機(jī)設(shè)課件-機(jī)械零件強(qiáng)度

1、第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度強(qiáng)度：影響零件工作能力最重要的因素強(qiáng)度：影響零件工作能力最重要的因素 3-1 材料的疲勞強(qiáng)度材料的疲勞強(qiáng)度 0t 10minmax ram 一、變應(yīng)力的基本分類一、變應(yīng)力的基本分類靜應(yīng)力靜應(yīng)力0t a= max min對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力10minmax ram 0t a m max脈沖循環(huán)變應(yīng)力脈沖循環(huán)變應(yīng)力002minmax ram 0t a m min max一般循環(huán)變應(yīng)力一般循環(huán)變應(yīng)力)0(1122maxminminmaxminmax rrram 二、變應(yīng)力的基本參數(shù)二、變應(yīng)力的基本參數(shù) 5個(gè)個(gè)2)(minmaxminmaxmax ma

2、mam平均應(yīng)力平均應(yīng)力最小應(yīng)力最小應(yīng)力最大應(yīng)力最大應(yīng)力maxminminmax2 ra循環(huán)特性循環(huán)特性應(yīng)力幅應(yīng)力幅三、材料的疲勞曲線三、材料的疲勞曲線 maxNADCB41 N310 BN410 CNDN持久疲勞極限持久疲勞極限高周疲勞高周疲勞點(diǎn)以后點(diǎn)以后）低周疲勞（或應(yīng)變疲勞低周疲勞（或應(yīng)變疲勞帶有塑性變形的疲勞，帶有塑性變形的疲勞，段段靜應(yīng)力靜應(yīng)力，數(shù)數(shù)基本不變，應(yīng)力循環(huán)次基本不變，應(yīng)力循環(huán)次段段 rDNNCNBCNAB 76443max1025101010103-2 高周疲勞和機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算高周疲勞和機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算一、疲勞曲線一、疲勞曲線 rNNDN r0N r CD有限

3、壽命區(qū)有限壽命區(qū)無(wú)限壽命區(qū)無(wú)限壽命區(qū)CmrN rNN曲線曲線3-2 高周疲勞和機(jī)械零高周疲勞和機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算1. 疲勞極限疲勞極限 r：對(duì)應(yīng)于循環(huán)基數(shù)：對(duì)應(yīng)于循環(huán)基數(shù)N0時(shí)的疲勞極限時(shí)的疲勞極限n有限壽命區(qū)有限壽命區(qū) N N0600010)101(206 NmmKKNNNNNNrmrrNmrmrN鋼材：鋼材：由應(yīng)力、材料而定由應(yīng)力、材料而定壽命系數(shù)壽命系數(shù)曲線方程曲線方程 n無(wú)限壽命區(qū)無(wú)限壽命區(qū) N N0由手冊(cè)中查出由手冊(cè)中查出 rr 2. 不同不同r下的疲勞極限下的疲勞極限 r rNNr=0.5r=0r=-1判判斷斷是是否否失失效效）要要求求：已已知知兩兩個(gè)個(gè)參參數(shù)數(shù)

4、（rNamr 二、材料（試件）的極限應(yīng)力線圖二、材料（試件）的極限應(yīng)力線圖極限應(yīng)力線圖：極限應(yīng)力線圖： m a圖圖1. 作圖作圖已知：已知： s -1 02. 分析分析 橫坐標(biāo)：橫坐標(biāo)： a =0，r=+1，靜應(yīng)力，靜應(yīng)力，C點(diǎn)（點(diǎn)（ s ，0） 縱坐標(biāo)：縱坐標(biāo)： m =0，r=-1，對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力，對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力，A點(diǎn)（點(diǎn)（ 0 , -1 ） 過(guò)原點(diǎn)作過(guò)原點(diǎn)作45線，線， a = m = ，r=0， 脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，D點(diǎn)（點(diǎn)（ , ）20 20 20 過(guò)過(guò)C作作45線，線，CG 線表示線表示 max = m + a = s 在區(qū)域內(nèi)安全，線上極限應(yīng)力狀態(tài)，線外破壞在區(qū)域內(nèi)安全，線上極

5、限應(yīng)力狀態(tài)，線外破壞 ADG線外疲勞破壞線外疲勞破壞。GC 線外靜強(qiáng)度破壞線外靜強(qiáng)度破壞 材料特性材料特性 (ADG線斜率）線斜率）001001222 tgr3 . 02 . 02 . 01 . 0 合合金金鋼鋼碳碳鋼鋼rrrmaamam 11maxmin 曲線上任一點(diǎn)代表曲線上任一點(diǎn)代表r的疲勞極限的疲勞極限 m + aqkK 1)11( 有效應(yīng)力集中系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù)式中：式中： kmaK不影響只影響尺寸系數(shù)尺寸系數(shù) 表面質(zhì)量系數(shù)表面質(zhì)量系數(shù) 強(qiáng)化系數(shù)強(qiáng)化系數(shù)q 三、零件的極限應(yīng)力線圖三、零件的極限應(yīng)力線圖 零件（幾何形狀、尺寸、加工質(zhì)量、強(qiáng)化）的疲勞極限要小于零件（幾何形狀、尺寸、加工

6、質(zhì)量、強(qiáng)化）的疲勞極限要小于材料的疲勞極限。材料的疲勞極限。1. 作圖作圖 KtgrKKsse 2011、2. 分析分析 C點(diǎn)（點(diǎn)（ s ，0） A點(diǎn)（點(diǎn)（ 0 , -1e ） D點(diǎn)點(diǎn))2,2(00 K 換成換成將將注：當(dāng)零件受剪切時(shí)，注：當(dāng)零件受剪切時(shí)，四、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算四、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算單向穩(wěn)定變應(yīng)力：零件截面上只受一維應(yīng)力（拉、壓、彎、扭）單向穩(wěn)定變應(yīng)力：零件截面上只受一維應(yīng)力（拉、壓、彎、扭）計(jì)算步驟：計(jì)算步驟：SSca maxmax 三種典型的應(yīng)力變化規(guī)律：三種典型的應(yīng)力變化規(guī)律：1. r=C 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸tt0 ab作圖：作圖： 已知：已

7、知：點(diǎn)點(diǎn)）點(diǎn)點(diǎn)（或或NMma 過(guò)原點(diǎn)過(guò)原點(diǎn)O作射線作射線OM（或（或ON） 交折線交折線AGC于于M點(diǎn)（或點(diǎn)（或N點(diǎn)）點(diǎn)）limmax meae極極限限應(yīng)應(yīng)力力 求求meae 及及1111meaemeaeemeaeeeKKKtgrAG 方程：方程：maaaemamamaemeamaemeKKOM 11方程：方程：mameaeK max1max 求求 強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算SKSMmaca 1maxmax點(diǎn)點(diǎn)：疲疲勞勞破破壞壞SSNmasca maxmax點(diǎn)：靜強(qiáng)度破壞點(diǎn)：靜強(qiáng)度破壞2. m=C 彈簧彈簧 0t m作圖：作圖： 已知：已知：點(diǎn)點(diǎn)）點(diǎn)點(diǎn)（或或NMma 過(guò)過(guò)M點(diǎn)（或點(diǎn)（或N點(diǎn)）作縱軸平行線

8、點(diǎn)）作縱軸平行線MM(或或NN) 交交AGC于于M點(diǎn)（或點(diǎn)（或N點(diǎn)）點(diǎn)） 求求meae 及及1meaeKAG 方程：方程： KMMmaemme 1方方程程： KKmmeae)(1max 求求 強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算 mamamcaSKKSM max1maxmax)(點(diǎn)點(diǎn)：疲疲勞勞破破壞壞SSNmasca maxmax點(diǎn)：靜強(qiáng)度破壞點(diǎn)：靜強(qiáng)度破壞3. min=C 變載荷螺栓變載荷螺栓 0t 過(guò)過(guò)M（或（或N）作與水平線交）作與水平線交45線的射線，線的射線， min = m - a = C 求求meae 及及1meaeamaememeaeMMKAG 及及求求出出方方程程：方方程程： mameaeKK

9、maxmin1max)(2 求求 強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算 maaacaSKKSM minminmin1maxmaxlim22)(2點(diǎn)：疲勞破壞點(diǎn)：疲勞破壞SSNmasca lim點(diǎn)點(diǎn)：靜靜強(qiáng)強(qiáng)度度破破壞壞注意：注意：1. 當(dāng)零件應(yīng)力變化規(guī)律未知時(shí)按當(dāng)零件應(yīng)力變化規(guī)律未知時(shí)按r=C處理。處理。 2. 對(duì)于有限壽命疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)：對(duì)于有限壽命疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)：代代入入公公式式計(jì)計(jì)算算。）代代替替，代代替替即即（0011 NNNrrNK 五、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算五、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算不穩(wěn)定變應(yīng)力不穩(wěn)定變應(yīng)力規(guī)律性：機(jī)床、機(jī)械手規(guī)律性：機(jī)床、機(jī)械手非規(guī)律性：汽車彈簧非規(guī)律性：汽車彈簧

10、 0tT規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力疲勞疲勞損傷積累假說(shuō)損傷積累假說(shuō)（M.A.Miner）轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定變應(yīng)力轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定變應(yīng)力非規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力非規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力統(tǒng)統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度理論計(jì)強(qiáng)度理論轉(zhuǎn)換為規(guī)律性轉(zhuǎn)換為規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力不穩(wěn)定變應(yīng)力疲勞損傷積疲勞損傷積累假說(shuō)累假說(shuō)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定變應(yīng)力轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定變應(yīng)力 0tMiner假說(shuō)：假說(shuō)：零件在變應(yīng)力作用下發(fā)生破壞的零件在變應(yīng)力作用下發(fā)生破壞的過(guò)程中，內(nèi)部損傷是逐步積累的，達(dá)到一定程過(guò)程中，內(nèi)部損傷是逐步積累的，達(dá)到一定程度即發(fā)生破壞。度即發(fā)生破壞。1 iiiiNnNn即即（對(duì)材料）（對(duì)材料）損傷率損傷率假設(shè)：假設(shè)：1.破壞與加載順序無(wú)關(guān)；破壞與加載

11、順序無(wú)關(guān)； 2.損傷率損傷率 相同，則疲勞損傷程度相相同，則疲勞損傷程度相 同（與過(guò)載大小無(wú)關(guān)）同（與過(guò)載大小無(wú)關(guān)）iiNnmmiiNn10 101 mmiinN1332211 NnNnNn計(jì)算方便：選擇計(jì)算應(yīng)力（當(dāng)量應(yīng)力）計(jì)算方便：選擇計(jì)算應(yīng)力（當(dāng)量應(yīng)力） 計(jì)算應(yīng)力：作用時(shí)間長(zhǎng)，數(shù)值大，起主要破壞計(jì)算應(yīng)力：作用時(shí)間長(zhǎng)，數(shù)值大，起主要破壞 作用的應(yīng)力作用的應(yīng)力 111011 mmiinN：穩(wěn)穩(wěn)定定化化應(yīng)應(yīng)力力情情況況系系數(shù)數(shù)mmiisnNk 101 nknsca 11 自學(xué)自學(xué)例題：例題：對(duì)稱化對(duì)稱化穩(wěn)定化穩(wěn)定化先對(duì)稱化先對(duì)稱化力力非對(duì)稱循環(huán)不穩(wěn)定變應(yīng)非對(duì)稱循環(huán)不穩(wěn)定變應(yīng)29321PKmaad

12、adadad 六、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算六、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算零件剖面同時(shí)承受二維應(yīng)力（法向零件剖面同時(shí)承受二維應(yīng)力（法向+切向）稱為雙向應(yīng)力。切向）稱為雙向應(yīng)力。1. 對(duì)稱循環(huán)：對(duì)稱循環(huán)： 影響最大為應(yīng)力幅影響最大為應(yīng)力幅實(shí)驗(yàn)得出極限應(yīng)力關(guān)系：實(shí)驗(yàn)得出極限應(yīng)力關(guān)系： eaea11, eaea11, ODSOCOCSOCODODOCOCOMOMScacacaeaea12121 單位圓：?jiǎn)挝粓A：eacaeaeacaeaSS1111 S1 S1SSSSSSSSSScacaca 22221 2. 非對(duì)稱循環(huán)非對(duì)稱循環(huán)對(duì)稱化對(duì)稱化SSSSSSKSKScamama 2211 七、提高

13、機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施七、提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施1. 降低零件上的應(yīng)力集中；降低零件上的應(yīng)力集中； 2. 選擇高強(qiáng)度材料、熱處理、強(qiáng)度處理；選擇高強(qiáng)度材料、熱處理、強(qiáng)度處理； 3. 提高表面質(zhì)量；提高表面質(zhì)量； 4. 減少消除表面裂紋減少消除表面裂紋3-3 3-3 機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度同）同）（兩物體接觸面大小相（兩物體接觸面大小相拋物線分布拋物線分布接觸面接觸面變形變形受力受力外接觸外接觸內(nèi)接觸內(nèi)接觸點(diǎn)接觸點(diǎn)接觸線接觸線接觸兩曲面接觸兩曲面接觸 Bb HHEEBFHertz 222121211211565. 0公公式式得得根根據(jù)據(jù)彈彈性性力力學(xué)學(xué)曲率半徑曲率半徑泊桑比泊桑

14、比彈性模數(shù)彈性模數(shù)3-3 3-3 機(jī)械零件的接觸機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度強(qiáng)度BFFbH 接觸應(yīng)力特點(diǎn)接觸應(yīng)力特點(diǎn)問(wèn)答題問(wèn)答題1.問(wèn)：?jiǎn)枺涸囀隽慵撵o應(yīng)力與變應(yīng)力是在何種載荷作用下產(chǎn)生的？試述零件的靜應(yīng)力與變應(yīng)力是在何種載荷作用下產(chǎn)生的？答：靜應(yīng)力只能在靜載荷作用下產(chǎn)生，變應(yīng)力可能由變載荷答：靜應(yīng)力只能在靜載荷作用下產(chǎn)生，變應(yīng)力可能由變載荷產(chǎn)生，也可能由靜載荷產(chǎn)生。產(chǎn)生，也可能由靜載荷產(chǎn)生。 2.問(wèn)：?jiǎn)枺毫慵牡葔勖谇€與材料試件的等壽命疲勞曲線是否零件的等壽命疲勞曲線與材料試件的等壽命疲勞曲線是否相同？相同？答：兩者不同，零件的等壽命疲勞曲線需考慮零件上應(yīng)力集答：兩者不同，零件的等壽命疲勞曲線需

15、考慮零件上應(yīng)力集中對(duì)材料疲勞極限的影響。中對(duì)材料疲勞極限的影響。 3.問(wèn)：?jiǎn)枺浩趽p傷線性累積假說(shuō)的含義是什么？疲勞損傷線性累積假說(shuō)的含義是什么？答：該假說(shuō)是：在每一次應(yīng)力作用下，零件壽命就要受到一答：該假說(shuō)是：在每一次應(yīng)力作用下，零件壽命就要受到一定損傷率，當(dāng)損傷率累積達(dá)到定損傷率，當(dāng)損傷率累積達(dá)到100%時(shí)（即達(dá)到疲勞壽命極限）便時(shí)（即達(dá)到疲勞壽命極限）便發(fā)生疲勞破壞。通過(guò)該假說(shuō)可將非穩(wěn)定變應(yīng)力下零件的疲勞強(qiáng)度發(fā)生疲勞破壞。通過(guò)該假說(shuō)可將非穩(wěn)定變應(yīng)力下零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算折算成等效的穩(wěn)定變應(yīng)力疲勞強(qiáng)度。計(jì)算折算成等效的穩(wěn)定變應(yīng)力疲勞強(qiáng)度。 4.問(wèn)：?jiǎn)枺簷C(jī)械零件上的哪些位置易產(chǎn)生應(yīng)力集中？舉例

16、說(shuō)明。如果零件一機(jī)械零件上的哪些位置易產(chǎn)生應(yīng)力集中？舉例說(shuō)明。如果零件一個(gè)截面有多種產(chǎn)生應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)，有效應(yīng)力集中個(gè)截面有多種產(chǎn)生應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)，有效應(yīng)力集中答：零件幾何尺寸突變（如：溝槽、孔、圓角、軸肩、鍵槽等）及答：零件幾何尺寸突變（如：溝槽、孔、圓角、軸肩、鍵槽等）及配合零件邊緣處易產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)一個(gè)截面有多處應(yīng)力源時(shí)，則分別配合零件邊緣處易產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)一個(gè)截面有多處應(yīng)力源時(shí)，則分別求出其有效應(yīng)力集中系數(shù)，從中取最大值。求出其有效應(yīng)力集中系數(shù)，從中取最大值。 5.問(wèn)：?jiǎn)枺簝蓚€(gè)零件以點(diǎn)、線接觸時(shí)應(yīng)按何種強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算？若為面接觸時(shí)兩個(gè)零件以點(diǎn)、線接觸時(shí)應(yīng)按何種強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算？若為面接觸

17、時(shí)（如平鍵聯(lián)接），又應(yīng)按何種強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算？（如平鍵聯(lián)接），又應(yīng)按何種強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算？答：點(diǎn)、線接觸時(shí)應(yīng)按接觸強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算；面接觸應(yīng)按擠壓強(qiáng)度計(jì)答：點(diǎn)、線接觸時(shí)應(yīng)按接觸強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算；面接觸應(yīng)按擠壓強(qiáng)度計(jì)算。算。 6.問(wèn)：?jiǎn)枺毫慵慕孛嫘螤钜欢?，?dāng)截面尺寸增大時(shí)，其疲勞極限值將如何零件的截面形狀一定，當(dāng)截面尺寸增大時(shí)，其疲勞極限值將如何變化？變化？答：不變。答：不變。 7.問(wèn)：?jiǎn)枺簝闪慵牟牧虾蛶缀纬叽缍疾幌嗤郧娼佑|受載時(shí)，兩者的兩零件的材料和幾何尺寸都不相同，以曲面接觸受載時(shí)，兩者的接觸應(yīng)力是否相同？接觸應(yīng)力是否相同？答：兩零件的接觸應(yīng)力始終相同（與材料和幾何尺寸無(wú)關(guān)）。答：兩零件的接觸應(yīng)力

18、始終相同（與材料和幾何尺寸無(wú)關(guān)）。 選擇題選擇題1、零件的形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)相同時(shí)，磨削加工的零件與精車加工相比，其疲勞強(qiáng)度、零件的形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)相同時(shí)，磨削加工的零件與精車加工相比，其疲勞強(qiáng)度_。A.較高較高B.較低較低C.相同相同 2、某齒輪工作時(shí)，輪齒雙側(cè)受載，則該齒輪的齒面接觸應(yīng)力按、某齒輪工作時(shí)，輪齒雙側(cè)受載，則該齒輪的齒面接觸應(yīng)力按_變化。變化。A.對(duì)稱循環(huán)對(duì)稱循環(huán)B.脈動(dòng)循環(huán)脈動(dòng)循環(huán)C.循環(huán)特性循環(huán)特性r=-0.5的循環(huán)的循環(huán)D.循環(huán)特性循環(huán)特性r=+1的循環(huán)的循環(huán) 3、零件表面經(jīng)淬火、滲氮、噴丸、磙子碾壓等處理后，其疲勞強(qiáng)度、零件表面經(jīng)淬火、滲氮、噴丸、磙子碾壓等處理后，其疲勞強(qiáng)度_。A.增高增高B.降低降低C.不變不變D.增高或降低視處理方法而定增高或降低視處理方法而定4、 某齒輪工作