機械零件的強度計算

1、同濟大學 機械設計第三章 機械零件的強度計算15JXSJ第0節(jié) 強度計算中的基本定義一 載荷1. 按載荷性質分類：1) 靜載荷：大小方向不隨時間變化或變化緩慢的載荷。2) 變載荷：大小和（或）方向隨時間變化的載荷。2. 按使用情況分：1) 公稱載荷（名義載荷）： 按原動機或工作機的額定功率計算出的載荷。 2) 計算載荷：設計零件時所用到的載荷。計算載荷與公稱載荷的關系：Fca=kFn Mca=kMn Tca=kTn3) 載荷系數(shù)：設計計算時，將額定載荷放大的系數(shù)。由原動機、工作機等條件確定。1.按應力性質分穩(wěn)定變應力非穩(wěn)定變應力靜應力變應力非對稱循環(huán)變應力對稱循環(huán)變應力脈動應力規(guī)律性非穩(wěn)定變應

2、力隨機性非穩(wěn)定變應力二 應力st靜應力st對稱循環(huán)變應力FwAt脈動應力Asmsmaxsminst周期變應力sa2按強度計算使用分1) 工作應力：由計算載荷按力學公式求得的應力。2) 計算應力：由強度理論求得的應力。3) 極限應力：根據(jù)強度準則、材料性質和應力種類所選擇的機械性能極限值slim。4) 許用應力：等效應力允許達到的最大值。s=slim/ss用線性坐標表示的疲勞曲線AsNBCDC高周疲勞低周疲勞0103104ND第1節(jié) 材料的疲勞特性一 疲勞曲線1 疲勞曲線給定循環(huán)特征g=slim/smax，表示應力循環(huán)次數(shù)N與疲勞極限sg的關系曲線稱為疲勞曲線（或s-N）。整理：即：其中：N0-

3、循環(huán)基數(shù)sg-N0時的疲勞極限kN-壽命系數(shù)2 疲勞曲線方程1) 方程中參數(shù)說明a) 低硬度350HB，N0=107 高硬度>350HB，N0=25×107b) 指數(shù)m：受應力狀態(tài)鋼青銅拉、壓、彎、扭應力99接觸應力68c) 不同g，s-N不同；g越大，s也越大。二、 限應力線圖1) 定義：同一材料，對于不同的循環(huán)特征進行試驗，求得疲勞極限，并將其繪在sm-sa坐標系上，所得的曲線稱為極限應力線圖。sasmsaA'G'D'smC450A' (0,s-1)D' (s0/2,s0/2)C(ss, 0)2) 簡化曲線3) s-N與sm-sa關系

4、a) s-N曲線：同一循環(huán)特征下、不同循環(huán)次數(shù)。b) sm-sa：不同循環(huán)特征、相同循環(huán)次數(shù)。第二節(jié)機械零件的疲勞強度計算一、影響疲勞強度的因素影響機械零件疲勞強度的主要因素有：應力集中、尺寸大小、表面質量等。它們零件疲勞極限的影響用綜合影響系數(shù)Ks=s-1/s-1e、Kt=t-1/t-1e來表示。它與應力集中關系為：Ks=(ks/es+1/bs-1)/bqKt=(kt/et+1/bt-1)/bq 其中：ks、ks-零件有效應力集中系數(shù)ks=1+qs(as-1)A (0,kNs-1/ks)D (kNs0/2,kNs0/2ks)C (ss, 0)零件有限壽命疲勞極限saA'G'D

5、'smC450ADkt=1+qt(at-1)qs、qt-材料的敏感系數(shù)as、at-理論應力集中系數(shù)es、es-零件的尺寸系數(shù)bs、bt-表面狀態(tài)系數(shù)bq-表面強化系數(shù)二、考慮應力綜合影響系數(shù)時極限應力線圖三、向穩(wěn)定變應力下的機械零件疲勞強度saA'G'D'smC450A' (0,kNs-1/(ks)D)B' (kNs0/2,kNs0/2(ks)D)S (ss, 0)ADG何謂單向.、復雜.、穩(wěn)定變應力.？、s=slim/smax>ss1. 作應力的增長規(guī)律1)應力循環(huán)特征為常數(shù)g=C 例：只受彎矩的轉動軸。2)平均應力為常數(shù)常數(shù)sm=C 例

6、：彈簧。3)最小應力為常數(shù)smin=C 例：螺紋聯(lián)結2. 循環(huán)特征為常數(shù)時的強度計算1）求極限應力：sm/sa = （ smax-smin ）/（ smax+smin ）= （ 1-g）/（ 1+g）= 常數(shù) 因為 g常數(shù)A (0,kNs-1/ks)D (kNs0/2,kNs0/2ks)C (ss, 0)smsaADGCCCC'C'HGMLO聯(lián)解AD和OC得零件極限應力：sa'= kNs-1sa/saesm'= kNs-1sm/ sae 其中： sae=kssa+yssmys=(2s-1-s0)/s0 2） 強度計算（1）按應力幅計算安全系數(shù)C'在A'E'上ssa=sa'/ sa=kNs-1/ kssa+yssm= kNs-1/ sae sae等效應力幅ys-平均應力折合為應力幅的等效系數(shù)（2）按靜強度計算C'在E'S上ss=ss/(sa+sm)第4節(jié) 械零件的接觸強度機械零件的表面強度分：表面接觸強度、表面擠壓強度、表面磨損強度1. 表面接觸強度的計算1) 接觸應力的概念兩零件構成高副