机械零件的强度 机械零件载荷和应力的分类 零件在静应力下工作时的强度 机械零件的疲劳强度 机械零件的抗断裂强度 机械零件的接触强度 音乐欣赏

Presentation on theme: "机械零件的强度 机械零件载荷和应力的分类 零件在静应力下工作时的强度 机械零件的疲劳强度 机械零件的抗断裂强度 机械零件的接触强度 音乐欣赏"— Presentation transcript:

1 机械零件的强度 机械零件载荷和应力的分类 零件在静应力下工作时的强度 机械零件的疲劳强度 机械零件的抗断裂强度 机械零件的接触强度 音乐欣赏
总目录

2 机械零件载荷和应力的分类 机械零件载荷分类 Fca=KF 静载荷 不随时间而变化或变化很缓慢的载荷，常称名 义载荷。
静载荷 不随时间而变化或变化很缓慢的载荷，常称名 义载荷。 变载荷 随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷。 计算载荷=载荷系数×名义载荷 Fca=KF 分目录 上一页

3 机械零件载荷和应力的分类 机械零件应力分类 静应力 不随时间变化的应力。 变应力 随时间变化的应力。分稳定变应力（循环变应
静应力 不随时间变化的应力。 变应力 随时间变化的应力。分稳定变应力（循环变应 力）和非稳定变应力， 如图。 平均应力 应力幅 对称循环 脉动循环 循环特性： 静应力 上一页 分目录

4 机械零件载荷和应力的分类 静应力 非对称循环变应力 脉动循环变应力 对称循环变应力 分目录 上一页 c) d) a) b)
图3-1 应力的类型 分目录 上一页

5 零件在静应力下工作时的强度 在静应力作用下零件的破坏形式为断裂或塑性变形 强度条件 σ、τ
—— 危险截面处的最大应力。 〔 s σ〕、 〔 sτ〕—安全系数。 〔 σ 〕、 〔τ〕—— 零件材料的许用应力。 σlim、 τlim— 极限正应力和极限切应力，对于塑性材料，按不发生 塑性变形的条件进行强度计算时， σlim—— σs ，τlim—τs；按允许 少量塑性变形的条件进行强度计算时，σlim—— σB ，τlim——τB。 对于脆性材料， σlim–—σB ，τlim——τB。 分目录 上一页

6 零件在静应力下工作时的强度 复合静应力作用下的塑性材料零件，用第三和第四强度 理论计算复合应力。 其强度条件为 复合安全强系数为
〔 s 〕——许用复合安全系数。 ——危险截面处的实际安全系数 分目录 上一页

7 机械零件的疲劳强度 在变应力下工作的零件，疲劳断裂是主要的失效形式之一。 r∞ 低周疲劳： 时，疲劳极限较高，
接近于屈服极限，疲劳极限几乎与循环次数的 变化无关。 图3-2 材料的疲劳曲线 r∞ 高周疲劳： 时，疲劳极限 随循环次数的增加而降低。 在有限寿命区 当N>N0时，rN= -1 当循环特性未知时，按对称循环处理！ r= -1 ——任意循环次数下的疲劳极限 m—材料常数，由实验定。 KN——寿命系数， 分目录 上一页

8 机械零件的疲劳强度 零件材料的疲劳极限： 材料的最大工作应力： 直线AG的方程： 直线GC的方程：
若Max <Max, 材料发生的应力在OAGC 区域内，不会发生疲劳破坏，否则会发生。 在OAGC 折线上，表示处于极限状态。 直线AG的方程： 直线GC的方程： —为试件受循环弯曲应力时的材料常数， 其值由试验确定 。对碳钢， ； 对合金钢 。 -1—对称循环疲劳极限 0—脉动循环疲劳极限 也可计算： 图3-3 材料的极限应力曲线 分目录 上一页

9 机械零件的疲劳强度计算 影响零件疲劳强度的主要因素： 应力集中、零件尺寸、表面状态。 综合影响系数 零件的对称循环疲劳极限为 分目录 上一页
图3-3 材料的极限应力曲线 图3-4 零件的极限应力图 影响零件疲劳强度的主要因素： 应力集中、零件尺寸、表面状态。 综合影响系数 零件的对称循环疲劳极限为 分目录 上一页

10 机械零件的疲劳强度计算 直线AG的方程为 或 + 直线CG的方程为 式中： －零件受循环弯曲应力时的极限应力幅；
图3-4 零件的极限应力图 式中： －零件受循环弯曲应力时的极限应力幅； －零件受循环弯曲应力时的极限平均应力； －零件受循环弯曲应力时的材料常数。 分目录 上一页

11 机械零件的疲劳强度计算 = －弯曲疲劳极限的综合影响系数。 式中： －零件的有效应力集中系数(脚标 表示在正应力条件下，下同)；
－零件的有效应力集中系数(脚标 表示在正应力条件下，下同)； －零件的尺寸系数； －零件的表面质量系数； －零件的强化系数。 以上各系数的值见有关资料或本章附录。 分目录 上一页

12 机械零件的疲劳强度计算 （一）单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算 + 的情况 对应于M点零件的极限应力（疲劳极限） =
图3-5 r=c时的极限应力 对应于M点零件的极限应力（疲劳极限） + = 计算安全系数及强度条件为 分目录 上一页

13 机械零件的疲劳强度计算 对应于 点的极限应力点 位于直线CG上。此时的极限应力即为屈服极
限，工作应力为 点时，可能发生的是屈服失效，故只需进行静强度计算。 在工作应力为单向应力时，强度计算式为 图3-6 时的极限应力 的情况 = = 计算安全系数及强度条件为 分目录 上一页

14 机械零件的疲劳强度计算 的情况 图3-7 时的极限应力 + 分目录 上一页

15 机械零件的疲劳强度计算 （二）单向不稳定变应力时的疲劳强度计算 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
图3-8 规律性不稳定变应力示意图 图3-9 不稳定变应力在 坐标上 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 注意：当<-1∞时，计算时不予考虑。 分目录 上一页

16 机械零件的疲劳强度计算 （三）双向稳定变应力时的疲劳强度计算 及 图3-10 双向应力时的极限应力图 分目录 上一页

17 机械零件的疲劳强度计算 （四）提高机械零件疲劳强度的措施 1. 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。
2. 选用疲劳强度高的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处 理方法及强化工艺。 3. 提高零件的表面质量。 4. 尽可能的减小或消除零件表面可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。 分目录 上一页

18 机械零件的抗断裂强度 在工程实际中，有一些结构，当工作应力小于许用应力时， 在实际应用中有时会发生突然的断裂，这种现象称低应力脆断。
在运用断裂力学对含裂纹结构进行强度分析和安全性评价时， 通常应做以下几方面的工作： 1、 分析确定裂纹的形状、大小及分布，已确定初使裂纹的 尺寸a0， 通常应对结构进行精确的无损探伤来确定a0,通常应对 构件进行精确的无损探伤来确定a0； 2、对构件的工作载荷进行充分的分析，运用断裂力学的知识， 确定裂纹顶端的应力强度因子k1; 3、通过断裂力学试验，测定构件材料的断裂韧度k1c。目前已 由一些工程手册中列出了用结构材料的平面应变断裂韧度； 4、对构件进行安全性判断。 分目录 上一页

19 机械零件的接触强度计算 单击… ——赫兹公式 、 —零件1和零件2 初始接触线处的曲率半径； 、 —零件1和零件2 材料的泊松比；
E1、E2—零件1和零件2 材料的弹性模量； Fn—作用在接触面上的总 压力； b—初始接触线长度。 ——赫兹公式 分目录 上一页

20 例 题 例1.1 在图示极限应力图上，工作点D和E为斜齿轮轴上的两种应力工作点。试在图中标出对应的极限应力点，并说明分别会出现什么形式的破坏？ 要点分析： （1）斜齿轮轴上即承受弯矩，又承受扭矩，为转轴，所以轴上各点应力循环特性r=常数，D﹑E两点对应的极限应力点分别是OD,OE与极限应力线的交点D、E′。 （2）r=常数时，OAG区域内工作应力点的失效形式为疲劳失效，OGC区域内工作应力点的失效形式为屈服失效，其极限应力均为s。 解： 如图示D点对应的极限应力点为D′， E点对应的极限应力点为E′。 D点会出现疲劳失效，E点会出现 屈服失效（塑性变形）。 分目录 上一页

21 例 题 例 钢经调质后的性能为σ-1=307MPa, m=9, No=5×106, 以此材料作试件进行实验, 先以对称循环变应力σ-1=500MPa作用104次，再以σ2=400N/mm2作用于试件，求还能循环多少次才会使试件破坏。 要点分析：这是属于不稳定变应力作用下的疲劳强度计算问题，应根据疲劳损伤累积假说（Miner定理） 进行计算：按计算 。 解：由疲劳强度极限应力曲线方程 得 由 知 还能循环 次 分目录 上一页

22 作 业 题1.3.4(4) 一零件由45钢制成，材料的力学性能为：σS= 360 MPa，σ-1 = 300MPa，ψσ= 0.2。已知零件上的最大工作应力σmax=200 MPa, 最小工作应力min=100 MPa，弯曲疲劳极限的综合影响系数Kσ=2。1）当应力变化规律为σm=常数时，分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数；2）若应力变化规律为r=常数，该零件会发生什么形式的破坏？ 题1.3.4(5)某材料受弯曲变应力作用，其力学性能为：σ-1 = 300MPa, m = 9, N0 = 5×106。现用此材料的试件进行试验，以对称循环变应力σ1 = 500MPa作用104次，σ2=400 MPa作用105次，σ3=250 MPa作用106次。试确定： 1）该试件在此条件下的计算安全系数； 2）如果试件再作用σ=350 MPa的应力，还能循环多少次试件才破坏？ 分目录 上一页

23 作 业 1.3.2 填空题 （5） 某材料的对称循环疲劳极限σ-1 = 350MPa, 屈服极限σS=550 MPa, 强度极限σB = 750 MPa, 循环基数N0= 5×106, m = 9, 当对称循环次数N分别为5×104、5×105、5×107次时，极限应力分别为 、 、 。 分目录 上一页