ch3机械零件的强度演示教学

第三章机械零件的强度§2—1预备知识:载荷与应力的分类一、载荷的分类1）循环变载荷a)稳定循环变载荷b)不稳定循环变载荷2）随机变载荷静载荷:载荷的大小或方向不随时间变化或变化极缓慢。变载荷：载荷：1）名义载荷:在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。2）计算载荷:是名义载荷与载荷系数的乘积。随机变应力静应力规律性不稳定变应力二、应力的分类1、应力种类变应力：不稳定变应力随机变应力稳定循环变应力2、稳定循环变应力的基本参数和种类a)基本参数应力循环特性最大应力最小应力平均应力应力幅b)稳定循环变应力种类：-1<γ<+1——不对称循环变应力γ=+1——静应力γ=–1——对称循环变应力γ=0——脉动循环变应力一、单向应力下的塑性零件强度条件：或§2—2静应力时机械零件的强度计算二、复合应力时的塑性材料零件按第三或第四强度理论对弯扭复合应力进行强度计算由第三强度理论（最大剪应力理论）由第四强度理论：（最大变形能理论）复合应力计算安全系数为：三、脆性材料与低塑性材料脆性材料极限应力：（强度极限）1、单向应力状态强度条件：或或失效形式：断裂按第一强度条件：（最大主应力理论）注意：低塑性材料（低温回火的高强度钢）—强度计算应计入应力集中的影响脆性材料（铸铁）—强度计算不考虑应力集中一般工作期内应力变化次数<103（104）按静应力强度计算2、复合应力下工作的零件1、失效形式：疲劳（破坏）（断裂）2、疲劳破坏特征：1）断裂过程：①产生初始裂纹（应力较大处）②裂纹尖端在切应力作用下，反复扩展，直至产生疲劳裂纹。2）断裂面：①光滑区（疲劳发展区）②粗糙区（脆性断裂区）3）无明显塑性变形的脆性突然断裂4）破坏时的应力（疲劳极限）远小于材料的屈服极限§2-3机械零件的疲劳强度计算一、变应力作用下机械零件的失效特征3、疲劳破坏的机理：损伤的累积4、影响因素：不仅与材料性能有关，变应力的循环特性，应力循环次数，应力幅都对疲劳极限有很大影响。二、材料的疲劳曲线和极限应力图——疲劳极限，循环特性r下应力循环N次后材料不发生疲劳破坏时的最大应力称为材料的疲劳极限。疲劳寿命（N）——材料疲劳失效前所经历的应力循环次数N1、疲劳曲线：应力循环特性一定时，材料的疲劳极限与应力循环次数之间关系的曲线No—循环基数—持久极限1）有限寿命区当N<103(104)—低周循环，疲劳极限接近于屈服极限，按静强度计算当N>103(104)——高周循环疲劳当时随循环次数↑疲劳极限↓注意：有色金属和高强度合金钢无无限寿命区。2）无限寿命区——持久极限对称循环：脉动循环：3）疲劳曲线方程——寿命系数∴疲劳极限几点 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 ：①No硬度≤350HBS钢，No=107≥350HBS钢，No=(10-25)x107有色金属(无水平部分)， 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 当No>25x107时,近似为无限寿命区②m—材料常数,与应力及材料的种类有关。钢m=9——拉、弯应力、剪应力m=6——接触应力青铜m=9——弯曲应力m=8——接触应力③应力循环特性越大，材料的疲劳极限与持久极限越大，对零件强度越有利。对称循环（应力循环特性=-1）最不利2、材料的疲劳极限应力图同一种材料在不同的应力循环特性下的疲劳极限的特性。（图）对任何材料（ 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 试件）而言，在一定的应力循环次数N下，对不同的应力循环特性有不同的持久极限，即每种应力循环特性下都对应着该材料的最大应力，再由应力循环特性可求出以及和以为横坐标、为纵坐标，即可得材料在不同应力循环特性下的极限和的关系图。如图如图A′B所示为脆性材料（塑性材料类似），曲线上的点对应着不同应力循环特性下的材料疲劳极限A′——对称疲劳极限点D′——脉动疲劳极限点C——屈服极限点B——强度极限点比较图对称极限点强度极限点脉动疲劳极限点屈服极限点简化极限应力线图：——简化极限应力图作法：考虑材料的最大应力不超过疲劳极限，得及延长线考虑塑性材料的最大应力不超过屈服极限，得如图上各点：如果不会疲劳破坏上各点：如果不会屈服破坏折线以内为疲劳和塑性安全区，折线以外为疲劳和塑性失效区，工作应力点离折线越远，安全程度愈高。材料的简化极限应力线图，可根据材料的三个试验数据和得出。由于实际机械零件与标准试件之间在绝对尺寸、表面状态、应力集中、环境介质等方面往往有差异，这些因素的综合影响使零件的疲劳极限不同于材料的疲劳极限，其中尤以应力集中、零件尺寸和表面状态三项因素对机械零件的疲劳强度影响最大。三、影响机械零件疲劳强度的主要因素和零件极限应力图1、应力集中的影响——有效应力集中系数零件受载时，在几何形状突变处（圆角、凹槽、孔等）要产生应力集中，对应力集中的敏感程度与零件的材料有关，一般材料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感。——为考虑零件几何形状的理论应力集中系数——应力集中源处名义应力——材料对应力集中的敏感系数——应力集中源处最大应力2、零件尺寸的影响——尺寸系数由于零件尺寸愈大时，材料的晶粒较粗，出现缺陷的概率大，而机械加工后表面冷作硬化层相对较薄，所以对零件疲劳强度的不良影响愈显著3、表面状态的影响1）表面质量系数零件加工的表面质量（主要指表面粗糙度）对疲劳强度的影响钢的越高，表面愈粗糙，愈低强化处理——淬火、渗氮、渗碳、热处理、抛光、喷丸、滚压等冷作工艺2）表面强化系数考虑对零件进行不同的强化处理，对零件疲劳强度的影响应力集中，零件尺寸和表面状态只对应力幅有影响，而对平均应力无影响——试验而得4、综合影响系数和零件的极限应力图综合影响系数表示了材料极限应力幅与零件极限应力幅的比值1）综合影响系数2、零件的极限应力图由于只对有影响，而对无影响，∴在材料的极限应力图A´D´G´C上几个特殊点以坐标计入影响零件脉动循环疲劳点零件对称循环疲劳点AG——许用疲劳极限曲线，GC——屈服极限曲线直线AG方程:——零件的材料特性——标准试件中的材料特性直线CG方程：四、单向稳定变应力时的疲劳强度计算1、——大多数转轴中的应力状态∴过原点与工作应力点M或N作连线交ADG于M1´和N1´点，由于直线上任一点的应力循环特性均相同,M1´和N1´点即为所求的极限应力点。a)当工作应力点位于OAG内极限应力为疲劳极限，按疲劳强度计算零件的极限应力，即疲劳极限为：强度条件为：b)工作应力点位于OGC内极限应力为屈服极限，按静强度计算2、——振动中的受载弹簧的应力状态需在极限应力图上找一个其平均应力与工作应力相同的极限应力，如图，过工作应力点M（N）作与纵轴平行的轴线交AGC于M2´（N2´）点，即为极限应力点a)当工作应力点位于OAGH区域极限应力为疲劳极限强度条件：b）工作应力点位于GHC区域极限应力为屈服极限强度条件为：3、——轴向变载荷的紧螺栓联接中的螺栓应力状态∴过工作应力点M（N）作与横坐标成45°的直线，则这直线任一点的最小应力均相同，∴直线与极限应力线图交点即为所求极限应力点。a)工作应力点位于OJGI区域内求AG与MM3´的交点:强度条件:极限应力为疲劳极限，按疲劳强度计算c）工作应力位于OAJ区域内b)工作应力点位于IGC区域极限应力为屈服极限按静强度计算∵极限应力点为静强度条件——为负值， 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 中罕见，故不作考虑。5）等效应力幅注意：1）若零件所受应力变化规律不能肯定，一般采用γ=C的情况计算。2）上述计算均为按无限寿命进行零件 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ，若按有限寿命要求设计零件时，即应力循环次数103(104)