机械设计 课件 第三章 机械零件的强度.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑机械设计 课件 第三章 机械零件的强度 第三章 机械零件的强度 前一章中提到过，强度准那么是最重要的设计准那么本章进一步议论各种处境下的强度计算 §3-1 静应力时的强度计算 机械零件上所受的载荷及产生的应力，并不是十足静止不变的在设计工作中，对那些虽然承受变动的载荷，但应力变化次数较少一般<103次的零件，一般认为其中的应力静止不便，可按静强度举行计算或校核 作静强度计算时，根据零件材料是脆性的还是塑性的，分别采用强度极限?B或屈服极限?S作为零件的极限应力 1、 对于单向应力状态，危害剖面上的最大工作应力为计算应力； 2、 对于双向及三向应力状态，应按照确定的强度理论来计算应力?ca对于脆性材料，按第一理论即最大主应力理论求计算公式；若是塑性材料，按第三理论—最大剪应力理论，及第四理论—最大形变理论来求计算公式见下表所示： 常见强度理论的计算公式 应力表达形式 已知主 应 力 强 度 理 论 第一强度理论 第三强度理论 第四强度理论 a） ?1??2??3 已知平面应 力 ?ca??1 ?ca??1??3 ?ca?(?1??2)2?(?2??3)2?(?3??1)22 b） ?x,?y,?xy 已知弯曲、扭转应力?a??x??y2?(?x??y222)2??2xy ?ca?(?x??y)?4?xy ?ca?(?x??y2???2)?3[(xy)2??xy] 22c） ?b,?t 适 用 材 料 ?ca??b2?(?b2)2??t2 ?a??2b?4?2t ?a??b2?3?t2 塑性材料 脆性材料 有了极限应力和计算应力，就可以举行强度计算了： ????P???? 或 ????lim ； Sca?lim?S AS?其中 P—拉力； A— 剖面面积； ?lim—包括强度极限?B，屈服极限?S，疲乏极限?r S — 设计安好系数； Sca — 计算安好系数； 1 §3-2 变应力及材料的疲乏极限 一、 变应力 1、 定义： 不断地随时间变更其大小的应力称为变应力。

绝大多数的机械零件都处于变应力状态下工作例如齿轮轮齿上的齿根处A点，齿轮每啮合一次，A点的弯曲压应力就由0增达成MAX，再由MAX下降到0 在材料力学中，已对变应力作了一些介绍在此，我们复习片面内容 2、 变应力参数及分类 变应力的大小，用最大应力?max，最小应力?min，平均应力?m，应力幅比（或循环特性）?来表示 ?a及应力 ?max??a??m ；?m???max??min?/2； ?min??a??m ；?a???max??min?/2；???min ?max 对称循环变应力 ?max???min 变号不对称循环变应力 ??1 ?m?0 ?a??max ?1???0 脉动循环变应力 ?min?0 不变号不对称循环变应力 2 ??0 ?m??a??max2 0???1 以上各变应力均属于稳定循环变应力 其变化幅度保持常数； 另外，还有： 不稳定循环变应力，变化幅度按确定规律周期性变化； 随机变应力，变化幅度不呈周期性； 尖峰应力，变化幅度不呈周期性。

3、 变应力的产生： （1）、由变载荷产生： 载荷随时间而变化，那么产生的应力也随时间而变化，即产生了变应力 （2）、由静载荷产生： 例如：传动轴轴上载荷为静载荷P，因轴在转动，轴上A点的弯曲压应力在1点处为0,A点随轴转动位于2点时，受弯曲压应力达成最大，到了3点，压应力又减为0，在4点达成最小由此，可看出，A点的应力为对称循环变应力 4、 疲乏破坏 零件在变应力工作时，其主要失效形式是疲乏破坏 其理由在于：零件的外形和材料的不平匀，在某局部压应力集中，在长期变应力作用下，上述局部应力高处，逐步形成微观裂纹裂纹尖端的严重应力集中，促使裂纹逐步扩展，由微观变成宏观；当裂纹扩展到确定程度时，可能猛然急速扩展，使截面严重削减；结果沿严重削减的截面发生突然脆性断裂 这便是金属材料的疲乏断裂过程机械零件的损坏大片面是疲乏破坏，而疲乏破坏往往是没有明显预兆，是突然发生的所以其破坏力有很大影响 二、 疲乏极限 1、 定义： 在特定的循环特性r时，应力循环N次还不致使材料发生疲乏破坏的变应力的最大值 ?rN、?rN，称为循环次数N时的疲乏极限 用?r、?r表示，我们重点研究前者。

3 当对称循环系数r??1时，受正应力时的疲乏极限为??1；而受剪应力时的疲乏极限，就用??1表示 2、 研究疲乏极限的理由： 按强度准那么设计机械零件时，要根据所选用的材料性质和作用于零件的应力种类，采用某机械性能的极限值?lim，由这个极限应力?lim计算出许用应力：?????lim/N 常用的极限应力有： 强度极限?B或?B 屈服极限?S或?S 疲乏极限?r或?r 另外，还有蠕变极限等 （1）、静强度计算时：?max??B或?S，不成能发生疲乏破坏，即零件的最大应力应小于或?S； （2）、而在变应力下，零件的最大应力?max??B或?S时，可能会发生疲乏破坏，所以，?B或?S不能作为疲乏强度的指标因此，务必重新确定材料的强度指标—疲乏极限 3、 如何获得?r： 疲乏极限?r借助测验来获得测验证明： （1）、在同一循环特性r下，变应力的最大应力?max愈大，可使破坏前体验的循环次数越少；反之，降低最大应力?max，可使破坏前所体验的循环次数增加； （2）、在给定的变应力下，务必经过确定次数的循环，才可能发生疲乏破坏。

三、 极限应力线图 1、 循环基数 由材料力学学识，可知：在纯弯曲变形下，测定对称循环的疲乏极限??1对比简朴，是最常用的测定疲乏极限的方法 将试件加工成为?7～?10mm直径，外观磨光，装夹在疲乏试验机上在载荷作用下试件中间为纯弯曲弯矩M 最大弯曲应力：?max?M W—抗弯截面模量； W试件转一周，截面上任一点便受一次对称的应力循环 第一试件的?max1?0.6?B，经过N1次循环后，试件断裂； 4 其次试件的?max2略低于?max，经过N2次循环此后，试件断裂，； …… 由逐次降低的?maxi，得出对应每个?maxi的循环次数以?max为纵坐标，N为横坐标，建立试验结果曲线，见下图a：随着?max的减小，循环次数N ，结果曲线趋于水平； N0值往后，曲线趋于水平，那么N0称为循环基数（本课程中，常取规定的应力循环次 数N0为循环基数）留神：N0点处不是水平段与曲线段的转折点，而是在水平段与曲线段交点之前 图a 图b 2、 疲乏曲线（或?—N曲线） 第一种表示方法(σ—N曲线) 另一种表达方法(Lgσr —lgN曲线) （1）、疲乏曲线指表示循环次数与疲乏极限的关系曲线，见图： 对应于N0的疲乏极限，称为材料的疲乏极限?r。

描述AB段的方程为有限寿命的疲乏极限： m?rN?N?C ?rN—指循环特性为r，应力循环次数为N时的疲乏极限； m—幂指数随应力种类和材料而异对钢件，受弯曲时，m?9对钢材：m?6～ 20，N0?(1～10)×106；钢材零件受弯曲时：中等尺寸m?9，N0?5?10；较大尺寸m?9， 6N0?10?106 此方程是有关公式中最简朴、参数最少的，又可以得志工程计算的精度要求，且使用方 便的公式设计中，这个公式应用最为广泛 5 — 7 —。