機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之機(jī)械設(shè)計(jì)-第2章：機(jī)械零件設(shè)計(jì)計(jì)算基礎(chǔ)2007

1、北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅第二章第二章 E靜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算靜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算 E變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算 E表面強(qiáng)度計(jì)算表面強(qiáng)度計(jì)算 E剛度和振動(dòng)計(jì)算剛度和振動(dòng)計(jì)算 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅步驟步驟1 1：繪制：繪制運(yùn)動(dòng)簡圖運(yùn)動(dòng)簡圖 步驟步驟2 2：繪制：繪制結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖 步驟步驟3 3：分析載荷應(yīng)力：分析載荷應(yīng)力 步驟步驟4 4：選擇零件材料：選擇零件材料 步驟步驟5 5：分析失效形式：

2、分析失效形式 步驟步驟6 6：確定工作準(zhǔn)則：確定工作準(zhǔn)則 步驟步驟7 7：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 步驟步驟8 8：進(jìn)行：進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 步驟步驟9 9：進(jìn)行：進(jìn)行校核驗(yàn)算校核驗(yàn)算 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅步驟步驟1 1：繪制運(yùn)動(dòng)簡圖：繪制運(yùn)動(dòng)簡圖 步驟步驟2 2：繪制：繪制結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖 步驟步驟3 3：分析載荷應(yīng)力：分析載荷應(yīng)力 步驟步驟4 4：選擇零件材料：選擇零件材料 步驟步驟5 5：分析失效形式：分析失效形式 步驟步驟6 6：確定工作準(zhǔn)則：確

3、定工作準(zhǔn)則 步驟步驟7 7：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 步驟步驟8 8：進(jìn)行：進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 步驟步驟9 9：進(jìn)行：進(jìn)行校核驗(yàn)算校核驗(yàn)算 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅計(jì)算載荷計(jì)算載荷= =K K 名義載荷名義載荷 載荷系數(shù)（工作情況系數(shù)）載荷系數(shù)（工作情況系數(shù)） 載荷（載荷（1） 載荷載荷 作用于零件上的力或力矩作用于零件上的力或力矩 名義載荷（理論載荷）名義載荷（理論載荷）F F 理想工作條件下的載荷，根據(jù)額定功率計(jì)理想工作條件下的載荷，根據(jù)額定功率計(jì) 算算

4、 計(jì)算載荷（實(shí)際載荷）計(jì)算載荷（實(shí)際載荷）F Fc c 作用于零件的實(shí)際載荷，考慮各種附加載作用于零件的實(shí)際載荷，考慮各種附加載 荷荷 K 1 主因是動(dòng)力機(jī)與工作機(jī)的工作性質(zhì)，如平穩(wěn)、沖擊主因是動(dòng)力機(jī)與工作機(jī)的工作性質(zhì)，如平穩(wěn)、沖擊 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅內(nèi)燃機(jī)閥門內(nèi)燃機(jī)閥門 彈簧受力彈簧受力 載荷（載荷（2） 靜載荷靜載荷 不隨時(shí)間變化或變化緩慢的載荷不隨時(shí)間變化或變化緩慢的載荷 鍋爐受力鍋爐受力 變載荷變載荷 隨時(shí)間周期性或非周期性變化的載荷隨時(shí)間周期性或非周期性變化的載荷 汽車軸、汽車軸、 齒輪受力

5、齒輪受力 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅應(yīng)力應(yīng)力 （） 單位面積上的內(nèi)力單位面積上的內(nèi)力 拉伸應(yīng)力、壓縮應(yīng)力、剪切應(yīng)力拉伸應(yīng)力、壓縮應(yīng)力、剪切應(yīng)力 F 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅t t min max m 零件的應(yīng)力零件的應(yīng)力 作用在零件剖面上的應(yīng)力作用在零件剖面上的應(yīng)力 穩(wěn)定變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力 靜應(yīng)力靜應(yīng)力 不隨時(shí)間變化或變化緩慢的應(yīng)力不隨時(shí)間變化或變化緩慢的應(yīng)力 變應(yīng)力變應(yīng)力 隨時(shí)間周期性或非周期性變化的應(yīng)力隨時(shí)間周期性或非周

6、期性變化的應(yīng)力 非穩(wěn)定變應(yīng)力非穩(wěn)定變應(yīng)力 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅問題問題：靜變載荷與靜變應(yīng)力的關(guān)系？靜變載荷與靜變應(yīng)力的關(guān)系？ 名義應(yīng)力？計(jì)算應(yīng)力？名義應(yīng)力？計(jì)算應(yīng)力？ 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅穩(wěn)定變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力 每次循環(huán)的參數(shù)和周期均不隨時(shí)間變化每次循環(huán)的參數(shù)和周期均不隨時(shí)間變化 的周期性變應(yīng)力，亦稱循環(huán)變應(yīng)力的周期性變應(yīng)力，亦稱循環(huán)變應(yīng)力 對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力 脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力 非對稱循環(huán)變應(yīng)

7、力非對稱循環(huán)變應(yīng)力 應(yīng)力參數(shù)應(yīng)力參數(shù) 最大應(yīng)力最大應(yīng)力max max m m + + a a 最小應(yīng)力最小應(yīng)力min min m m a a 平均應(yīng)力平均應(yīng)力m m (max max+ + min min) ) 2 2 應(yīng)力幅應(yīng)力幅 a a (max max min min) ) 2 2 應(yīng)力循環(huán)特性應(yīng)力循環(huán)特性 r r = = min min max max 問題問題：三種穩(wěn)定變應(yīng)力的參數(shù)？三種穩(wěn)定變應(yīng)力的參數(shù)？ 靜應(yīng)力的參數(shù)？靜應(yīng)力的參數(shù)？ 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅材料的極限應(yīng)力（材料的極限應(yīng)力（1）

8、B e e 玻璃鋼玻璃鋼 灰口鑄鐵灰口鑄鐵 e e p S B A A B B C D E 靜應(yīng)力靜應(yīng)力下的極限應(yīng)力與材料性能有關(guān)下的極限應(yīng)力與材料性能有關(guān) 脆性材料取強(qiáng)度極限應(yīng)力脆性材料取強(qiáng)度極限應(yīng)力B B 塑性材料取屈服極限應(yīng)力塑性材料取屈服極限應(yīng)力S S 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅材料的極限應(yīng)力（材料的極限應(yīng)力（2） 變應(yīng)力變應(yīng)力下的極限應(yīng)力依據(jù)防疲勞斷裂準(zhǔn)則確定，下的極限應(yīng)力依據(jù)防疲勞斷裂準(zhǔn)則確定， 取疲勞極限應(yīng)力（材料經(jīng)過取疲勞極限應(yīng)力（材料經(jīng)過N N0 0次應(yīng)力循環(huán)不發(fā)生次應(yīng)力循環(huán)不發(fā)生 破壞的最

9、大應(yīng)力）破壞的最大應(yīng)力）r，該值可從有關(guān)手冊查取。，該值可從有關(guān)手冊查取。 0 N N N rN r 有限壽命區(qū)有限壽命區(qū) 無限壽命區(qū)無限壽命區(qū) 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅許用應(yīng)力：許用應(yīng)力：設(shè)計(jì)零件時(shí)所依據(jù)的條件應(yīng)力設(shè)計(jì)零件時(shí)所依據(jù)的條件應(yīng)力 許用安全系數(shù)：許用安全系數(shù)：考慮計(jì)算精度、材料均勻度和考慮計(jì)算精度、材料均勻度和 零件重要度等因素，查表而得。零件重要度等因素，查表而得。 許用安全系數(shù)許用安全系數(shù)許用應(yīng)力許用應(yīng)力結(jié)構(gòu)笨重結(jié)構(gòu)笨重 許用安全系數(shù)許用安全系數(shù)許用應(yīng)力許用應(yīng)力不夠安全不夠安全 許用應(yīng)力與許

10、用安全系數(shù)許用應(yīng)力與許用安全系數(shù) S lim S lim 許用應(yīng)力許用應(yīng)力 極限應(yīng)力極限應(yīng)力 許用安全系數(shù)許用安全系數(shù) 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅步驟步驟1 1：繪制運(yùn)動(dòng)簡圖：繪制運(yùn)動(dòng)簡圖 步驟步驟2 2：繪制：繪制結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖 步驟步驟3 3：分析載荷應(yīng)力：分析載荷應(yīng)力 步驟步驟4 4：選擇零件材料：選擇零件材料 步驟步驟5 5：分析失效形式：分析失效形式 步驟步驟6 6：確定工作準(zhǔn)則：確定工作準(zhǔn)則 步驟步驟7 7：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 步驟步驟8 8：進(jìn)行：進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 步驟步驟9 9：

11、進(jìn)行：進(jìn)行校核驗(yàn)算校核驗(yàn)算 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅常用零件材料的力學(xué)性能等級和牌號常用零件材料的力學(xué)性能等級和牌號 （1 1）鑄鐵鑄鐵：含：含2.062.06易成型、價(jià)廉、吸振、易成型、價(jià)廉、吸振、 可靠性差。如灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵可靠性差。如灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵 （2 2）鋼鋼：含量：含量1.41.4常用。常用。 碳素鋼碳素鋼：普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼 合金鋼：綜合機(jī)械性能好，但較貴合金鋼：綜合機(jī)械性能好，但較貴 鑄鋼：鑄鋼：

12、含（含（0.150.150.60.6）易成型易成型 （3 3）有色金屬合金有色金屬合金：有特殊性能，價(jià)昂：有特殊性能，價(jià)昂少用。如少用。如 鋁合金、銅合金（黃銅、青銅）、軸承合金鋁合金、銅合金（黃銅、青銅）、軸承合金 （4 4） 非金屬材料非金屬材料：如工程塑料、橡膠、玻璃等燒結(jié)：如工程塑料、橡膠、玻璃等燒結(jié) 材料、復(fù)合材料材料、復(fù)合材料 常用材料常用材料 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅材料選用原則材料選用原則 使用要求使用要求 使用環(huán)境、載荷性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、重要程度使用環(huán)境、載荷性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、重要程度. . 工藝要求

13、工藝要求 零件及其毛坯的形狀、批量、加工方法零件及其毛坯的形狀、批量、加工方法. . 經(jīng)濟(jì)要求經(jīng)濟(jì)要求 材料價(jià)格結(jié)合加工費(fèi)用、材料利用率材料價(jià)格結(jié)合加工費(fèi)用、材料利用率. . 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅步驟步驟1 1：繪制運(yùn)動(dòng)簡圖：繪制運(yùn)動(dòng)簡圖 步驟步驟2 2：繪制：繪制結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖 步驟步驟3 3：分析載荷應(yīng)力：分析載荷應(yīng)力 步驟步驟4 4：選擇零件材料：選擇零件材料 步驟步驟5 5：分析失效形式：分析失效形式 步驟步驟6 6：確定工作準(zhǔn)則：確定工作準(zhǔn)則 步驟步驟7 7：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 步驟

14、步驟8 8：進(jìn)行：進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 步驟步驟9 9：進(jìn)行：進(jìn)行校核驗(yàn)算校核驗(yàn)算 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅軸可能的失效形式：軸可能的失效形式： 斷裂、塑性變形、過大彈性變形、共振斷裂、塑性變形、過大彈性變形、共振 F n 零件失效形式零件失效形式 失效失效 零件喪失工作能力或達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的性能，不零件喪失工作能力或達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的性能，不 僅僅指破壞僅僅指破壞 主要失效形式主要失效形式 斷裂斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂 表面點(diǎn)蝕表面點(diǎn)

15、蝕：工作表面片狀剝落：工作表面片狀剝落 塑性變形塑性變形：零件發(fā)生永久性變形：零件發(fā)生永久性變形 過大彈性變形過大彈性變形 表面破壞表面破壞 過大振動(dòng)和噪聲、過熱過大振動(dòng)和噪聲、過熱等等 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅步驟步驟1 1：繪制運(yùn)動(dòng)簡圖：繪制運(yùn)動(dòng)簡圖 步驟步驟2 2：繪制：繪制結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖 步驟步驟3 3：分析載荷應(yīng)力：分析載荷應(yīng)力 步驟步驟4 4：選擇零件材料：選擇零件材料 步驟步驟5 5：分析失效形式：分析失效形式 步驟步驟6 6：確定工作準(zhǔn)則：確定工作準(zhǔn)則 步驟步驟7 7：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：進(jìn)行設(shè)

16、計(jì)計(jì)算 步驟步驟8 8：進(jìn)行：進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 步驟步驟9 9：進(jìn)行：進(jìn)行校核驗(yàn)算校核驗(yàn)算 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅50 kN 零件工作能力準(zhǔn)則零件工作能力準(zhǔn)則 工作能力工作能力 不失效條件下零件的安全工作限度。該限不失效條件下零件的安全工作限度。該限 度通常以零件承受載荷的大小來表示，又度通常以零件承受載荷的大小來表示，又 常稱為常稱為“承載能力承載能力”。如：吊鉤最大起重。如：吊鉤最大起重 量量50 kN50 kN，其工作能力或承載能力為，其工作能力或承

17、載能力為50 kN50 kN 工作能力準(zhǔn)則工作能力準(zhǔn)則 衡量零件工作能力的指標(biāo)。零件設(shè)計(jì)就是針對零件主要衡量零件工作能力的指標(biāo)。零件設(shè)計(jì)就是針對零件主要 失效形式選擇適合的工作能力準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要包括失效形式選擇適合的工作能力準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要包括 強(qiáng)度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、耐磨性準(zhǔn)則、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則、強(qiáng)度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、耐磨性準(zhǔn)則、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則、 耐熱性準(zhǔn)則耐熱性準(zhǔn)則 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅強(qiáng)強(qiáng) 度度 準(zhǔn)準(zhǔn) 則則 剛度準(zhǔn)則剛度準(zhǔn)則 耐磨性準(zhǔn)則耐磨性準(zhǔn)則 選擇工作準(zhǔn)則選擇工作準(zhǔn)則 主要失效形式與工作準(zhǔn)則的對

18、應(yīng)主要失效形式與工作準(zhǔn)則的對應(yīng) 斷裂斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂 表面點(diǎn)蝕表面點(diǎn)蝕：工作表面片狀剝落：工作表面片狀剝落 塑性變形塑性變形：零件發(fā)生永久性變形：零件發(fā)生永久性變形 過大彈性變形過大彈性變形 表面破壞表面破壞 過大振動(dòng)和噪聲、過熱過大振動(dòng)和噪聲、過熱等等 振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅步驟步驟1 1：繪制運(yùn)動(dòng)簡圖：繪制運(yùn)動(dòng)簡圖 步驟步驟2 2：繪制：繪制結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖 步驟步驟3 3：分析載荷應(yīng)力：分析載荷應(yīng)力 步驟步驟4 4：選擇零件材料：選擇

19、零件材料 步驟步驟5 5：分析失效形式：分析失效形式 步驟步驟6 6：確定工作準(zhǔn)則：確定工作準(zhǔn)則 步驟步驟7 7：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 步驟步驟8 8：進(jìn)行：進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 步驟步驟9 9：進(jìn)行：進(jìn)行校核驗(yàn)算校核驗(yàn)算 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算 強(qiáng)度：強(qiáng)度：材料抵抗斷裂或殘余變形的能力材料抵抗斷裂或殘余變形的能力 強(qiáng)度準(zhǔn)則：強(qiáng)度準(zhǔn)則：工作應(yīng)力工作應(yīng)力許用應(yīng)力許用應(yīng)力 或或 失效形式：失效形式：斷裂、疲勞破壞、殘余變形斷裂、疲勞破壞、殘余

20、變形 典型零件：典型零件：軸、齒輪、軸、齒輪、 帶輪等帶輪等 S lim 正應(yīng)力：正應(yīng)力： S lim 剪應(yīng)力：剪應(yīng)力： 機(jī)械零件工作能力的最基本準(zhǔn)則機(jī)械零件工作能力的最基本準(zhǔn)則 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅靜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算靜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算 塑性材料零件塑性材料零件 = s S = s S 脆性或低塑性材料零件脆性或低塑性材料零件 = B S = B S 防止塑性變形防止塑性變形 防止斷裂防止斷裂 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅 1352204

21、6022 變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（1） 疲勞破壞機(jī)理：疲勞破壞機(jī)理：零件產(chǎn)生微觀裂紋；發(fā)展成宏觀裂紋；零件產(chǎn)生微觀裂紋；發(fā)展成宏觀裂紋； 宏觀裂紋急劇擴(kuò)展；到達(dá)材料極限強(qiáng)度時(shí)發(fā)生斷裂宏觀裂紋急劇擴(kuò)展；到達(dá)材料極限強(qiáng)度時(shí)發(fā)生斷裂 影響零件疲勞強(qiáng)度因素影響零件疲勞強(qiáng)度因素 材料極限應(yīng)力材料極限應(yīng)力 應(yīng)力集中應(yīng)力集中 尺寸效應(yīng)尺寸效應(yīng) 表面狀態(tài)表面狀態(tài) 疲勞失效：疲勞失效：大多數(shù)機(jī)械零件工作時(shí)受變應(yīng)力作用。即大多數(shù)機(jī)械零件工作時(shí)受變應(yīng)力作用。即 使應(yīng)力值小于材料的屈服強(qiáng)度，也會(huì)在經(jīng)受一定應(yīng)力循使應(yīng)力值小于材料的屈服強(qiáng)度，也會(huì)在經(jīng)受一定應(yīng)力循 環(huán)周期后突然斷裂，而且斷裂時(shí)沒有明

22、顯的宏觀塑性變環(huán)周期后突然斷裂，而且斷裂時(shí)沒有明顯的宏觀塑性變 形，這種破壞形式稱為疲勞失效形，這種破壞形式稱為疲勞失效 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（2） 0 N N N rN r 有限壽命區(qū)有限壽命區(qū) 無限壽命區(qū)無限壽命區(qū) 循環(huán)特性循環(huán)特性r r一定時(shí)，應(yīng)力循環(huán)一定時(shí)，應(yīng)力循環(huán)N N次后，材料不發(fā)次后，材料不發(fā) 生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力，稱為疲勞極限。生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力，稱為疲勞極限。 Nr m rrN K N N 0 K KN N：壽命系數(shù)：壽命系數(shù) N N

23、0 0: : 循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù) m m：材料與應(yīng)力指數(shù)：材料與應(yīng)力指數(shù)疲勞曲線（疲勞曲線（ N曲線曲線） rNmN = rmN0 = C 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（3） lgN lg rN O 103(104)N0 r A B 低周循環(huán)低周循環(huán)高周循環(huán)高周循環(huán) 有限壽命區(qū)有限壽命區(qū) 無限壽命區(qū)無限壽命區(qū) 循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù)(107) 疲勞曲線一般是在對稱循環(huán)變應(yīng)力條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果疲勞曲線一般是在對稱循環(huán)變應(yīng)力條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北

24、京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（4） 相同循環(huán)次數(shù)（通常取相同循環(huán)次數(shù)（通常取N N0 0）和不同循環(huán)特性）和不同循環(huán)特性r r下，下， 材料有不同的疲勞極限，可從材料疲勞極限應(yīng)力材料有不同的疲勞極限，可從材料疲勞極限應(yīng)力 圖求得。圖求得。 a m F( B,0)S( s,0) A(0, -1) B( 0/2, 0/2) E 安全區(qū)安全區(qū) 塑性失效區(qū)塑性失效區(qū) 疲勞失效區(qū)疲勞失效區(qū) 45o 135o ABES 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅 1352

25、2046022 變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（5） a m S( s,0) A a m S( s,0) A a m S( s,0) A lim= 2 -1 K (1-r)+ (1+r) 許用疲勞極限曲線許用疲勞極限曲線 許用疲勞極限曲線許用疲勞極限曲線 許用疲勞極限曲線許用疲勞極限曲線 簡化疲勞曲線簡化疲勞曲線 簡化疲勞曲線簡化疲勞曲線 簡化疲勞曲線簡化疲勞曲線 m1 min K K ：疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)：疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù) 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅變應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（變應(yīng)力狀態(tài)下

26、的強(qiáng)度計(jì)算（6） max = lim S a a = lim-a S 疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則：疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則： 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅表面強(qiáng)度計(jì)算表面強(qiáng)度計(jì)算 表面接觸強(qiáng)度表面接觸強(qiáng)度 表面擠壓強(qiáng)度表面擠壓強(qiáng)度 表面磨損強(qiáng)度表面磨損強(qiáng)度 齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)以及滾動(dòng)軸承等依靠表面接齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)以及滾動(dòng)軸承等依靠表面接 觸工作的零件，受到法向載荷時(shí)，其工作能力取觸工作的零件，受到法向載荷時(shí)，其工作能力取 決于接觸表面的強(qiáng)度決于接觸表面的強(qiáng)度 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅表面接觸強(qiáng)度表面接觸強(qiáng)度 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 劉繼紅劉繼紅L EE Fca H 2 2 2 1 2 1 21 11 11 赫茲公式赫茲公式 接觸應(yīng)力的計(jì)算公式接觸應(yīng)力的計(jì)算公式 影響接觸應(yīng)力的因素：影響接觸應(yīng)力的因素： 曲率半徑曲率半徑材料材料接觸線長度接觸線長度 FacFac：法向載荷；：法向載荷；L L：接觸長度；：接觸長度； 疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則：疲勞強(qiáng)度準(zhǔn)則： H H 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院北京航空航天