重庆大学机械设计课件—第2章 机械零件的强度.ppt

1、第2章 机械零件的强度,2.1.1 载荷分类,2.1 载荷和应力的分类,1.静载荷和变载荷,静载荷：大小、位置和方向不随时间变化或变化较缓慢的载荷。,变载荷 ：随时间变化的载荷。,变载荷又可以分为周期载荷、随机载荷和动载荷。,载荷系数K：影响零件受载不均匀性因素的系数。,2. 工作载荷、名义载荷和计算载荷,在设计中载荷常分为：工作载荷、名义载荷和计算载荷。,工作载荷：机械正常工作时所受的实际载荷。,名义载荷：根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷。,计算载荷：载荷系数K与名义载荷的乘积。,2.1.2 应力分类,变应力：随时间变化的应力。,变应力,随机变应力,变应力由变载荷产生，也可能由

2、静载荷产生。,应力分为静应力和变应力。,静应力：不随时间变化或变化较缓慢的应力。,稳定循环变应力,非对称循环变应力。,脉动循环变应力。,对称循环变应力。,不稳定循环变应力,对于稳定循环变应力，引入下列参数：, 变应力最大值, 变应力最小值, 平均应力值, 应力幅, 应力比（循环特性）,因此：,2.2 机械零件的静强度,在静应力作用下的机械零件，其主要失效形式是断裂或塑性变形。,静强度计算方法,1.许用应力法,判断危险截面处的应力是否小于许用应力,即,2.安全系数法,判断危险截面处的实际安全系数是否大于等于许用安全系数,即,2.3 机械零件的疲劳特性,表面无宏观缺陷的金属材料，其疲劳过程可分为两

3、个阶段： 表面通过各种滑移方式形成初始裂纹； 裂纹尖端在切应力作用下发生反复塑性变形，使裂纹扩展以致断裂。,绝大多数机械零件都是在变应力下工作的。在变应力作用下经过较长时间工作的零件，其失效形式将是疲劳断裂。,2.3.1 疲劳断裂,2.3.2 疲劳极限,疲劳极限：在任一给定循环特性r 的条件下，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力称为疲劳极限，用 表示。,疲劳曲线：表示应力循环次数N与疲劳极限 的关系的曲线。如图 曲线的横坐标为循环次数，纵坐标为疲劳极限。 在有限寿命区，疲劳曲线方程为：,r一定,材料的持久疲劳极限,应力循环基数,材料在不同的循环特性r下游不同的疲劳曲线,2.3.3

4、极限应力图,用纵坐标表示应力幅、横坐标表示平均应力。将在一定的应力循环次数N下的极限应力值描绘在坐标上所得到的平滑曲线即为该材料的疲劳极限应力线图 。,为了简化试验，常用两条直线 和 来代替疲劳曲线。用 和 二直线构成的疲劳曲线称为材料的简化极限应力曲线。如图所示。,r一定,材料的疲劳极限应力图,2.3.4 影响零件疲劳强度的因素,影响零件疲劳强度的主要因素有： 1、应力集中 2、绝对尺寸 3、表面质量,3.表面质量对零件疲劳强度的影响 当其他条件相同时，零件表面越粗糙，其疲劳极限也越低。,1.应力集中对零件疲劳强度的影响 在零件剖面的几何形状突然变化处（如孔、圆角、键槽、螺纹等），局部应力要

5、远远大于名义应力，这种现象叫应力集中。,2.绝对尺寸对零件疲劳强度的影响 当其他条件相同时，零件剖面的绝对尺寸越大，其疲劳极限也越低。,2.3.5 零件的疲劳极限应力图,由于受零件几何形状、尺寸大小及加工质量等因素的影响，零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。因此，零件的疲劳极限应力图是直接将材料的疲劳极限应力图中的直线 按比例向下移即可得到。如图,零件的疲劳极限应力图,A,B,C,A,2.4.1 单向稳定变应力的疲劳强度计算,2.4 机械零件的疲劳强度计算,所谓“单向”指仅受正应力或剪应力中的一种应力； 所谓“稳定”指变应力参数不随时间变化。,在作机械零件的疲劳强度计算时，首先要求出零件危

6、险截面上的最大应力 及最小应力 并计算出平均应力 及应力幅 ，然后在疲劳极限应力图的坐标上标出相应的工作应力点 或 。显然，在强度计算时所用的疲劳极限应是零件疲劳极限应力图ACD上的某一个点所代表的应力。,3、变应力的最小应力保持不变 ，例如紧螺栓联结中螺栓受轴向变载荷的应力状态。,根据零件应力的变化规律以及零件与相邻零件互相约束情况的不同，通常有下述三种典型的应力变化规律：,1、变应力的循环特性保持不变 ，例如绝大多数转轴中的应力状态；,2、变应力的平均应力保持不变 ，例如振动着的受载弹簧的应力状态；,r=c,单向稳定变应力时零件的疲劳强度计算的步骤,第一步：求出零件危险剖面上的最大应力 和最小应力 ；,第二步：根据工作应力 、 计算出 和 ；,第三步：在零件的极限应力线图的坐标上标出相应于 和 的一个工作应力点M（ ）或者点N（ ）；,第四步：按照工作应力的性质，找出零件极限应力线图上相应于M点（或N点）的极限应力点 （或 ），求得零件得极限应力,第五步：建立强度条件,式中：,2.4.2 规律性单向非稳定变应力时的疲劳强度计算,如果变应力 表示循环特性为 时各循环的最大应力， 为与应力相对应的材料发生疲劳时的循环次数。大于疲劳极限 的