。,对受载零件而言，零件的工作能力为承载能力，主要包括强度和刚度两个方面。,强度：指零件在外载下抵抗断裂和塑性变形的能力。,刚度：指零件在外载下抵抗过大弹性变形的能力。,刚度不足影响强度,刚度不足影响加工精度,二、机械零件变形的基本形式,1.拉伸,2.压缩,3.挤压和剪切,4.扭转,5.弯曲,2轴的拉伸和压缩,一、横截面上的内力和应力,F,F,外力内力,平衡方程：Fx=0,FA=F,根据内力并不能判断轴的强度。,应力：截面上单位面积所受内力。,=A,A内力（N）A横截面面积（mm2）,应力单位：MPa=N/mm2,根据应力也不能判断轴的强度。,二、金属材料的力学性能,低碳钢拉伸时的力学性能,标准试样尺寸d0，L0,拉伸试验力-伸长量线图,消除尺寸影响：F应力=F/A0l应变=l/L0,应力-应变线图,弹性阶段：Oa段+ab段，弹性变形，a点应力比例极限，b点应力弹性极限。,屈服阶段：bc段，不增大载荷时，应变明显增大，失去抵抗，称为屈服现象，最低点c点应力屈服极限s。lim=s,强化阶段：cd段，增大变形，需增大拉力，称为材料的强化，最高点d点应力强度极限b。,颈缩阶段：de段，试件局部变细，出现颈缩现象，继续变形所需拉力减小，e点试样断裂。,伸长率：=100100%,断面收缩率：=010100%,铸铁拉伸时的力学性能,弹性变形无直线部分无屈服现象和颈缩现象断裂时强度极限不高，应变小,lim=b,金属材料压缩时的力学性能,铸铁抗压能力大于抗拉能力。,胡克定律和泊松比,低碳钢拉伸试验时，在比例极限内，应力与应变成正比。,=,E弹性模量，碳钢一般E=190210GPa,拉伸试验中，试样的横向尺寸变小，为横向应变。,=,泊松比，碳钢一般0.3。,三、轴向拉压的强度条件,零件轴向拉压时要满足强度条件：名义载荷,K载荷系数,应力的分类,平均应力：m=max+min2,应力幅：a=maxmin2,循环特征：r=minmax,r=-1对称循环应力,r=0脉动循环应力,非对称循环应力,静应力只能由静载荷产生，变应力可能由变载荷或静载荷产生。,在变应力下，零件的主要失效形式为：疲劳破坏,最大应力远小于材料极限应力。,疲劳断口：无明显塑性变形的脆性突然断裂。,疲劳断裂是微观损伤累积到一定程度的结果。,产
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