机械设计第三章机械零件的强度课件

1、载荷和应力载荷Loads: 力force 弯矩bending moment torque 扭矩Torque 静载荷static load循环载荷repeated load冲击载荷impact load 2) 应力Stresses: 拉应力tension stress 压应力compression stress 剪切应力shear stress 静应力static stress 交变应力varying stress 规律性不稳定变应力非规律性不稳定变应力变应力分为：稳定变应力不稳定变应力对称循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力规律性不稳定变应力非规律性不稳定应力三种典型应力r = +1r =

2、 -1r = 0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。a0tt0a在变应力下，零件的主要失效形式为：疲劳破坏3) 描述变应力的主要参数 max, 最大应力maximum stress min, 最小应力minimum stress m, 平均应力mean stress a, 应力幅stress amplitude r, 循环特性 stress ratio 强度设计准则 1) 最大应力条件: 2) 安全系数条件: 材料拉伸试验比例极限spProportional limit弹性极限seElastic limit屈服极限ssYield limit强度极限sbUltimate st

3、rength弹性阶段屈服阶段强化阶段颈缩断裂阶段塑性材料应力-变形图特点：无屈服现象无塑性变形脆性材料的应力-变形图静应力下的强度设计 1) 塑性材料 2) 脆性材料变应力下的强度设计 a) 疲劳断裂时：受到的 低于 ，甚至低于 。 b) 断口通常没有显著的塑性变形。不论是脆性材料，还是塑 性材料，均表现为脆性断裂。更具突然性，更危险。表面光滑表面粗糙疲劳破坏特征：疲劳试验Motor试件轴承疲劳试验 3-1 材料的疲劳特性 疲劳极限fatigue limitrNN(在一定循环特性下)rm: 材料常数N0: 循环基数KN: 寿命系数N0: 循环基数所有应力循环的疲劳极限中，以对称循环的疲劳极限为

4、最低。 (应力循环次数N一定)DGC 材料的极限应力线图疲劳极限的影响因素 尺寸系数: 有效应力集中系数: k 表面质量系数: 表面强化系数: q 综合影响系数: K ADGC 3-2 机械零件的疲劳强度计算（一）单向稳定变应力的疲劳强度计算 a. r=Cb. m=Cc. min=C注：对于有限寿命设计问题，须将各式中的 和 换成 N 次 循环下的有限寿命疲劳极限 和 。 （二） 单向不稳定规律性变应力的疲劳强度计算 疲劳损伤累积假说 Miner,s rule1n12n23n34n4maxnOmaxNO1n1N12 n2N23 n3 N3-1 -1 NDMiner法则：在规律性不稳定变应力中各

5、应力的作用下，损伤是独立进行的，并且可以线性地累积成总损伤。当各应力的寿命损伤率之和等于1时，则会发生疲劳破坏。即： 上式即为Miner法则的数学表达式，亦即疲劳损伤累积假说。 若材料在这些应力作用下，未达到破坏，则有：令不稳定变应力的计算应力为：则： ca -1 ，其强度条件为：极限情况： 实验表明： 1）当应力作用顺序是先大后小时，等号左边值 1； 一般情况有： （三）双向稳定变应力的疲劳强度计算 将a及a代入到极限应力关系可得：是只承受切向应力或只承受法向应力时的计算安全系数。于是求得计算安全系数： 当零件上所承受的两个变应力均为不对称循环时，有：1、接触应力(赫兹应力)H Heinrich Rudolf Hertz 海因里希鲁道夫赫兹(18571894)，德国物理学家。 3-4 机械零件的接触强度B机械零件中各零件之间的力的传递，总是通过两个零件的接触形式来实现的。F: 法向力 normal force b: 圆柱长度 cylinder length 1, 2: 泊松比 Poissons ratio E1，E2：弹性模量elastic modulus 1, 2: 曲率半径radius of curv