機械零件的強PPT學習教案

1、會計學1 機械零件的強機械零件的強 上一頁上一頁 分目錄分目錄 機械零件應力分類機械零件應力分類 機械零件載荷和應力的分類機械零件載荷和應力的分類 靜應力靜應力 不隨時間變化的應力。不隨時間變化的應力。 變應力變應力 隨時間變化的應力。分穩(wěn)定變應力（循環(huán)變應隨時間變化的應力。分穩(wěn)定變應力（循環(huán)變應 力）和非力）和非穩(wěn)定變應力，穩(wěn)定變應力， 平均應力平均應力應力幅應力幅 2 minmax m 2 minmax a 循環(huán)特性：循環(huán)特性： max min r 對稱循環(huán)對稱循環(huán) 脈動循環(huán)脈動循環(huán) 靜應力靜應力 1r0r 1r 如圖。如圖。 第1頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 機械零件載荷和應力

2、的分類機械零件載荷和應力的分類 靜應力靜應力非對稱循環(huán)變應力非對稱循環(huán)變應力脈動循環(huán)變應力脈動循環(huán)變應力對稱循環(huán)變應力對稱循環(huán)變應力 圖圖3-1 應力的類型應力的類型 minmax m 0 a 1r 2 minmax m 2 minmax a am am max min r 1r0r 2 max am 0 min 0 m minmax a a)b) c) d) 11r 第2頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 零件在靜應力下工作時的強度零件在靜應力下工作時的強度 在靜應力作用下零件的破壞形式為斷裂或塑性變形在靜應力作用下零件的破壞形式為斷裂或塑性變形 強度條件強度條件 s s lim lim

3、 、 危險截面處的最大應力。危險截面處的最大應力。 s 、 s安全系數(shù)。安全系數(shù)。 、 零件材料的許用應力。零件材料的許用應力。 lim、 lim 極限正應力和極限切應力，對于塑性材料，按不發(fā)生極限正應力和極限切應力，對于塑性材料，按不發(fā)生 塑性變形的條件進行強度計算時，塑性變形的條件進行強度計算時， lim s ，lims；按允許；按允許 少量塑性變形的條件進行強度計算時，少量塑性變形的條件進行強度計算時，lim B ，limB。 對于脆性材料，對于脆性材料， limB ，limB。 第3頁/共22頁 零件在靜應力下工作時的強度零件在靜應力下工作時的強度 分目錄分目錄上一頁上一頁 復合靜應力

4、作用下的塑性材料零件，用第三和第四強度復合靜應力作用下的塑性材料零件，用第三和第四強度 理論計算復合應力。理論計算復合應力。 其強度條件為其強度條件為 22 22 3 4 co co 復合安全強系數(shù)為復合安全強系數(shù)為 s ss ss s 22 limlim s s ss 危險截面處的實際安全系數(shù)危險截面處的實際安全系數(shù) s 許用復合安全系數(shù)。許用復合安全系數(shù)。 第4頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 機械零件的疲勞強度機械零件的疲勞強度 在變應力下工作的零件，疲勞斷裂是主要的失效形式之一。在變應力下工作的零件，疲勞斷裂是主要的失效形式之一。 低周疲勞低周疲勞： 4 10N 時，疲勞極限較高

5、，時，疲勞極限較高， 接近于屈服極限，疲勞極限幾乎與循環(huán)次數(shù)的接近于屈服極限，疲勞極限幾乎與循環(huán)次數(shù)的 變化無關。變化無關。 D NN 4 10 高周疲勞：高周疲勞：時，疲勞極限時，疲勞極限 隨循環(huán)次數(shù)的增加而降低。隨循環(huán)次數(shù)的增加而降低。 在有限壽命區(qū)在有限壽命區(qū)CNN m r m rN 0 Nr m r m rN K N N 0 任意循環(huán)次數(shù)下的疲勞極限任意循環(huán)次數(shù)下的疲勞極限 KN壽命系數(shù)，壽命系數(shù)， rrNN K/ m材料常數(shù)，由實驗定。材料常數(shù)，由實驗定。 圖圖3-2 材料的疲勞曲線材料的疲勞曲線 當循環(huán)特性未知時，按對稱循環(huán)處理！ r= -1 當NN0時，rN= -1 r 第5頁/

6、共22頁 機械零件的疲勞強度機械零件的疲勞強度 分目錄分目錄上一頁上一頁 圖圖3-3 材料的極限應力曲線材料的極限應力曲線 am max 直線AG的方程： ma 1 零件材料的疲勞極限： 材料的最大工作應力 ： am max 若Max Max, 材料發(fā)生的應力在OAGC 區(qū)域內(nèi)，不會發(fā)生疲勞破壞，否則會發(fā)生。 在OAGC 折線上，表示處于極限狀態(tài)。 直線GC的方程：sam 0 01 2 為試件受循環(huán)彎曲應力時的材料常數(shù)， 其值由試驗確定 。對碳鋼， ； 對合金鋼 。 2 . 01 . 0 3 . 02 . 0 也可計算：-1對稱循環(huán)疲勞極限 0脈動循環(huán)疲勞極限 第6頁/共22頁 機械零件的疲勞

7、強度計算機械零件的疲勞強度計算 分目錄分目錄上一頁上一頁 影響零件疲勞強度的主要因素：影響零件疲勞強度的主要因素： 應力集中、零件尺寸、表面狀態(tài)。應力集中、零件尺寸、表面狀態(tài)。 綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù) e K 1 1 零件的對稱循環(huán)疲勞極限為零件的對稱循環(huán)疲勞極限為 K e 1 1 圖圖3-4 零件的極限應力圖零件的極限應力圖 圖圖3-3 材料的極限應力曲線材料的極限應力曲線 第7頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算 me e ae e K 1 1 或或 meaeK 1 直線直線CG的方程為的方程為 ae me s + 直線直線AG的方程為的方

8、程為 式中：式中： ae 零件受循環(huán)彎曲應力時的極限應力幅；零件受循環(huán)彎曲應力時的極限應力幅； me 零件受循環(huán)彎曲應力時的極限平均應力；零件受循環(huán)彎曲應力時的極限平均應力； e 零件受循環(huán)彎曲應力時的材料常數(shù)。零件受循環(huán)彎曲應力時的材料常數(shù)。 圖圖3-4 零件的極限應力圖零件的極限應力圖 第8頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算 e 0 01 21 KK = K K 彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)。彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)。 q k 1 1 1 式中：式中： k 零件的有效應力集中系數(shù)零件的有效應力集中系數(shù)(腳標腳標 表示在正應力條件下，下同表示

9、在正應力條件下，下同)； 零件的尺寸系數(shù)；零件的尺寸系數(shù)； 零件的表面質(zhì)量系數(shù)；零件的表面質(zhì)量系數(shù)； q 零件的強化系數(shù)。零件的強化系數(shù)。 以上各系數(shù)的值見有關資料或本章附錄。以上各系數(shù)的值見有關資料或本章附錄。 第9頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算 （一）單向穩(wěn)定變應力時機械零件的疲勞強度計算（一）單向穩(wěn)定變應力時機械零件的疲勞強度計算 cr . 1 的情況的情況 對應于對應于M點零件的極限應力（疲勞極限）點零件的極限應力（疲勞極限）max mama am KK max11 max ae me + = 圖圖3-5 r=c時的極限應力時的極限

10、應力 計算安全系數(shù)計算安全系數(shù)及強度條件為及強度條件為 max max lim ca S ma K 1 s 第10頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算 對應于對應于 點的極限應力點點的極限應力點 位于直線位于直線CGCG上。此時的極限應力即為屈服極上。此時的極限應力即為屈服極 限，工作應力為限，工作應力為 點時，可能發(fā)生的是屈服失效，故只需進行靜強度計算。點時，可能發(fā)生的是屈服失效，故只需進行靜強度計算。 在工作應力為單向應力時，強度計算式為在工作應力為單向應力時，強度計算式為 1 N N N lim ca S max s S ma s c m

11、. 2 的情況的情況 max = e 1 K m 1 K K m 1 圖圖3-6 c m 時的極限應力時的極限應力 ae K m 1 = 計算安全系數(shù)及強度條件為計算安全系數(shù)及強度條件為 max max lim ca S am m K K 1 s 第11頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算 c min .3 的情況的情況 c min 圖圖3-7 時的極限應力時的極限應力 max max ca S min min1 2 2 a K K s aad K m + ad ca S 1 C ammin 第12頁/共22頁 機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲

12、勞強度計算 分目錄分目錄上一頁上一頁 （二）單向不穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算（二）單向不穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算 當損傷率達到當損傷率達到100 100 時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對應于極限狀況有時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對應于極限狀況有 1 1 z i i i N n ca z i m ii m n N 1 0 1 ca ca S 1 s 圖圖3-8 規(guī)律性不穩(wěn)定變應力示意圖規(guī)律性不穩(wěn)定變應力示意圖圖圖3-9 不穩(wěn)定變應力在不穩(wěn)定變應力在 坐標上坐標上N r 注意：當-1時，計算時不予考慮。 第13頁/共22頁 機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算 分目錄分目錄上一頁上一頁 （三）

13、雙向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算（三）雙向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算 2 2 SS SS Sca ma K S 1 ma K S 1 及及 圖圖3-10 雙向應力時的極限應力圖雙向應力時的極限應力圖 第14頁/共22頁 機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算 分目錄分目錄上一頁上一頁 （四）提高機械零件疲勞強度的措施（四）提高機械零件疲勞強度的措施 1. 盡可能降低零件上的應力集中的影響，是提高零件疲勞強度盡可能降低零件上的應力集中的影響，是提高零件疲勞強度 的首要措施。的首要措施。 2. 選用疲勞強度高的材料和規(guī)定能夠提高材料疲勞強度的熱處選用疲勞強度高的材料和規(guī)定能夠提高材料疲勞強度的

14、熱處 理方法及強化工藝。理方法及強化工藝。 3. 提高零件的表面質(zhì)量。提高零件的表面質(zhì)量。 4. 盡可能的減小或消除零件表面可發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對盡可能的減小或消除零件表面可發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對 于延長零件的疲勞壽命有著比提高材料性能更為顯著的作用。于延長零件的疲勞壽命有著比提高材料性能更為顯著的作用。 第15頁/共22頁 3、通過斷裂力學試驗，測定構件材料的斷裂韌度、通過斷裂力學試驗，測定構件材料的斷裂韌度k1c。目前已。目前已 由一些工程手冊中列出了用結構材料的平面應變斷裂韌度；由一些工程手冊中列出了用結構材料的平面應變斷裂韌度； 分目錄分目錄上一頁上一頁 機械零件的抗斷裂強度機械

15、零件的抗斷裂強度 在工程實際中，有一些結構，當工作應力小于許用應力時，在工程實際中，有一些結構，當工作應力小于許用應力時， 在實際應用中有時會發(fā)生突然的斷裂，這種現(xiàn)象稱低應力脆斷。在實際應用中有時會發(fā)生突然的斷裂，這種現(xiàn)象稱低應力脆斷。 4、對構件進行安全性判斷。、對構件進行安全性判斷。 在運用斷裂力學對含裂紋結構進行強度分析和安全性評價時，在運用斷裂力學對含裂紋結構進行強度分析和安全性評價時， 通常應做以下幾方面的工作：通常應做以下幾方面的工作： 1 1、 分析確定裂紋的形狀、大小及分布，已確定初使裂紋的分析確定裂紋的形狀、大小及分布，已確定初使裂紋的 尺寸尺寸a a0 0， 通常應對結構進

16、行精確的無損探傷來確定通常應對結構進行精確的無損探傷來確定a a0 0, ,通常應對通常應對 構件進行精確的無損探傷來確定構件進行精確的無損探傷來確定a a0 0； 2、對構件的工作載荷進行充分的分析，運用斷裂力學的知識，、對構件的工作載荷進行充分的分析，運用斷裂力學的知識， 確定裂紋頂端的應力強度因子確定裂紋頂端的應力強度因子k1; 第16頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 機械零件的接觸強度計算機械零件的接觸強度計算 單擊單擊 ) 1 () 1 ( ) 11 ( 2 2 2 1 2 1 21 EE b F n H 1 2 、 零件零件1和零件和零件2 初始接觸線處的曲率半徑；初始接觸線處的曲率半徑； 2 、 1 零件零件1和零件和零件2 材料的泊松比；材料的泊松比； E1、E2零件零件1和零件和零件2 材料的彈性模量；材料的彈性模量； Fn作用在接觸面上的總作用在接觸面上的總 壓力；壓力； b初始接觸線長度。初始接觸線長度。 赫茲公式赫茲公式 第17頁/共22頁 分目錄分目錄上一頁上一頁 第18頁/共