CH机械零件强实用学习教案

1、会计学1CH机械零件强实用机械零件强实用(shyng)第一页，共26页。3-1材料(cilio)的疲劳特性一、交变应力(yngl)的描述变应力(yngl)循环变应力（周期）稳定不稳定循环变应力简单复合对 称脉 动非对称随机变应力（非周期）周期时间ta）稳定循环变应力）稳定循环变应力周 期tb）不稳定循环变应力）不稳定循环变应力尖峰应力c）随机变应力）随机变应力第1页/共26页第二页，共26页。3-1材料(cilio)的疲劳特性一、交变(jio bin)应力的描述m平均应力a应力幅值max最大应力min最小应力r 应力比（循环特性）2minmaxm2minmaxamaxminr描述规律性的交变应

2、力可有5个参数(cnsh)，但其中只有两个参数(cnsh)是独立的。第2页/共26页第三页，共26页。3-1材料的疲劳(plo)特性r = -1对称循环应力r=0脉动循环应力r=1静应力典型(dinxng)常见的变应力类型一、交变(jio bin)应力的描述转轴单向转轴受载梁等第3页/共26页第四页，共26页。3-1材料的疲劳(plo)特性二、 N疲劳曲线第4页/共26页第五页，共26页。机械零件的疲劳大多发生在N曲线(qxin)的CD段，可用下式描述：)(DCmrNNNNCN)DrrNNN （D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命(shumng)区其方程为： 由于ND很大，所以在作疲劳

3、试验时，常规定(gudng)一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0及其相对应的疲劳极限r来近似代表ND和 r，于是有：CNN0mrmrN有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限rN的关系为：二、 N疲劳曲线m0rrNNN0mrNrNN3-1材料的疲劳特性第5页/共26页第六页，共26页。3-1材料(cilio)的疲劳特性三、等寿命疲劳曲线（极限(jxin)应力线图） 机械零件材料的疲劳特性除用N曲线表示外，还可用等寿命曲线来描述。该曲线表达了不同应力比时疲劳极限的特性。在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。第6页/共26页第七页，共26页。3-1材料(cilio)的疲劳特性三、等寿命(sh

4、umng)疲劳曲线（极限应力线图）用AC折线表示零件材料的极限应力线图是其中一种近似方法。A直线的方程为：ma1smaC直线的方程为：0012为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由试验及下式决定：对于碳钢，0.10.2，对于合金钢，0.20.3。第7页/共26页第八页，共26页。3-2 机械零件的疲劳强度计算(j sun) 由于零件几何形状的变化(binhu)、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。 对称循环时，如以弯曲疲劳极限的综合影响系数 表示材料对称循环弯曲疲劳极限-1与零件对称循环弯曲疲劳极限-1e的比值，即e11K 在不对称循环时， 是试

5、件与零件极限应力幅的比值。零件材料的极限应力线： AGC零件的极限应力线： 直线ADG和CG 部分详细介绍第8页/共26页第九页，共26页。一、单向(dn xin)稳定变应力时的疲劳强度计算进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的 max 及 min确定平均应力m与应力幅a，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相应工作(gngzu)应力点M 或 N。相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线上的某一个点所代表的应力。),(am计算安全系数及疲劳强度条件为：SSamammaxmaxca3-2 机械零件的疲劳强度计算MMN N),(am第9页/共26页第十页，共26页。一、单向(dn xin)稳定变

6、应力时的疲劳强度计算 根据零件工作时所受的约束来确定应力可能发生的变化规律，从而决定以哪一个点来表示极限应力。机械零件可能发生的典型(dinxng)的应力变化规律有以下三种： 应力比为常数：r=C 平均应力为常数：m=C 最小应力为常数：min=C详细分析SSamammaxmaxca3-2 机械零件的疲劳强度计算第10页/共26页第十一页，共26页。a） r=C ：变应力的循环特性保持(boch)不变（例如绝大多数转轴中的应力状态）；Fr0tr=C0tm=Cm=CGFb） m=C：变应力的平均应力保持(boch)不变（例如振动着的受载弹簧中的应力状态）；c） min=C ：变应力的最小应力保持

7、(boch)不变（例如紧螺栓联接中螺栓受轴向变载时的应力状态）。P = 0a0tmin=Cmin第11页/共26页第十二页，共26页。二、单向不稳定(wndng)变应力时的疲劳强度计算用统计方法进行疲劳强度计算不稳定变应力非规律性规律性按损伤累积假说进行疲劳强度计算3-2 机械零件的疲劳强度计算(j sun)汽车钢板弹簧机床主轴第12页/共26页第十三页，共26页。规律性不稳定变应力二、单向不稳定变应力(yngl)时的疲劳强度计算若应力每循环一次都对材料的破坏起相同(xin tn)的作用，则应力 1 每循环一次对材料的损伤率即为1/N1，而循环了n1次的1对材料的损伤率即为n1/N1。如此类推

8、，循环了n2次的2对材料的损伤率即为n2/N2，。当损伤率达到100%时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有：1332211NnNnNn3-2 机械零件的疲劳强度计算第13页/共26页第十四页，共26页。二、单向不稳定(wndng)变应力时的疲劳强度计算3-2 机械零件的疲劳强度计算(j sun)疲劳损伤线性累积假说的数学表达式可以写成：其中 实验证明：当各作用力的应力幅无巨大差别或强烈过载时，这个规律(gul)正确；当各级作用力先作用最大，然后依次降低时，等号右边小于1；当各级作用力先作用最小，然后依次升高时，等号右边大于1；大量试验证明： 与疲劳裂纹产生有关，说明递升的作用力不易破坏，

9、递减的作用力容易产生破坏第14页/共26页第十五页，共26页。二、单向不稳定变应力(yngl)时的疲劳强度计算3-2 机械零件的疲劳强度计算(j sun)第15页/共26页第十六页，共26页。三、双向稳定变应力(yngl)时的疲劳强度计算 当零件上同时作用有同相位的稳定(wndng)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：12e1a2e1a式中 a及a为同时作用的切向及法向应力幅的极限值。若作用于零件上的应力幅a及a如图中M点表示，则由于此工作应力点在极限以内，未达到极限条件，因而是安全的。 由于是对称循环变应力，故应力幅即为最大应力。弧线 AMB 上任何一个点即代表一对极

10、限应力a及a。详细推导计算安全系数：22caSSSSOMOMS3-2 机械零件的疲劳强度计算第16页/共26页第十七页，共26页。四、提高(t go)机械零件疲劳强度的措施 在综合考虑零件的性能要求和经济性后，采用具有高疲劳强度的材料，并配以适当的热处理和各种( zhn)表面强化处理。 适当提高零件的表面质量，特别是提高有应力集中部位的表面加工 质量，必要时表面作适当的防护处理。 尽可能降低零件上的应力集中的影响，是提高零件疲劳强度的首要 措施。 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，对于延 长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。减载槽 在不可避免地要产生较大应力集中

11、的结构处，可采用减载槽来降低应力集中的作用。3-2 机械零件的疲劳强度计算第17页/共26页第十八页，共26页。3-3 机械零件的抗断裂强度 在工程实际中，往往会发生工作应力(yngl)小于许用应力(yngl)时所发生的突然断裂，这种现象称为低应力(yngl)脆断。 对于高强度材料，一方面是它的强度高（即许用应力(yngl)高），另一方面则是它抵抗裂纹扩展的能力要随着强度的增高而下降。因此，用传统的强度理论计算高强度材料结构的强度问题，就存在一定的危险性。 结构内部裂纹和缺陷(quxin)的存在是导致低应力断裂的内在原因。第18页/共26页第十九页，共26页。3-3 机械零件的抗断裂强度为了度

12、量含裂纹结构体的强度，在断裂(dun li)力学中运用了应力强度因子KI（或K、K）和断裂(dun li)韧度KIC (或KC、KC）这两个新的度量指标来判别结构安全性，即：KIKIC时，裂纹(li wn)不会失稳扩展。KIKIC时，裂纹(li wn)失稳扩展。 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。第19页/共26页第二十页，共26页。3-4 机械零件的接触(jich)强度 当两零件以点、线相接处时，其接触(jich)的局部会引起较大的应力。这局部的应力称为接触(jich)应力，用H表示。接触应力变形与应力分布第20页/共26页第二十一页，共26页。3-4 机

13、械零件的接触(jich)强度 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，是二向应力状态，而接触应力是三向应力状态。接触应力的特点(tdin)是：仅在局部很小的区域内产生很大的应力。22212121H1111EEBF 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。对于线接触的情况，其接触应力可用赫兹应力公式计算。第21页/共26页第二十二页，共26页。总总 结结1、在解决变应力下零件的强度问题叫疲劳强度。 零件里通常(tngchng)作用的都是变应力，所以其应用更为广泛。2、疲劳强度和哪些因素有关 = f（N，r，K，材料，形式）

14、 疲劳强度比静强度复杂得多。3三大理论一假说： 疲劳曲线解决对称循环变应力的强度计算问题； 极限应力图对称非对称的关系； 复合极限应力图复合和简单应力的关系； 损伤累积法则稳定和非稳定应力的关系；第22页/共26页第二十三页，共26页。4强度(qingd)计算式变应力变应力(yngl)稳定稳定(wndng)不稳定不稳定简单简单复合复合CmCminCr 第23页/共26页第二十四页，共26页。一、选择题一、选择题1 14545钢的持久疲劳极限钢的持久疲劳极限-1=270Mpa-1=270Mpa，设疲劳曲线方程的幂指，设疲劳曲线方程的幂指数数m=9m=9，应力循环基数，应力循环基数N0=5N0=5

15、106106次，当实际应力循环次数次，当实际应力循环次数N=104N=104次时，有限寿命次时，有限寿命(shumng)(shumng)疲劳极限为疲劳极限为 MPa MPa。 （A A）539539； （B B）135135； （C C）175175； （D D）417417；2 2零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后，其疲劳强零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后，其疲劳强度度 。 （A A）增高）增高 （B B）降低）降低 （C C）不变）不变 （D D）增高或降低视处理方）增高或降低视处理方法而定法而定3 3影响零件疲劳强度的综合影响系数影响零件疲劳强度的综合影响系数K K与与 等因素有关。等因素有关。 （A A）零件的应力集中、加工方法、过载；）零件的应力集中、加工方法、过载； （B B）零件的应力循环特性、应力集中、加载状态；）零件的应力循环特性、应力集中、加载状态； （C C）零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中；）零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中； （D D）零件的材料、热处理方法、绝对尺寸。）零件的材料、热处理方法、绝对尺寸。习题习题(xt)A