機(jī)械設(shè)計第3零件強(qiáng)度

1、12二、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計算 1、對稱循環(huán)穩(wěn)定變應(yīng)力 當(dāng)零件剖面上同時作用著相位相同的縱向和切向?qū)ΨQ循環(huán)，穩(wěn)定變應(yīng)力a和a時，經(jīng)試驗后極限應(yīng)力關(guān)系為a, a 同時作用正應(yīng)力和切應(yīng)力的應(yīng)力幅極限值（ , 同時作用 ）-1e , -1e 為零件對稱循環(huán)正應(yīng)力和切應(yīng)力時疲勞極限（ , 單獨作用） 在以 的坐標(biāo)系中為一個單位圓 eaea11maxmax, 1aa1)()(2121eaea3圓弧AMB任何一點即代表一對極限應(yīng)力 a 和a ，如果工作應(yīng)力點M（ ）在極限圓以內(nèi)，則是安全的。M點所對應(yīng)的極限應(yīng)力點M 確定時，一般認(rèn)為 比值不變（多數(shù)情況如此）， M 點在OM直線的延長線上，如圖所示

2、Meaea11,aa/22SSSSSODDOOCCOOMMOSca強(qiáng)度條件為： 零件只受對稱循環(huán)切應(yīng)力時的安全系數(shù) aeS1aeS1零件只受對稱循環(huán)正應(yīng)力時的安全系數(shù)4maKS1maKS122caSSSSS當(dāng)零件上所承受的兩個變應(yīng)力均為不對稱循環(huán)的變應(yīng)力時，可先求出然后求出零件的安全系數(shù)5三、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計算 不穩(wěn)定變應(yīng)力可分為非規(guī)律性的和規(guī)律性的兩大類： 非規(guī)律性的不穩(wěn)定變應(yīng)力：其變應(yīng)力參數(shù)的變化要受到很多偶然因素的影響，是隨機(jī)地變化的。需要根據(jù)大量的實驗，求得載荷及應(yīng)力的統(tǒng)計分布規(guī)律，然后用統(tǒng)計疲勞強(qiáng)度的方法來處理。 規(guī)律性的不穩(wěn)定變應(yīng)力，其變應(yīng)力參數(shù)的變化有一個簡單的規(guī)律

3、。用疲勞損傷累積假說6 變應(yīng)力1（對稱循環(huán)變應(yīng)力的最大應(yīng)力或不對稱循環(huán)變應(yīng)力的等效對稱循環(huán)變應(yīng)力的等效對稱循環(huán)變應(yīng)力的應(yīng)力幅，下同）作用了n1次，變應(yīng)力2作用了n2次如圖所示。根據(jù)圖所示，可以找出僅有1作用時使材料發(fā)生疲勞破壞的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1。假設(shè)應(yīng)力每循環(huán)一次都對材料的破壞起相同的作用，則應(yīng)力每循環(huán)一次對材料的損傷率即為1/ N1 ，而循環(huán)了n1次的對材料的損傷率為n1 / N1。如此類推，循環(huán)了n2次的對材料的損傷率為n2 / N2當(dāng)損傷率累計達(dá)到100%時，材料就發(fā)生破壞。故對應(yīng)于極限狀況有，一般地寫成1.332211NnNnNn一般的寫成11ziiiNn7那么N1如何來求呢？根據(jù)rN

4、mN= C= rmNrmiimmNNNNNN)(;.;)(;)(1021021101則不穩(wěn)定變應(yīng)力的極限條件為：1).(1101221110mzimiimzzmmmNnnnnN如果材料在上述應(yīng)力作用下還未達(dá)到破壞，則01NNrN81101mzimiiNn或者mzimiiNn101令mzimiicanN101ca稱為不穩(wěn)定變應(yīng)力的計算應(yīng)力此時，計算安全系數(shù)及強(qiáng)度條件則為：Scaca1S9例題： 45號鋼經(jīng)過調(diào)制后的性能為：-1=307Mpa, m=9, N0=5*106?，F(xiàn)用此材料作試件進(jìn)行試驗，以對稱循環(huán)變應(yīng)力1=500Mpa作用104次， 2=400Mpa作用105次，試計算該試件在此條件下

5、的計算安全系數(shù)。若以后再以3=350Mpa作用于試件，還能再循環(huán)多少次才會使試件破壞？解題步驟：1、計算ca ，2、計算安全系數(shù)Sca ，3、使材料發(fā)生破壞的循環(huán)次數(shù)N1、N2、N3，4、根據(jù)公式計算n310提高機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的措施：1、盡可能的降低零件上的應(yīng)力集中的影響，是提高零件疲勞強(qiáng)度的首要措施。2、選用疲勞強(qiáng)度高的材料和規(guī)定能夠提高材料疲勞強(qiáng)度的熱處理方法及強(qiáng)化工藝。3、提高零件的表面質(zhì)量。4、盡可能的減少或消除零件表面可能發(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。11低應(yīng)力脆斷：按常規(guī)的強(qiáng)度理論來分析，能滿足強(qiáng)度條件，即工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力，但在

6、實際使用中，又往往發(fā)生突然性斷裂。大部分低應(yīng)脆斷事故發(fā)生在應(yīng)用了高強(qiáng)度鋼材的結(jié)構(gòu)或大型的焊接件中，如：飛機(jī)構(gòu)件、機(jī)器中的重載構(gòu)件以及高壓容器等結(jié)構(gòu)。宏觀裂紋。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：客觀原因是：高強(qiáng)度材料的大量采用、結(jié)構(gòu)的大型化、焊接工藝使用的普遍化、結(jié)構(gòu)工作條件的復(fù)雜化和載荷形式的多樣性。內(nèi)在原因是：結(jié)構(gòu)存在內(nèi)部裂紋和缺陷。實驗研究表明：高強(qiáng)度材料，一方面是它的強(qiáng)度高（即許用應(yīng)力高），另一方面則是它抵抗裂紋擴(kuò)展的能力要隨著強(qiáng)度的增高而下降。12斷裂力學(xué)：研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強(qiáng)度和變形規(guī)律的學(xué)科。 建立的是：構(gòu)件的裂紋尺寸、工作應(yīng)力以及材料抵抗 裂紋擴(kuò)展能力三者之間的關(guān)系。 度量指標(biāo)

7、：應(yīng)力強(qiáng)度因子KI(或K、K)，KI的值越大，說明應(yīng)力場越強(qiáng)； 平面應(yīng)變斷裂韌度KIc(或Kc、Kc), KIc的值越大，說明材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力愈強(qiáng)。這樣，利用這兩項指標(biāo)判別結(jié)構(gòu)安全性的判別式是： KI KIc 裂紋不會失穩(wěn)擴(kuò)展；KI KIc 裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展13 在運用斷裂力學(xué)對含裂紋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析和安全性評價時，通常做以下工作： 1、分析確定裂紋的形狀、大小及分布，以確定初始裂紋的尺寸a0，通常應(yīng)對構(gòu)件進(jìn)行精確地?zé)o損傷來確定a0;2、對構(gòu)件的工作載荷進(jìn)行充分的分析，運用斷裂力學(xué)的知識，確定裂紋頂端的應(yīng)力強(qiáng)度因子KI； 3、通過斷裂力學(xué)試驗，測定構(gòu)件材料的斷裂韌度。 4、對構(gòu)件進(jìn)行安

8、全性判斷14說明： 斷裂力學(xué)自二十世紀(jì)五十年代誕生以來，已逐步引起學(xué)術(shù)界及工程界的廣泛重視。現(xiàn)在斷裂力學(xué)已應(yīng)用于航空、航天、交通、機(jī)械、化工等許多部門。實踐證明：對于采用低中強(qiáng)度材料的小型結(jié)構(gòu)，只用傳統(tǒng)的強(qiáng)度計算方法進(jìn)行設(shè)計是足夠的。在很多情況下，傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論仍然不失其使用價值。15)1()1()1(222121EEbFH高副零件工作時，理論上是點接觸或線接觸實際上由于接觸部分的局部彈性變形而形成面接觸由于接觸面積很小，使表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力卻很大。該應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。在表面接觸應(yīng)力作用下的零件強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度計算依據(jù)：彈性力學(xué)的赫茲公式 1、接觸應(yīng)力a)兩圓柱體接觸bpFEEEEH418.

9、0, 3 . 0max212116b)兩球接觸322max2121388. 03 . 0pFEEEEH時綜合曲率半徑內(nèi)接觸外接觸2111121maxFH31maxFH說明：1）圓柱體 ，球 Hmax與F不呈線性關(guān)系173）同樣的1、2下，內(nèi)接觸時較小， Hmax較小，約為外接觸時的48%，重載情況下，采用內(nèi)接觸，有利于提高承載能力或降低接觸副的尺寸。 211maxH321maxH2）圓柱體 ，球 越大， Hmax越小2、失效形式 靜應(yīng)力: 表面壓碎 脆性材料, 表面塑性變形塑性材料變應(yīng)力：疲勞點蝕齒輪、滾動軸承的常見失效形式。183、提高接觸疲勞強(qiáng)度的措施 1）控制最大接觸應(yīng)力 2）提高接觸表面硬度，改善表面加工質(zhì)量 3）增大綜合曲率半徑 4）改外接觸為內(nèi)接觸，點接觸線接觸 5）采用高粘度潤滑油