機(jī)械設(shè)計(jì)課件濮良貴3

1、第三章第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則外載荷引起零件的內(nèi)應(yīng)力不超過允許的數(shù)值。外載荷引起零件的內(nèi)應(yīng)力不超過允許的數(shù)值。 作用在零件上的載荷作用在零件上的載荷靜載荷靜載荷變載荷變載荷變應(yīng)力變應(yīng)力 ？靜靜 載荷載荷 停止：靜應(yīng)力停止：靜應(yīng)力 行駛：變應(yīng)力行駛：變應(yīng)力 靜應(yīng)力靜應(yīng)力 ts ss sm變應(yīng)力變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力隨機(jī)變應(yīng)力隨機(jī)變應(yīng)力變應(yīng)力零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則變應(yīng)力變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)穩(wěn)定循環(huán)非穩(wěn)定循環(huán)非穩(wěn)定循環(huán)隨機(jī)隨機(jī)ts s周期周期a) 穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)

2、變應(yīng)力c) 隨機(jī)變應(yīng)力隨機(jī)變應(yīng)力尖峰應(yīng)力尖峰應(yīng)力ts s周期周期s stb) 不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力tss smts s對(duì)稱對(duì)稱 脈動(dòng)脈動(dòng) 變應(yīng)力性質(zhì)行駛時(shí)行駛時(shí)對(duì)稱穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力 變應(yīng)力的特性變應(yīng)力的特性 最大應(yīng)力最大應(yīng)力 s smax 最小應(yīng)力最小應(yīng)力 s smin 平均應(yīng)力平均應(yīng)力 s sm 應(yīng)應(yīng) 力力 幅幅 s sasminsmaxsmsatso2minmaxa2minmaxmmaxminr 循環(huán)特性循環(huán)特性規(guī)定規(guī)定:用絕對(duì)值最大者作為用絕對(duì)值最大者作為s smax-1+1r靜應(yīng)力靜應(yīng)力 r =+1零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則穩(wěn)定循環(huán)

3、變應(yīng)力零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則tss smts sts s01 mminmaxr020minmaxmar5個(gè)參數(shù)個(gè)參數(shù),已知已知2個(gè)個(gè),可求其它可求其它3個(gè)個(gè)2minmaxm2minmaxamaxminr tt輪齒彎曲應(yīng)力輪齒彎曲應(yīng)力惰輪輪齒彎曲應(yīng)力惰輪輪齒彎曲應(yīng)力 切紙機(jī)連桿強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則外載荷引起零件的內(nèi)應(yīng)力不超過允許的數(shù)值。外載荷引起零件的內(nèi)應(yīng)力不超過允許的數(shù)值。 零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則拉伸試驗(yàn)和應(yīng)力應(yīng)變曲線拉伸試驗(yàn)和應(yīng)力應(yīng)變曲線 零件標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)試件dL零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)機(jī)械零件機(jī)械零件 受力不同受力不同形狀

4、不同形狀不同尺寸不同尺寸不同與其他零件有連接與其他零件有連接所處環(huán)境不同所處環(huán)境不同強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則靜強(qiáng)度（工程力學(xué)課程）靜強(qiáng)度（工程力學(xué)課程）疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度早期的飛機(jī)失事早期的飛機(jī)失事 2010.6.29深圳大峽谷景區(qū)游樂深圳大峽谷景區(qū)游樂設(shè)備中有一設(shè)備中有一M16螺栓疲勞斷裂，螺栓疲勞斷裂，6人死亡人死亡10人受傷人受傷疲勞強(qiáng)度疲勞斷裂的過程疲勞斷裂的過程第一階段第一階段疲勞裂紋的產(chǎn)生疲勞裂紋的產(chǎn)生第二階段第二階段疲勞裂紋的擴(kuò)展疲勞裂紋的擴(kuò)展第三階段第三階段發(fā)生疲勞斷裂發(fā)生疲勞斷裂零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則SlimsssSlim變應(yīng)力下，

5、變應(yīng)力下，靜應(yīng)力下，靜應(yīng)力下，SBlim或?lims smaxNNA=1/4ANB 103BNC 104CNDD-N疲勞曲線疲勞曲線原點(diǎn)：原點(diǎn)：N=1/4AB段：當(dāng)作靜應(yīng)力段：當(dāng)作靜應(yīng)力BC段：低周疲勞段：低周疲勞C：高周疲勞：高周疲勞 CD有限壽命；有限壽命；D無限壽命無限壽命高周疲勞零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則NrNs0NrsNrNs有限壽命區(qū)無限壽命區(qū)DNCD段（高周疲勞）曲線方程段（高周疲勞）曲線方程 常數(shù)NmrN0NNmrmrNmrrNNN0特定點(diǎn)特定點(diǎn) NrK壽命系數(shù)壽命系數(shù) 循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù)N0 疲勞極限疲勞極限 maxminr 疲勞極限 鋼鋼 m=9 中

6、等尺寸中等尺寸 N0=5*106 大尺寸大尺寸 N0=107s smaxNNA=1/4ANB 103BNC 104CNDD零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則-N-N 疲勞曲線疲勞曲線同一種應(yīng)力變化規(guī)律同一種應(yīng)力變化規(guī)律不同次數(shù)的循環(huán)后破壞不同次數(shù)的循環(huán)后破壞s sas sm0 0等壽命曲線等壽命曲線同一個(gè)循環(huán)次數(shù)同一個(gè)循環(huán)次數(shù)不同的應(yīng)力變化規(guī)律不同的應(yīng)力變化規(guī)律 0N2minmaxm2minmaxamaxsssam極限應(yīng)力線圖循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù)N0 塑性材料塑性材料 特定壽命下，最大應(yīng)力特定壽命下，最大應(yīng)力maxmax與應(yīng)力循環(huán)特性與應(yīng)力循環(huán)特性r的關(guān)系的關(guān)系maxmasssm

7、amarssss材料的極限應(yīng)力圖maxminmaxmin11amrrssssss C （ S， 0）：r = +1 A（0， -1 ）：r = -1 D（ 0 /2 ， 0 /2 ）：r = 0 G：交點(diǎn)交點(diǎn)在OA G C 內(nèi)為安全區(qū)CsAD（ 0/2 ， 0/2）Gma-14545Os-1amOAC等壽命疲勞曲線（極限應(yīng)力線圖）等壽命疲勞曲線（極限應(yīng)力線圖）同一種材料同一種材料, ,不同應(yīng)力特性下的各疲勞極限不同應(yīng)力特性下的各疲勞極限r(nóng)之間的內(nèi)在關(guān)系之間的內(nèi)在關(guān)系僅利用少數(shù)幾個(gè)僅利用少數(shù)幾個(gè)(-1、0、+1)，求其它任意的求其它任意的rs s-1s s1s sas sm0 0N相等情況下討論

8、相等情況下討論 破壞前的最大破壞前的最大 零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則塑性材料塑性材料 2minmaxm2minmaxamaxminr 4520s20stss smts s極限應(yīng)力線圖s s-1s sss sas sm0 0s s0/2A ADGCs s0/245 sam零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則ram極限應(yīng)力線圖極限應(yīng)力線圖零件零件的極限應(yīng)力線圖零件的極限應(yīng)力線圖e-K11-1e-1e零件對(duì)稱循環(huán)時(shí)的疲勞極限零件對(duì)稱循環(huán)時(shí)的疲勞極限-1 -1 材料對(duì)稱循環(huán)時(shí)的疲勞極限材料對(duì)稱循環(huán)時(shí)的疲勞極限0 0Cs s-1s sss sas sms s0/

9、245 45 A ADGs s0/2A ADG02K綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù) qkK111 k：零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)：零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)：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(qiáng)化系數(shù)：零件的強(qiáng)化系數(shù)零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則-e-K11查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)書本書本P.3845變應(yīng)力種類變應(yīng)力性質(zhì)變應(yīng)力性質(zhì) 零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則單向穩(wěn)定變應(yīng)力單向穩(wěn)定變應(yīng)力單向不穩(wěn)定變應(yīng)力單向不穩(wěn)定變應(yīng)力 單向單向 雙向（正應(yīng)力、切應(yīng)力）雙向（正應(yīng)力、切應(yīng)力） Slimmaxsss強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則強(qiáng)度

10、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則ts ss st雙向穩(wěn)定變應(yīng)力雙向穩(wěn)定變應(yīng)力 22caSSSSS單向穩(wěn)定變應(yīng)力零件強(qiáng)度校核零件強(qiáng)度校核 1、確定零件應(yīng)力特征、確定零件應(yīng)力特征2、確定零件的危險(xiǎn)截面、確定零件的危險(xiǎn)截面 3、計(jì)算平均應(yīng)力和應(yīng)力幅、計(jì)算平均應(yīng)力和應(yīng)力幅 4、計(jì)算極限應(yīng)力、計(jì)算極限應(yīng)力零件強(qiáng)度設(shè)計(jì)零件強(qiáng)度設(shè)計(jì)1、確定零件應(yīng)力特征、確定零件應(yīng)力特征2、估計(jì)估計(jì)K 、 a/m3、計(jì)算極限應(yīng)力、計(jì)算極限應(yīng)力4、選擇安全系數(shù)選擇安全系數(shù)5、計(jì)算最大應(yīng)力、計(jì)算最大應(yīng)力零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則s sms saODAGCSlimmaxsss1. r =C 的情況的情況Ms sms saM1求極

11、限應(yīng)力求極限應(yīng)力 Crr)/()/(minmaxminmaxma1122OGC區(qū)域內(nèi)按照靜強(qiáng)度計(jì)算區(qū)域內(nèi)按照靜強(qiáng)度計(jì)算 單向穩(wěn)定變應(yīng)力疲勞安全區(qū)疲勞安全區(qū)塑性安全區(qū)塑性安全區(qū)單向穩(wěn)定變應(yīng)力單向穩(wěn)定變應(yīng)力 sam零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則求極限應(yīng)力求極限應(yīng)力 2.m=C的情況的情況Slimmaxssss sms saODAGCMM2疲勞安全區(qū)疲勞安全區(qū)塑性安全區(qū)塑性安全區(qū)3.min=C的情況的情況Cam即s sms saODAGCMM3J疲勞安全區(qū)疲勞安全區(qū)塑性安全區(qū)塑性安全區(qū)minMminNIN3N45 不穩(wěn)定變應(yīng)力不穩(wěn)定變應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算不穩(wěn)定變應(yīng)力下機(jī)

12、械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則疲勞損傷累積假說疲勞損傷累積假說 在每一次應(yīng)力作用下在每一次應(yīng)力作用下, ,零件都會(huì)造成零件都會(huì)造成一定的疲勞損傷，當(dāng)疲勞損傷累積一定的疲勞損傷，當(dāng)疲勞損傷累積到一定程度到一定程度, ,便發(fā)生疲勞破壞。便發(fā)生疲勞破壞。nn1max1234n2n3n4os st僅有僅有1時(shí)，極限循環(huán)應(yīng)力循環(huán)次時(shí)，極限循環(huán)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為數(shù)為N1 ，則每作用，則每作用1次，疲勞損次，疲勞損傷率為傷率為1/N1 ， 現(xiàn)作用現(xiàn)作用n1次，則次，則疲勞損傷率為疲勞損傷率為n1/N1 ；N1N3N2123n1n2n3rNNoN0rr2 ，疲勞損傷率為，

13、疲勞損傷率為n2/N2 ；3 ，疲勞損傷率為，疲勞損傷率為n3/N3 ；4 不考慮不考慮不穩(wěn)定變應(yīng)力總損傷總損傷 332211NnNnNn零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則理論上，損傷率達(dá)到理論上，損傷率達(dá)到1時(shí)，便發(fā)生時(shí)，便發(fā)生疲勞破壞，實(shí)際上許可范圍：疲勞破壞，實(shí)際上許可范圍： （0.72.2) N1N3N2123n1n2n3rNNoN0r0NNmrmrN20200,mrmmrrizizNNNNNN疲勞極限條件疲勞極限條件:11ziiiNn101mrNN材料材料(試件試件)的的r, 若為實(shí)際零件若為實(shí)際零件 ,則則max取代取代 r接觸疲勞強(qiáng)度 按疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)的零件，若存在次數(shù)很少、按疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)的零件，若存在次數(shù)很少、峰值很大的情況，也要進(jìn)行靜強(qiáng)度校核峰值很大的情況，也要進(jìn)行靜強(qiáng)度校核機(jī)械零件的接觸疲勞強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸疲勞強(qiáng)度零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則彈性力學(xué)彈性力學(xué)最大接觸應(yīng)力最大接觸應(yīng)力H12H221212F11B1 1 EEs赫茲赫茲(Hertz)公式公式:式中式中:1 1、2 2：曲率半徑：曲率半徑1 1、2 2：材料泊松比：材料泊松比E E1 1、E E2 2：材料的彈性模