ch3机械零件的强度ppt课件

1、一、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:载荷的大小或方向不随时间变化或变化极缓慢。 变载荷：载荷：1名义载荷:在理想的平稳任务条件下作用在 零件上的载荷。 2计算载荷:是名义载荷与载荷系数的乘积。 随机变应力静应力规律性不稳定变应力二、应力的分类1、应力种类变应力：不稳定变应力 随机变应力 稳定循环变应力一个循环OOtt2、稳定循环变应力的根本参数和种类 a) 根本参数 应力循环特性ammaxammin2minmaxm2minmaxamaxmin最大应力最小应力平均应力应力幅11b) 稳定循环变应力种类： -1 +1不对称循环变应力 =+1

2、 静应力 = 1 对称循环变应力 = 0 脉动循环变应力留意：静应力只能由静载荷产生，而变应力能够由变载荷产生，也能够由静载荷产生。OatOta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 )()(caca3名义应力和计算应力l强度条件： 或 ssscascasssscascasl按第三或第四强度实际对弯扭复合应力进展强度计算 l由第三强度实际l 最大剪应力实际 l 由第四强度实际： l 最大变形能实际 /422ssca/322ssca)(222sssssca22sssssscal脆性资料极限应力： 强度极限1、单向应力形状 l强度条件： 或l l 或BsBcasscaBsBcas

3、scaB 失效方式：断裂 l按第一强度条件： l最大主应力实际 l留意：低塑性资料低温回火的高强度钢l 强度计算应计入应力集中的影响l 脆性资料铸铁l 强度计算不思索应力集中l普通任务期内应力变化次数103104按静应力强度计算)4(2122sBca4222ssBca2、复合应力下任务的零件l1、失效方式：疲劳破坏断裂l2、疲劳破坏特征：l 1断裂过程：产生初始裂纹 应力较大处l 裂纹尖端在切应力作用下，反复扩 展，直至产生疲劳裂纹。l 2断裂面：光滑区疲劳开展区l 粗糙区脆性断裂区l 3无明显塑性变形的脆性忽然断裂l 4破坏时的应力疲劳极限远小于资料的屈服极限 一、变应力作用下机械零件的失效

4、特征3、疲劳破坏的机理：损伤的累积4、影响要素：不仅与资料性能有关，变应力的循环特性， 应力循环次数，应力幅都对疲劳极限有很大影响。)(NNNN疲劳极限，循环特性r下应力循环N次后资料不发生疲劳破坏时的最大应力称为资料的疲劳极限。疲劳寿命N资料疲劳失效前所阅历的应力循环次数N1、疲劳曲线： 应力循环特性一定时，资料的疲劳极限与应力循环次数之间关系的曲线No 循环基数 耐久极限ONN0NN有 限 寿 命 区N无 限 寿 命 区1有限寿命区 当N103(104)高周循环疲劳当 时随循环次数疲劳极限043)10(10NN ONN0NN有 限 寿 命 区N无 限 寿 命 区l留意：有色金属和高强度合金

5、钢无无限寿命区。2无限寿命区0NN N耐久极限对称循环：脉动循环：0011 3疲劳曲线方程)10(10(043NN CNNmmN0NmNKNN0mNNNK0寿命系数 疲劳极限 No 硬度350HBS钢， No=107 350HBS钢， No=(10 -25)x107有色金属(无程度部分)，规定当No25x107时,近似为无限寿命区 m资料常数,与应力及资料的种类有关。 钢 m=9拉、弯应力、剪应力 m=6接触应力 青铜 m=9弯曲应力 m=8接触应力 应力循环特性越大，资料的疲劳极限与耐久极限越大，对零件强度越有利。对称循环应力循环特性=-1最不利aml 对任何资料规范试件而言，在一定的应力循

6、环次数N下，对不同的应力循环特性有不同的耐久极限，即每种应力循环特性下都对应着该资料的最大应力 ，再由应力循环特性可求出 以及 和maxminmlimmaxa以 为横坐标、 为纵坐标，即可得资料在不同应力循环特性下的极限 和 的关系图。mmaa如图如图 AB所示为脆性资料塑性资料类似，曲线上的点对应着不同应力循环特性下的资料疲劳极限45OBs45CmBGADaA对称疲劳极限点 D脉动疲劳极限点 C 屈服极限点 B 强度极限点比较图l 对称极限点l 强度极限点 l 脉动疲劳极限点l l 屈服极限点 l简化极限应力线图：简化极限应力图 l l作法：思索资料的最大应力不超越疲劳极限，得 l 及延伸线

7、l 思索塑性资料的最大应力不超越屈服极限，得), 0(1Aam1max, 1, 0)0 ,(BB1, 0limmaxBma)2,2(00D22maxma020ma)0 ,(sCCGDACGDA如图l 上各点： 假设 不会疲劳破坏l 上各点： 假设 不会屈服破坏 GA CGamlimmaxsamlimmaxmaxmaxsmax01,s折线以内为疲劳和塑性平安区，折线以外为疲劳和塑性失效折线以内为疲劳和塑性平安区，折线以外为疲劳和塑性失效区，任务应力点离折线越远，平安程度愈高。区，任务应力点离折线越远，平安程度愈高。 资料的简化极限应力线图，可根据资料的三个实验数据 和 得出。 45OBs45Cm

8、BGADa由于实践机械零件与规范试件之间在绝对尺寸、外表形状、应力集中、环境介质等方面往往有差别，这些要素的综合影响使零件的疲劳极限不同于资料的疲劳极限，其中尤以应力集中、零件尺寸和外表形状三项要素对机械零件的疲劳强度影响最大。 三、影响机械零件疲劳强度的主要要素和零件极限应力图1、应力集中的影响有效应力集中系数 )(kk零件受载时，在几何外形突变处圆角、凹槽、孔等要产生应力集中，对应力集中的敏感程度与零件的资料有关，普通资料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感 。) 1(1) 1(1qkqkmaxmax,)(maxmax)()(qq为思索零件几何外形的实际应力集中系数 应力集中源处名义应力

9、资料对应力集中的敏感系数 应力集中源处最大应力 2、零件尺寸的影响尺寸系数 )(由于零件尺寸愈大时，资料的晶粒较粗，出现缺陷的概率大，而机械加工后外表冷作硬化层相对较薄，所以对零件疲劳强度的不良影响愈显著 3、外表形状的影响 1外表质量系数)(零件加工的外表质量主要指外表粗糙度对疲劳强度的影响 钢的 越高，外表愈粗糙， 愈低 B)(强化处置淬火、渗氮、渗碳、热处置、抛光、喷丸、滚压等冷作工艺q2外表强化系数思索对零件进展不同的强化处置，对零件疲劳强度的影响 应力集中，零件尺寸和外表形状 只对应力幅 有影响，而对平均应力 无影响实验而得 )(KKq,am4、综合影响系数 和零件的极限应力图综合影

10、响系数表示了资料极限应力幅与零件极限应力幅的比值综合影响系数表示了资料极限应力幅与零件极限应力幅的比值)(KKqqkKkK1) 11(1) 11()()()()(11劳极限零件试件对称循环的疲劳极限标准试件对称循环的疲对称循环零件的极限应力幅标准试件的极限应力幅eaeaK1综合影响系数ab2、零件的极限应力图 由于 只对 有影响，而对 无影响，在资料的极限应力图 ADGC上几个特殊点以坐标计入 影响 KamK零件脉动循环疲劳点 )/, 0(1kA)2/, 2/(00kD零件对称循环疲劳点/K0/2KO45C(s,0)m135GA(0,1)M(me,ae)DAD(0/2,0/2)aGAG许用疲劳

11、极限曲线，GC屈服极限曲线 /K0/2KO45C(s,0)m135GA(0,1)M(me,ae)DAD(0/2,0/2)aG直线AG方程 :meeaeek11meaek1 或零件的资料特性 0012e 001 21kkee规范试件中的资料特性直线CG方程： smeae四、单向稳定变应力时的疲劳强度计算 1、 大多数转轴中的应力形状 Cmaxmin/meOaeCmNN1ADM1aGM过原点与任务应力点M或N作连线交ADG于M1和N1点，由于直线上任一点的应力循环特性均一样, M1和N1点即为所求的极限应力点 。常数112/ )(2/ )(minmaxminmaxmameOaeCmNN1ADM1a

12、GMa)当任务应力点位于OAG内极限应力为疲劳极限，按疲劳强度计算mamaammeaeekkmax11maxlim)( 零件的极限应力，即疲劳极限为：强度条件为： 1maxmaxmaxlimsksmaecab)任务应力点位于OGC内极限应力为屈服极限，按静强度计算maxmaxlimssamsseca2、 振动中的受载弹簧的应力形状cm需在极限应力图上找一个其平均应力与任务应力一样的极限应力，如图，过任务应力点MN作与纵轴平行的轴线交AGC于M2N2 点，即为极限应力点 NOHmCMM2ADGN2aa) 当任务应力点位 于OAGH区域极限应力为疲劳极限 强度条件： )()(1maxmaxmaxl

13、imskksammecab任务应力点位于GHC区域极限应力为屈服极限 强度条件为： maxlimssamseca3、 轴向变载荷的紧螺栓联接中的螺栓应力形状 cmin过任务应力点MN作与横坐标成45的直线，那么这直线任一点的最小应力 均一样，直线与极限应力线图交点 即为所求极限应力点。 cammin ammin)(33NMminMaOminN45CmM3AJGN3MN45LIminMaOminN45CmM3AJGN3MN45LIa)任务应力点位于OJGI区域内求AG与MM3的交点:aememeeaeekk11aeamaememinkkmeaeemin1maxlim)(2 )2)()(2)()(

14、2minmin1min1maxlimSkkkkSaameca强度条件:极限应力为疲劳极限，按疲劳强度计算minMaOminN45CmM3AJGN3MN45LIc任务应力位于OAJ区域内),(3aemeNesaemelim 2minmaxlimSSasamsecaminb)任务应力点位于IGC区域极限应力为屈服极限按静强度计算极限应力点为静强度条件为负值，工程中稀有，故不作思索。 5等效应力幅 mNNN0maadk留意：留意：1假设零件所受应力变化规律不能一定，普通采用 =C的情况计算。2上述计算均为按无限寿命进展零件设计，假设按有限寿命要求设计零件时，即应力循环次数103(104)NNo时，这

15、时上述公式中的极限应力应为有限寿命的疲劳极限 ，即应以-1N 代-1 ，以oN代o。3当未知任务应力点所在区域时，应同时思索能够出现的两种情况。4对切应力上述公式同样适用，只需将改为即可。五、双向稳定变应力时的疲劳强度计算 1、对称循环稳定变应力 当零件剖面上同时作用着相位一样的纵向和切向对称循环，稳定变应力a和a时，经实验后极限应力关系为1)()(2121eaeaa, a 同时作用正应力和切应力的应力幅极限值 , 同时作用 -1e , -1e 为零件对称循环正应力和切应力时疲劳极限 , 单独作用 在以 的坐标系中为一个单位圆 eaea11maxmax, 1aa圆弧AMB任何一点即代表一对极限

16、应力 a 和a ，假设任务应力点M 在极限圆以内，那么是平安的。M点所对应的极限应力点M 确定时，普通以为 比值不变多数情况如此， M 点在OM直线的延伸线上，如下图Meaea11,aa/Aa/1eC COD DMM Ba/1e22SSSSSODDOOCCOOMMOSca强度条件为： 零件只受对称循环切应力时的平安系数 aeS1aeS1零件只受对称循环正应力时的平安系数)1()1()1(222121EEbFH高副零件任务时，实际上是点接触或线接触实践上由于接触部分的部分弹性变形而构成面接触由于接触面积很小，使表层产生的部分应力却很大。该应力称为接触应力。在外表接触应力作用下的零件强度称为接触强度计算根据：弹性力学的赫兹公式 1、接触应力a)两圆柱体接触2HmaxHmaxF2 abF1bpFEEEEH418. 0, 3 . 0max2121b)两球接触3222121max1111EEpbFH322max2121388. 0, 3 . 0pFEEEEH时Hmax2FHmax2 c1F综合曲率半径内接触外接触21111ppp21maxFH31maxFH阐明：阐明：1圆柱体圆柱体 ，球，球 Hmax与与F不呈线性关系不呈线性关系