ch3機(jī)械零件的強(qiáng)度ppt課件

1、一、載荷的分類 1循環(huán)變載荷 a) 穩(wěn)定循環(huán)變載荷 b) 不穩(wěn)定循環(huán)變載荷2隨機(jī)變載荷靜載荷:載荷的大小或方向不隨時(shí)間變化或變化極緩慢。 變載荷：載荷：1名義載荷:在理想的平穩(wěn)任務(wù)條件下作用在 零件上的載荷。 2計(jì)算載荷:是名義載荷與載荷系數(shù)的乘積。 隨機(jī)變應(yīng)力靜應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力二、應(yīng)力的分類1、應(yīng)力種類變應(yīng)力：不穩(wěn)定變應(yīng)力 隨機(jī)變應(yīng)力 穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力一個(gè)循環(huán)OOtt2、穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的根本參數(shù)和種類 a) 根本參數(shù) 應(yīng)力循環(huán)特性ammaxammin2minmaxm2minmaxamaxmin最大應(yīng)力最小應(yīng)力平均應(yīng)力應(yīng)力幅11b) 穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力種類： -1 +1不對稱循環(huán)變應(yīng)力 =+1

2、 靜應(yīng)力 = 1 對稱循環(huán)變應(yīng)力 = 0 脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力留意：靜應(yīng)力只能由靜載荷產(chǎn)生，而變應(yīng)力能夠由變載荷產(chǎn)生，也能夠由靜載荷產(chǎn)生。OatOta名義應(yīng)力由名義載荷產(chǎn)生的應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力由計(jì)算載荷產(chǎn)生的應(yīng)力 )()(caca3名義應(yīng)力和計(jì)算應(yīng)力l強(qiáng)度條件： 或 ssscascasssscascasl按第三或第四強(qiáng)度實(shí)際對彎扭復(fù)合應(yīng)力進(jìn)展強(qiáng)度計(jì)算 l由第三強(qiáng)度實(shí)際l 最大剪應(yīng)力實(shí)際 l 由第四強(qiáng)度實(shí)際： l 最大變形能實(shí)際 /422ssca/322ssca)(222sssssca22sssssscal脆性資料極限應(yīng)力： 強(qiáng)度極限1、單向應(yīng)力形狀 l強(qiáng)度條件： 或l l 或BsBcasscaBsBcas

3、scaB 失效方式：斷裂 l按第一強(qiáng)度條件： l最大主應(yīng)力實(shí)際 l留意：低塑性資料低溫回火的高強(qiáng)度鋼l 強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)計(jì)入應(yīng)力集中的影響l 脆性資料鑄鐵l 強(qiáng)度計(jì)算不思索應(yīng)力集中l(wèi)普通任務(wù)期內(nèi)應(yīng)力變化次數(shù)103104按靜應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算)4(2122sBca4222ssBca2、復(fù)合應(yīng)力下任務(wù)的零件l1、失效方式：疲勞破壞斷裂l2、疲勞破壞特征：l 1斷裂過程：產(chǎn)生初始裂紋 應(yīng)力較大處l 裂紋尖端在切應(yīng)力作用下，反復(fù)擴(kuò) 展，直至產(chǎn)生疲勞裂紋。l 2斷裂面：光滑區(qū)疲勞開展區(qū)l 粗糙區(qū)脆性斷裂區(qū)l 3無明顯塑性變形的脆性忽然斷裂l 4破壞時(shí)的應(yīng)力疲勞極限遠(yuǎn)小于資料的屈服極限 一、變應(yīng)力作用下機(jī)械零件的失效

4、特征3、疲勞破壞的機(jī)理：損傷的累積4、影響要素：不僅與資料性能有關(guān)，變應(yīng)力的循環(huán)特性， 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，應(yīng)力幅都對疲勞極限有很大影響。)(NNNN疲勞極限，循環(huán)特性r下應(yīng)力循環(huán)N次后資料不發(fā)生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力稱為資料的疲勞極限。疲勞壽命N資料疲勞失效前所閱歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1、疲勞曲線： 應(yīng)力循環(huán)特性一定時(shí)，資料的疲勞極限與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)之間關(guān)系的曲線No 循環(huán)基數(shù) 耐久極限ONN0NN有 限 壽 命 區(qū)N無 限 壽 命 區(qū)1有限壽命區(qū) 當(dāng)N103(104)高周循環(huán)疲勞當(dāng) 時(shí)隨循環(huán)次數(shù)疲勞極限043)10(10NN ONN0NN有 限 壽 命 區(qū)N無 限 壽 命 區(qū)l留意：有色金屬和高強(qiáng)度合金

5、鋼無無限壽命區(qū)。2無限壽命區(qū)0NN N耐久極限對稱循環(huán)：脈動(dòng)循環(huán)：0011 3疲勞曲線方程)10(10(043NN CNNmmN0NmNKNN0mNNNK0壽命系數(shù) 疲勞極限 No 硬度350HBS鋼， No=107 350HBS鋼， No=(10 -25)x107有色金屬(無程度部分)，規(guī)定當(dāng)No25x107時(shí),近似為無限壽命區(qū) m資料常數(shù),與應(yīng)力及資料的種類有關(guān)。 鋼 m=9拉、彎應(yīng)力、剪應(yīng)力 m=6接觸應(yīng)力 青銅 m=9彎曲應(yīng)力 m=8接觸應(yīng)力 應(yīng)力循環(huán)特性越大，資料的疲勞極限與耐久極限越大，對零件強(qiáng)度越有利。對稱循環(huán)應(yīng)力循環(huán)特性=-1最不利aml 對任何資料規(guī)范試件而言，在一定的應(yīng)力循

6、環(huán)次數(shù)N下，對不同的應(yīng)力循環(huán)特性有不同的耐久極限，即每種應(yīng)力循環(huán)特性下都對應(yīng)著該資料的最大應(yīng)力 ，再由應(yīng)力循環(huán)特性可求出 以及 和maxminmlimmaxa以 為橫坐標(biāo)、 為縱坐標(biāo)，即可得資料在不同應(yīng)力循環(huán)特性下的極限 和 的關(guān)系圖。mmaa如圖如圖 AB所示為脆性資料塑性資料類似，曲線上的點(diǎn)對應(yīng)著不同應(yīng)力循環(huán)特性下的資料疲勞極限45OBs45CmBGADaA對稱疲勞極限點(diǎn) D脈動(dòng)疲勞極限點(diǎn) C 屈服極限點(diǎn) B 強(qiáng)度極限點(diǎn)比較圖l 對稱極限點(diǎn)l 強(qiáng)度極限點(diǎn) l 脈動(dòng)疲勞極限點(diǎn)l l 屈服極限點(diǎn) l簡化極限應(yīng)力線圖：簡化極限應(yīng)力圖 l l作法：思索資料的最大應(yīng)力不超越疲勞極限，得 l 及延伸線

7、l 思索塑性資料的最大應(yīng)力不超越屈服極限，得), 0(1Aam1max, 1, 0)0 ,(BB1, 0limmaxBma)2,2(00D22maxma020ma)0 ,(sCCGDACGDA如圖l 上各點(diǎn)： 假設(shè) 不會(huì)疲勞破壞l 上各點(diǎn)： 假設(shè) 不會(huì)屈服破壞 GA CGamlimmaxsamlimmaxmaxmaxsmax01,s折線以內(nèi)為疲勞和塑性平安區(qū)，折線以外為疲勞和塑性失效折線以內(nèi)為疲勞和塑性平安區(qū)，折線以外為疲勞和塑性失效區(qū)，任務(wù)應(yīng)力點(diǎn)離折線越遠(yuǎn)，平安程度愈高。區(qū)，任務(wù)應(yīng)力點(diǎn)離折線越遠(yuǎn)，平安程度愈高。 資料的簡化極限應(yīng)力線圖，可根據(jù)資料的三個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 和 得出。 45OBs45Cm

8、BGADa由于實(shí)踐機(jī)械零件與規(guī)范試件之間在絕對尺寸、外表形狀、應(yīng)力集中、環(huán)境介質(zhì)等方面往往有差別，這些要素的綜合影響使零件的疲勞極限不同于資料的疲勞極限，其中尤以應(yīng)力集中、零件尺寸和外表形狀三項(xiàng)要素對機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度影響最大。 三、影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的主要要素和零件極限應(yīng)力圖1、應(yīng)力集中的影響有效應(yīng)力集中系數(shù) )(kk零件受載時(shí)，在幾何外形突變處圓角、凹槽、孔等要產(chǎn)生應(yīng)力集中，對應(yīng)力集中的敏感程度與零件的資料有關(guān)，普通資料強(qiáng)度越高，硬度越高，對應(yīng)力集中越敏感 。) 1(1) 1(1qkqkmaxmax,)(maxmax)()(qq為思索零件幾何外形的實(shí)際應(yīng)力集中系數(shù) 應(yīng)力集中源處名義應(yīng)力

9、資料對應(yīng)力集中的敏感系數(shù) 應(yīng)力集中源處最大應(yīng)力 2、零件尺寸的影響尺寸系數(shù) )(由于零件尺寸愈大時(shí)，資料的晶粒較粗，出現(xiàn)缺陷的概率大，而機(jī)械加工后外表冷作硬化層相對較薄，所以對零件疲勞強(qiáng)度的不良影響愈顯著 3、外表形狀的影響 1外表質(zhì)量系數(shù))(零件加工的外表質(zhì)量主要指外表粗糙度對疲勞強(qiáng)度的影響 鋼的 越高，外表愈粗糙， 愈低 B)(強(qiáng)化處置淬火、滲氮、滲碳、熱處置、拋光、噴丸、滾壓等冷作工藝q2外表強(qiáng)化系數(shù)思索對零件進(jìn)展不同的強(qiáng)化處置，對零件疲勞強(qiáng)度的影響 應(yīng)力集中，零件尺寸和外表形狀 只對應(yīng)力幅 有影響，而對平均應(yīng)力 無影響實(shí)驗(yàn)而得 )(KKq,am4、綜合影響系數(shù) 和零件的極限應(yīng)力圖綜合影

10、響系數(shù)表示了資料極限應(yīng)力幅與零件極限應(yīng)力幅的比值綜合影響系數(shù)表示了資料極限應(yīng)力幅與零件極限應(yīng)力幅的比值)(KKqqkKkK1) 11(1) 11()()()()(11勞極限零件試件對稱循環(huán)的疲勞極限標(biāo)準(zhǔn)試件對稱循環(huán)的疲對稱循環(huán)零件的極限應(yīng)力幅標(biāo)準(zhǔn)試件的極限應(yīng)力幅eaeaK1綜合影響系數(shù)ab2、零件的極限應(yīng)力圖 由于 只對 有影響，而對 無影響，在資料的極限應(yīng)力圖 ADGC上幾個(gè)特殊點(diǎn)以坐標(biāo)計(jì)入 影響 KamK零件脈動(dòng)循環(huán)疲勞點(diǎn) )/, 0(1kA)2/, 2/(00kD零件對稱循環(huán)疲勞點(diǎn)/K0/2KO45C(s,0)m135GA(0,1)M(me,ae)DAD(0/2,0/2)aGAG許用疲勞

11、極限曲線，GC屈服極限曲線 /K0/2KO45C(s,0)m135GA(0,1)M(me,ae)DAD(0/2,0/2)aG直線AG方程 :meeaeek11meaek1 或零件的資料特性 0012e 001 21kkee規(guī)范試件中的資料特性直線CG方程： smeae四、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 1、 大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力形狀 Cmaxmin/meOaeCmNN1ADM1aGM過原點(diǎn)與任務(wù)應(yīng)力點(diǎn)M或N作連線交ADG于M1和N1點(diǎn)，由于直線上任一點(diǎn)的應(yīng)力循環(huán)特性均一樣, M1和N1點(diǎn)即為所求的極限應(yīng)力點(diǎn) 。常數(shù)112/ )(2/ )(minmaxminmaxmameOaeCmNN1ADM1a

12、GMa)當(dāng)任務(wù)應(yīng)力點(diǎn)位于OAG內(nèi)極限應(yīng)力為疲勞極限，按疲勞強(qiáng)度計(jì)算mamaammeaeekkmax11maxlim)( 零件的極限應(yīng)力，即疲勞極限為：強(qiáng)度條件為： 1maxmaxmaxlimsksmaecab)任務(wù)應(yīng)力點(diǎn)位于OGC內(nèi)極限應(yīng)力為屈服極限，按靜強(qiáng)度計(jì)算maxmaxlimssamsseca2、 振動(dòng)中的受載彈簧的應(yīng)力形狀cm需在極限應(yīng)力圖上找一個(gè)其平均應(yīng)力與任務(wù)應(yīng)力一樣的極限應(yīng)力，如圖，過任務(wù)應(yīng)力點(diǎn)MN作與縱軸平行的軸線交AGC于M2N2 點(diǎn)，即為極限應(yīng)力點(diǎn) NOHmCMM2ADGN2aa) 當(dāng)任務(wù)應(yīng)力點(diǎn)位 于OAGH區(qū)域極限應(yīng)力為疲勞極限 強(qiáng)度條件： )()(1maxmaxmaxl

13、imskksammecab任務(wù)應(yīng)力點(diǎn)位于GHC區(qū)域極限應(yīng)力為屈服極限 強(qiáng)度條件為： maxlimssamseca3、 軸向變載荷的緊螺栓聯(lián)接中的螺栓應(yīng)力形狀 cmin過任務(wù)應(yīng)力點(diǎn)MN作與橫坐標(biāo)成45的直線，那么這直線任一點(diǎn)的最小應(yīng)力 均一樣，直線與極限應(yīng)力線圖交點(diǎn) 即為所求極限應(yīng)力點(diǎn)。 cammin ammin)(33NMminMaOminN45CmM3AJGN3MN45LIminMaOminN45CmM3AJGN3MN45LIa)任務(wù)應(yīng)力點(diǎn)位于OJGI區(qū)域內(nèi)求AG與MM3的交點(diǎn):aememeeaeekk11aeamaememinkkmeaeemin1maxlim)(2 )2)()(2)()(

14、2minmin1min1maxlimSkkkkSaameca強(qiáng)度條件:極限應(yīng)力為疲勞極限，按疲勞強(qiáng)度計(jì)算minMaOminN45CmM3AJGN3MN45LIc任務(wù)應(yīng)力位于OAJ區(qū)域內(nèi)),(3aemeNesaemelim 2minmaxlimSSasamsecaminb)任務(wù)應(yīng)力點(diǎn)位于IGC區(qū)域極限應(yīng)力為屈服極限按靜強(qiáng)度計(jì)算極限應(yīng)力點(diǎn)為靜強(qiáng)度條件為負(fù)值，工程中稀有，故不作思索。 5等效應(yīng)力幅 mNNN0maadk留意：留意：1假設(shè)零件所受應(yīng)力變化規(guī)律不能一定，普通采用 =C的情況計(jì)算。2上述計(jì)算均為按無限壽命進(jìn)展零件設(shè)計(jì)，假設(shè)按有限壽命要求設(shè)計(jì)零件時(shí)，即應(yīng)力循環(huán)次數(shù)103(104)NNo時(shí)，這

15、時(shí)上述公式中的極限應(yīng)力應(yīng)為有限壽命的疲勞極限 ，即應(yīng)以-1N 代-1 ，以oN代o。3當(dāng)未知任務(wù)應(yīng)力點(diǎn)所在區(qū)域時(shí)，應(yīng)同時(shí)思索能夠出現(xiàn)的兩種情況。4對切應(yīng)力上述公式同樣適用，只需將改為即可。五、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 1、對稱循環(huán)穩(wěn)定變應(yīng)力 當(dāng)零件剖面上同時(shí)作用著相位一樣的縱向和切向?qū)ΨQ循環(huán)，穩(wěn)定變應(yīng)力a和a時(shí)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)后極限應(yīng)力關(guān)系為1)()(2121eaeaa, a 同時(shí)作用正應(yīng)力和切應(yīng)力的應(yīng)力幅極限值 , 同時(shí)作用 -1e , -1e 為零件對稱循環(huán)正應(yīng)力和切應(yīng)力時(shí)疲勞極限 , 單獨(dú)作用 在以 的坐標(biāo)系中為一個(gè)單位圓 eaea11maxmax, 1aa圓弧AMB任何一點(diǎn)即代表一對極限

16、應(yīng)力 a 和a ，假設(shè)任務(wù)應(yīng)力點(diǎn)M 在極限圓以內(nèi)，那么是平安的。M點(diǎn)所對應(yīng)的極限應(yīng)力點(diǎn)M 確定時(shí)，普通以為 比值不變多數(shù)情況如此， M 點(diǎn)在OM直線的延伸線上，如下圖Meaea11,aa/Aa/1eC COD DMM Ba/1e22SSSSSODDOOCCOOMMOSca強(qiáng)度條件為： 零件只受對稱循環(huán)切應(yīng)力時(shí)的平安系數(shù) aeS1aeS1零件只受對稱循環(huán)正應(yīng)力時(shí)的平安系數(shù))1()1()1(222121EEbFH高副零件任務(wù)時(shí)，實(shí)際上是點(diǎn)接觸或線接觸實(shí)踐上由于接觸部分的部分彈性變形而構(gòu)成面接觸由于接觸面積很小，使表層產(chǎn)生的部分應(yīng)力卻很大。該應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。在外表接觸應(yīng)力作用下的零件強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)：彈性力學(xué)的赫茲公式 1、接觸應(yīng)力a)兩圓柱體接觸2HmaxHmaxF2 abF1bpFEEEEH418. 0, 3 . 0max2121b)兩球接觸3222121max1111EEpbFH322max2121388. 0, 3 . 0pFEEEEH時(shí)Hmax2FHmax2 c1F綜合曲率半徑內(nèi)接觸外接觸21111ppp21maxFH31maxFH闡明：闡明：1圓柱體圓柱體 ，球，球 Hmax與與F不呈線性關(guān)系不呈線性關(guān)系