2021年机械零件的强度.docx

精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -沈阳工业高校备课用纸第三章 机械零件的强度1.强度问题：静应力强度 ：通常认为在机械零件整个工作寿命期间应力变化次数小于 103 的通用零件，均按静应力强度进行设计； （材料力学范畴）变应力强度： 在变应力作用下，零件产生疲惫破坏；2.疲惫破坏定义： 金属材料试件在交变应力作用下，经过长时间的试验而发生的破坏；3.疲惫破坏的缘由： 材料内部的缺陷. 加工过程中的刀痕或零件局部的应力集中等导致产生了微观裂纹，称为裂纹源，在交变应力作用下，随着循环次数的增加，裂纹不断扩展，直至零件发生突然断裂；4.疲惫破坏的特点：1）零件的最大应力在远小于静应力的强度极限时，就可能发生破坏；2）即使为塑性材料，在没有明显的塑性变形下就可能发生突然的脆性断裂；3) 疲惫破坏为一个损耗累积的过程，有进展的过程，需要时间；4) 疲惫断口分为两个区：疲惫区和脆性断裂区； 3-1 材料的疲惫特性一.应力的分类1.静应力 :大小和方向均不随时间转变 、或者变化缓慢；2.变应力 :大小或方向随时间而变化；1）稳固循环变应力 : 以下各参数不随时间变化的变应力；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）描述规律性的交变应力可有 5 个参数，但其中只有两个参数为独立的；maxm2minamax2minr minmaxr = -1 对称循环应力 r=0 脉动循环应力 r=1 静应力第 1 页，共 9 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -沈阳工业高校备课用纸2）非稳固循环变应力 : 参数随时间变化的变应力；（ 1）规律性非稳固变应力 :参数按肯定规律周期性变化的称为；（ 2）随机变应力：随机变化的；二.疲惫曲线1. -N 曲线：应力比 r 肯定时，表示疲惫极限 （最大应力）与循环次数 NN之间关系的曲线；典型的疲惫曲线如下图示：曲线可分为 AB BC CD D 右 四个区域；其中：AB 区最大应力变化不大， 可按静应力考虑；BC:为低周疲惫（循环次数少） 区； N<10 4 ；也称应变疲惫 （疲惫 破 坏 伴 随 塑性变形）－ N疲惫曲线大多数零件失效在 C 点右侧区域 、称高周疲惫区 N>10 4高周疲惫区以 N0 为界分为两个区：有限寿命区 (CD) ： N ＜ N0，循环次数 N、 对应的极限应力 ；N——条件疲惫极限；NM- 材料常数N 0-循环基数曲线方程为mN N C第 2 页，共 9 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -沈阳工业高校备课用纸无限寿命区： N≥ N0 时，曲线为水平直线， 对应的疲惫极限为一个定值， 用表示；当材料受到的应力不超过 时，就可以经受无限次的应力循环而不疲惫破坏； 即寿命为无限的；——疲惫极限（1 / 0 / 1 ）m由于 rN所以 rNNm N 0Nr N0 Cmr K N rK N -寿命系数2.等寿命疲惫曲线（极限应力线图）定义：循环次数肯定时，应力幅与平均应力间的关系曲线；理论疲惫曲线：经过试验得二次曲线如下图；图中，曲线上任 意 一 点 的横 纵 坐 标 之和 为 最 大 应力；代表应力比 为 一 定 值的疲惫极限；即在曲线a m maxr （寿命为循环基数 N0）在曲线内为无限寿命；曲线外为有限寿命；实际疲惫曲线：第 3 页，共 9 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -沈阳工业高校备课用纸在直线 CG ， 上任何一点均有 max m a sa . m —直线A， G， 线 —— 疲惫强度线；其上的点表示疲惫极限应力A ， G ， 上任意点坐标；、 、 ， ，由 A .G两点坐标可得 A G 线直线方程1 a2 1 0其中0m（试件受循环弯曲应力时的材料常数）碳钢 0.1 0.2合金钢0.20.3CG， 线 —— 屈服强度线；其上的点表示屈服极限由 C 点坐标和直线斜角可得 CG ，线方程a m s3-2 机械零件的疲惫强度运算一.零件的极限应力线图引入 Ｋσ— 弯曲疲惫极限的综合影响系数就 K 11e由于零件几何外形的变化.尺寸大小.加工质量及强化因σ-1 —材料对称循环弯曲疲惫极限σ-1e — 零件对称循环弯曲疲惫极限将材料的极限应力线图中直线 A、 D、 G、 按比例 Ｋσ向下移，度考虑 、 故不作修正；即得零件 的极限应力线图，如下故各点坐标为、、CG 部分按静强素等的影响，使得零件的疲惫极限要小于材料试件的疲惫极限；在不对称循环时，Ｋ σ为 试 件 与 零 件极 限 应 力 幅 的 比值；A(0、 1 ) K、 D 0 、 02 2K，C 点坐标不变第 4 页，共 9 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -采纳同样方法，可得 AG 直线方程：1 K ae me直线 CG 方程为：ae . me —直线AG 上任意点坐标；ae me s弯曲疲惫极限综合影响系数K k 1 1 1qK —零件的有效应力集中系数； （在正应力作用下）—零件的尺寸系数； （在正应力作用下）—零件的表面质量系数； （在正应力作用下）q —零件的强化系数； （在正应力作用下）二.单向稳固变应力时机械零件的疲惫强度运算所以：运算安全系数及疲惫强度条件为：进行零件疲惫强度运算时，第一依据零件危急截面上的σmax 及 σmin 确定平均应力 σm 与应力幅 σa，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相应工作应力点 M 或N ；相应的疲惫极限应力应为极限应力曲线上的某一个点所代表的应力 ；Scamax maxm a Sm a依据零件工作时所受的约束来确定应力可能发生的变化机械零件可能发生的典型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σ m=C最小应力为常数σ min=C规律，从而打算以哪一个点来表示极限应力；第 5 页，共 9 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -1.r=Cr=C 时，应当有沈阳工业高校备课用纸由于 C、为常数，故连接坐标原点与工 作应力点，得 OM 、a maxm maxmin min1 r C1 r或 ON 、，同一条射线上各点应力比为常数；M 、.N 、为工作应力点相应的极限应力个点；ae me联解 OM .AG 直线方程可得 M ， 坐标 ( . )、相加即为 M 点零件的疲劳极限：max1 mae meK aa 1m K amaxm由上式得Scalimmax 1 Smax K a ms假如极限应力点为 N ’，极限应力为屈服极限 ，所以强度条件为：Scalimmax s Smax a m其它加载方式相同；2. m C’ ’联解直线 MM 2 与直线 AG 方程，求出 M 2 点横纵坐标值，并相加：Scalimmax max1 K m S K ( a m )第 6 页，共 9 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -沈阳工业高校备课用纸3. min C即 minm a C为与横轴夹角 450 的斜直线，故可过 M作斜线 LM ’， M 3’点即为极限应力点；同样的方法可得 :Scalimmax max2 1 K(K )( 2 amin Smin )三.双向稳固变应力时机械零件的疲惫强度运算当零件上同时作用有同相位的稳固对称循环变应力 sa 和 t a 时，由试验得出的极限应力关系式为：2 2a a 11e 1e式中 a′ 及 a′ 为同时作用的切向及法向应力幅的极限值；由于为对称循环变应力，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限应力 σa′ 及τa ′如作用于零件上的应力幅 a 及 a 如图中 M点表示，就由于此工作应力点在极限以内，未达到极限条件，因而为安全的；运算安全系数caS OM SσSτSSστOM 2 2第 7 页，共 9 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - 。