機(jī)械零件的強(qiáng)詳解演示文稿

機(jī)械零件的強(qiáng)度詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五優(yōu)選機(jī)械零件的強(qiáng)度現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五靜應(yīng)力變應(yīng)力——不隨時(shí)間改變或變化緩慢——隨時(shí)間作周期性或非周期性變化變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力——周期性循環(huán)變應(yīng)力非穩(wěn)定變應(yīng)力——非周期性循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力4.1.2應(yīng)力的分類現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五σ=常數(shù)σttσmaxσminσaσmσmaxσaσmσmaxσaσmin對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力靜應(yīng)力OσtOσOσtO現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五幾個(gè)應(yīng)力參數(shù)平均應(yīng)力：應(yīng)力幅：對(duì)稱循環(huán):σm=0;σa=σmax脈動(dòng)循環(huán):σm=σa=σmax/2現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五循環(huán)特征：——表示應(yīng)力變化的情況對(duì)稱循環(huán)r=-1脈動(dòng)循環(huán)r=0非對(duì)稱循環(huán)r≠0且|r|≠1;靜應(yīng)力r=+1用σr表示循環(huán)特征為r的變應(yīng)力。如σ-1、σ0等現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五注意：變載荷→變應(yīng)力靜載荷→靜應(yīng)力？或變應(yīng)力nP●an現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五主要失效形式：斷裂或塑性變形強(qiáng)度條件：σ≤[σ]或τ≤[τ]許用應(yīng)力：σlim、τlim—極限應(yīng)力s—安全系數(shù)4.2機(jī)械零件的靜強(qiáng)度現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五塑性材料：σlim=σs；τlim=τs脆性材料：σlim=σB；τlim=τBσB、τB—材料強(qiáng)度極限σs、τs—材料屈服極限強(qiáng)度條件也可用安全系數(shù)來(lái)表示現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五4.3機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度疲勞斷裂具有以下特征:1)疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限低,甚至比屈服極限低;2)不管脆性材料或塑性材料,其疲勞斷口均表現(xiàn)為無(wú)明顯塑性變形的脆性突然斷裂;3)疲勞斷裂是損傷的積累,它的初期現(xiàn)象是在零件表面或表層形成微裂紋,這種微裂紋隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展,直至余下的未裂開(kāi)的截面積不足以承受外荷載時(shí),零件就突然斷裂在變應(yīng)力作用下,機(jī)械零件的主要失效形式是疲勞斷裂4.3.1疲勞斷裂特征現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五初始裂紋疲勞區(qū)(光滑)粗糙區(qū)強(qiáng)度條件：σlim=？疲勞破壞與零件的變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有關(guān)N—應(yīng)力循環(huán)次數(shù)σrN—疲勞極限（對(duì)應(yīng)于N）N0—循環(huán)基數(shù)σr—持久極限軸4.3.2疲勞極限對(duì)任一給定的應(yīng)力循環(huán)特性r,當(dāng)應(yīng)力循環(huán)N次后,材料不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力稱為疲勞極限,以σrN

表示。以N或lgN為橫坐標(biāo),σrN或lgσrN

為縱坐標(biāo),把表示σrN

(或lgσrN

)和N(或lgN)的關(guān)系曲線稱為疲勞曲線或σ-N曲線現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五由此得：與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)的指數(shù)金屬材料的疲勞曲線可分為如下兩類:對(duì)于大多數(shù)黑色金屬及其合金,當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N高于某一數(shù)值N0后,疲勞曲線呈現(xiàn)為水平直線;而對(duì)有色合金和高硬度合金鋼,無(wú)論N值多大,疲勞曲線也不存在水平部分有明顯水平部分的疲勞曲線可以分為兩個(gè)區(qū)域:N<N0的部分稱為有限壽命區(qū),N≥N0的部分稱為無(wú)限壽命區(qū)s－N疲勞曲線鋼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)力現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五對(duì)任何材料（標(biāo)準(zhǔn)試件）而言，對(duì)不同的應(yīng)力循環(huán)特性下有不同的持久極限，即每種應(yīng)力循環(huán)特性下都對(duì)應(yīng)著該材料的最大應(yīng)力，再由應(yīng)力循環(huán)特性可求出和、以為橫坐標(biāo)、為縱坐標(biāo)，即可得材料在不同應(yīng)力循環(huán)特性下的極限和的關(guān)系圖4.3.3疲勞極限應(yīng)力圖同一種材料在不同的應(yīng)力循環(huán)特性下的疲勞極限圖現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五

折線以內(nèi)為疲勞和塑性安全區(qū)，折線以外為疲勞和塑性失效區(qū)，工作應(yīng)力點(diǎn)離折線越遠(yuǎn)，安全程度愈高?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五4.3.4影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的主要因素影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的因素很多,有應(yīng)力集中、零件尺寸、表面狀況、環(huán)境介質(zhì)、加載順序和頻率等,1.應(yīng)力集中的影響有效應(yīng)力集中系數(shù):材料、尺寸和受載情況都相同的一個(gè)無(wú)應(yīng)力集中試樣與一個(gè)有應(yīng)力集中試樣的疲勞極限的比值,即式中:σ-1、(σ-1)k———無(wú)應(yīng)力集中試樣和有應(yīng)力集中試樣的疲勞極限?，F(xiàn)在是15頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五2.絕對(duì)尺寸的影響當(dāng)其他條件相同時(shí),零件尺寸越大,則其疲勞強(qiáng)度越低。其原因是由于尺寸大時(shí),材料晶粒粗,出現(xiàn)缺陷的概率大,機(jī)加工后表面冷作硬化層相對(duì)較薄,疲勞裂紋容易形成。截面絕對(duì)尺寸對(duì)疲勞極限的影響,可用絕對(duì)尺寸系數(shù)εσ表示。絕對(duì)尺寸系數(shù)定義:直徑為d的試樣的疲勞極限(σ-1)d

與直徑d0=6～10mm的試樣的疲勞極限(σ-

1)d0的比值,即現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五3.表面狀態(tài)的影響表面狀態(tài)包括表面粗糙度和表面處理的情況。零件表面光滑或經(jīng)過(guò)各種強(qiáng)化處理(如噴丸、表面熱處理或表面化學(xué)處理等),可以提高零件的疲勞強(qiáng)度表面狀態(tài)對(duì)疲勞極限的影響可用表面狀態(tài)系數(shù)β表示。表面狀態(tài)系數(shù)定義:試樣在某種表面狀態(tài)下的疲勞極限(σ-

1)β與精拋光試樣(未經(jīng)強(qiáng)化處理)的疲勞極限(σ-

1)β0的比值現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五由實(shí)驗(yàn)得知,應(yīng)力集中、尺寸效應(yīng)和表面狀態(tài)只對(duì)應(yīng)力幅有影響,對(duì)平均應(yīng)力沒(méi)有影響。通常,可將這三個(gè)系數(shù)綜合考慮,稱為綜合影響系數(shù),即在計(jì)算時(shí),零件的工作應(yīng)力幅要乘以綜合影響系數(shù)現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五4.3.5許用疲勞極限應(yīng)力圖對(duì)于有應(yīng)力集中、絕對(duì)尺寸和表面狀態(tài)影響的零件,在計(jì)算安全系數(shù)時(shí)必須考慮綜合影響系數(shù)(kσ)D或(kτ)D和壽命系數(shù)kN

對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響在簡(jiǎn)化疲勞極限應(yīng)力圖基礎(chǔ)上得到許用疲勞極限應(yīng)力現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五4.3.6穩(wěn)定變應(yīng)力狀態(tài)下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算1.許用應(yīng)力法機(jī)械零件在變應(yīng)力作用下的疲勞強(qiáng)度計(jì)算與靜強(qiáng)度計(jì)算相似,即零件危險(xiǎn)點(diǎn)處的最大工作應(yīng)力應(yīng)小于或等于零件的許用應(yīng)力危險(xiǎn)點(diǎn)處的最大工作應(yīng)力σmax仍按靜載荷時(shí)的應(yīng)力公式計(jì)算,其許用應(yīng)力取零件的疲勞極限σrN除以規(guī)定的安全系數(shù)Sσ現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五零件在對(duì)稱循環(huán)下的許用應(yīng)力用[σ-1]來(lái)表示,則對(duì)稱循環(huán)下的疲勞強(qiáng)度條件為對(duì)某些受不對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的零件,其疲勞強(qiáng)度條件可取為式中,σa、[σa]分別為零件所受的最大工作應(yīng)力幅和許用應(yīng)力幅?，F(xiàn)在是21頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五進(jìn)行零件疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，首先根據(jù)零件危險(xiǎn)截面上的σmax及σmin確定平均應(yīng)力σm與應(yīng)力幅σa，然后，在極限應(yīng)力線圖的坐標(biāo)中標(biāo)示出相應(yīng)工作應(yīng)力點(diǎn)n或m。根據(jù)零件工作時(shí)所受的約束來(lái)確定應(yīng)力可能發(fā)生的變化規(guī)律，從而決定以哪一個(gè)點(diǎn)來(lái)表示極限應(yīng)力。機(jī)械零件可能發(fā)生的典型的應(yīng)力變化規(guī)律有以下三種：應(yīng)力比為常數(shù)：r=C平均應(yīng)力為常數(shù)σm=C最小應(yīng)力為常數(shù)σmin=C相應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力應(yīng)是極限應(yīng)力曲線上的某一個(gè)點(diǎn)所代表的應(yīng)力。2.安全系數(shù)法危險(xiǎn)截面處的S≥[S](1)單向應(yīng)力狀態(tài)時(shí)的安全系數(shù)現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五1、——大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài)∴過(guò)原點(diǎn)與工作應(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)特性均相同,M1′和N1′點(diǎn)即為所求的極限應(yīng)力點(diǎn)現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五a)當(dāng)工作應(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)算零件的極限應(yīng)力(疲勞極限)正應(yīng)力安全系數(shù)同理，切應(yīng)力安全系數(shù)ψσ、ψτ是將平均應(yīng)力折合為應(yīng)力幅的等效系數(shù),其大小表示材料對(duì)循環(huán)不對(duì)稱特性的敏感程度現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五b)工作應(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)算現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五2、——振動(dòng)中的受載彈簧的應(yīng)力狀態(tài)需在極限應(yīng)力圖上找一個(gè)其平均應(yīng)力與工作應(yīng)力相同的極限應(yīng)力，如圖，過(guò)工作應(yīng)力點(diǎn)M（N）作與縱軸平行的軸線交AGC于M2′（N2′）點(diǎn)，即為極限應(yīng)力點(diǎn)

a)當(dāng)工作應(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：

b）工作應(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：

現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五3、——變軸向變載荷的緊螺栓聯(lián)接中的螺栓應(yīng)力狀態(tài)

∴過(guò)工作應(yīng)力點(diǎn)M（N）作與橫坐標(biāo)成45°的直線，則這直線任一點(diǎn)的最小應(yīng)力均相同，∴直線與極限應(yīng)力線圖交點(diǎn)即為所求極限應(yīng)力點(diǎn)。

現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五a)工作應(yīng)力點(diǎn)位于OJGI區(qū)域內(nèi)求AG與MM3′的交點(diǎn):強(qiáng)度條件:極限應(yīng)力為疲勞極限，按疲勞強(qiáng)度計(jì)算現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五c）工作應(yīng)力位于OAJ區(qū)域內(nèi)b)工作應(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，工程中罕見(jiàn)，故不作考慮。

現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五5）等效應(yīng)力幅

注意：1）若零件所受應(yīng)力變化規(guī)律不能肯定，一般采用r=C的情況計(jì)算2）上述計(jì)算均為按無(wú)限壽命進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，若按有限壽命要求設(shè)計(jì)零件時(shí)，即應(yīng)力循環(huán)次數(shù)103(104)<N<No時(shí)，這時(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σ-1N代σ-1，以σoN代σo3）當(dāng)未知工作應(yīng)力點(diǎn)所在區(qū)域時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮可能出現(xiàn)的兩種情況4）對(duì)切應(yīng)力上述公式同樣適用，只需將σ改為τ即可?，F(xiàn)在是30頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五(2)復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)時(shí)的安全系數(shù)很多零件(如轉(zhuǎn)軸)在工作時(shí)同時(shí)受有彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的復(fù)合變應(yīng)力作用。根據(jù)試驗(yàn)研究和理論分析,可導(dǎo)出零件在對(duì)稱循環(huán)彎扭復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算式為式中的Sσ和Sτ可根據(jù)下面的公式計(jì)算:現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五4.3.7非穩(wěn)定變應(yīng)力狀態(tài)下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的種類常見(jiàn)的非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力有兩種:規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力:應(yīng)力按一定規(guī)律周期性變化,且應(yīng)力幅也是按一定規(guī)律周期性變化(2)隨機(jī)性非穩(wěn)定變應(yīng)力:應(yīng)力的變化不呈周期性,而帶有偶然性,隨機(jī)性非穩(wěn)定變應(yīng)力可采用統(tǒng)計(jì)概率分布方法轉(zhuǎn)化成規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力?，F(xiàn)在是32頁(yè)\一共有35頁(yè)\編輯于星期五疲勞損傷累積假說(shuō)是:在疲勞裂紋形成和擴(kuò)展的過(guò)程中,零件或材料內(nèi)部的損傷是逐漸積累的,積累到一定程度才發(fā)生斷裂。用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算不穩(wěn)定變應(yīng)力非規(guī)律性規(guī)律性按損傷累積假說(shuō)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有35