第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度

1、第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery 第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度1.載荷和應(yīng)力的分類 靜載荷、變載荷 靜應(yīng)力、變應(yīng)力 靜載荷：大小和方向不隨時(shí)間變化或變化緩慢的載荷。 變載荷：隨時(shí)間周期性變化或非周期性變化的載荷。靜應(yīng)力：不隨時(shí)間變化或變化緩慢的應(yīng)力。 (只在靜載荷作用下產(chǎn)生) 變應(yīng)力：隨時(shí)間變化的應(yīng)力。 (可由變載荷產(chǎn)生，也可由靜載荷產(chǎn)生) t well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery材料疲憊的兩種類別 交變應(yīng)力的描述 sm平均應(yīng)力； sa應(yīng)力幅值 smax最大應(yīng)力； smin

2、最小應(yīng)力r 應(yīng)力比(循環(huán)特性) s s min s m max 2 s min s max s min r sa s max 2 描述規(guī)律性的交變應(yīng)力可有5個(gè)參數(shù)，但其中只有兩個(gè)參數(shù)是獨(dú)立的。 r = -1 對稱循環(huán)應(yīng)力 r=0 脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力 r=1 靜應(yīng)力 well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery 3.1 材料的疲憊特性 1. s n 疲憊曲線( ) 描述了某種應(yīng)力比下，疲憊極限與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的關(guān)系。 well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of m

3、achinery疲憊曲線 機(jī)械零件的疲憊大多發(fā)生在s-n曲線的 cd段，可用下式描述：m s rn n c (nc n nd ) d點(diǎn)以后的疲憊曲線呈一水平線，代表著 無限壽命區(qū)其方程為： 由于nd很大，所以在作疲憊試驗(yàn)時(shí)，常 s-n疲憊曲線 規(guī)定一個(gè)循環(huán)次數(shù)n0(稱為循環(huán)基數(shù)),用n0 及其相對應(yīng)的疲憊極限r(nóng)來近似代表nd和 r,于是有：m s rn n s rm n 0 c s rn s r ( n n d ) 有限壽命區(qū)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)n與疲憊極限srn的關(guān)系為： sr n0 m n n0 s rn s r n s rn 式中， sr、n0及m的值由材料試驗(yàn)確定。 m well begun

4、is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery 2、等壽命疲憊曲線(極限應(yīng)力線圖) ( 極限應(yīng)力線圖 ) 機(jī)械零件材料的疲憊特性除用s-n曲線表示外，還可用等壽命曲線來 描述。該曲線表達(dá)了不同應(yīng)力比時(shí)疲憊極限的特性。在工程應(yīng)用中，常將等壽命曲線用直線來近似替代。 用a'g'c折線表示零件材料的極限應(yīng)力線圖是其中一種近似方法。a'g'直線的方程為： s 1 s a s s mcg'直線的方程為： ss s a s m 為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材 料常數(shù)，其值由試驗(yàn)及下式打算： s 2s 1 s 0 對

5、于碳鋼， 0.10.2,對于合金鋼， 0.20.3。 s0 well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery 3-2 機(jī)械零件的疲憊強(qiáng)度計(jì)算 ks 1 1 彎曲疲憊極限的綜合影響系數(shù)： k s 1 s s q ks 零件的應(yīng)力集中系數(shù) 零件的極限應(yīng)力線圖 s 零件的尺寸系數(shù) s 零件的表面質(zhì)量系數(shù)零件的強(qiáng)化系數(shù) q s 1 對稱循環(huán)： ks s 1e sa 非對稱循環(huán)： ks s ae well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery 1. a

6、g的方程：s 1e s 1ks' ' s ae ses me ' ' s k s s 或 1 s ae s me ' s 1 s a' s s m a g 的方程 2. cg方程：' ' s ae s me ss ' s a' s m ss cg 的方程 well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery 1. 單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的疲憊強(qiáng)度計(jì)算 機(jī)械零件應(yīng)力的變化規(guī)律： 變應(yīng)力的循環(huán)特性不變 變應(yīng)力的平均應(yīng)力不變 變應(yīng)力的最小應(yīng)力不變

7、r csm c s min c well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery 單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的疲憊強(qiáng)度計(jì)算步驟：第一步：依據(jù)零件材料的屈服極限，對稱循環(huán)、 脈動(dòng)循環(huán)疲憊極限，做出零件的極限應(yīng)力圖； 其次步：求出零件危急截面上的最大應(yīng)力及最小 應(yīng)力，計(jì)算出平均應(yīng)力、應(yīng)力幅及應(yīng)力比，在極 限圖上標(biāo)出零件的工作應(yīng)力點(diǎn)； well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery 第三步：計(jì)算零件平安系數(shù) (以r=c為例) 假如工作點(diǎn)在oag區(qū)域，

8、屬于疲憊失效： s 1 s ca s ks s a s s m 假如工作點(diǎn)在ogc區(qū)域， s ca s s s sa sm 屬于屈服失效： well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery 2. 單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的疲憊強(qiáng)度計(jì)算 非規(guī)律性的不穩(wěn)定變應(yīng)力 依據(jù)大量的試驗(yàn)，求得載荷及應(yīng)力的統(tǒng)計(jì)分布 規(guī)律，用統(tǒng)計(jì)的方法來處理。 規(guī)律性的不穩(wěn)定變應(yīng)力 well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery 疲憊損傷累計(jì)假說(miner法則) n1 n

9、2 n3 nz 1 n1 n 2 n3 nz每一次大于長久疲憊極限的應(yīng)力循環(huán)都會(huì)對材料起 到疲憊損傷的作用，損傷率達(dá)到100%,材料發(fā)生 疲憊破壞。 z ni 0.7 2.2 i 1 n i 作用在材料上的應(yīng)力：假如由小到大，等式 右邊就會(huì)大于1,反之，就會(huì)小于1。 well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery 不穩(wěn)定變應(yīng)力的計(jì)算應(yīng)力： s ca m 1 n0 m n s i i i 1 z p31:例題：3-1 well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design o

10、f machinery 4. 提高機(jī)械零件強(qiáng)度的措施從承受靜載荷的角度考慮： 采納強(qiáng)度高的材 料 使零件具有足夠的截面尺寸 合理地設(shè)計(jì)截面采納熱處理提高材料力學(xué)性能 提高制造精度合理地配置零件的位置 well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery 從承受動(dòng)載荷的角度考慮： 降低零件上的應(yīng)力集中 采納疲憊強(qiáng)度高的材料 采納提高材料疲憊強(qiáng)度的熱處理方法及強(qiáng)化工藝提高表面質(zhì)量 減小或消退零件表面的初始裂紋 well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machin

11、ery 3.4 機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度the original analysis of elastic contact tresses, by h. hertz, was published in 1881 the stresses at the mating surfaces of curved bodies in compression are called hertz contact stresses. the hertz problem relates to the stresses owing to the contact surface of a sphere on a plane,

12、a sphere on a sphere, a cylinder on a cylinder, and the like. rolling bearings, cams, push rod mechanisms, locomotive wheels, valve tappets, gear teeth, pin joints in linkages. well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery 一、分類 1.依據(jù)接觸區(qū)域的外形分為：線接觸與點(diǎn)接觸 2.依據(jù)接觸區(qū)域的曲率中心的相互位置： 外接觸與內(nèi)接觸 well

13、begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery 接觸應(yīng)力(赫茲應(yīng)力)的計(jì)算公式f 1 1 b 1 2 2 1 12 1 2 e e 1 2 sh f b 1 , 2 1 , 2e1 , e 2 作用于接觸面上的總壓力 初始接觸線長度 兩零件初始接觸處的曲率半徑 兩零件材料的泊松比 兩零件的彈性模量 well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery sh 1 1 1 2 2 1 12 1 2 e2 e1 f b 思索：1. 在載荷、幾何外形相同的狀況下，鋼制零件間的 接觸應(yīng)力 鑄鐵零件間的接觸應(yīng)力？ (大于，等于，小于) 注：鋼的e鑄鐵的e 2. 接觸應(yīng)力的循環(huán)特性 r= ? well begun is half done. 好的開頭等于勝利的一半。 機(jī)械設(shè)計(jì) design of machinery 作業(yè)： p45: 3-1, 3-2 3-3:某材料受彎曲變應(yīng)力作用，其力學(xué)性