機械零件的強度

沈陽工業(yè)大學(xué)備課用紙第三章機械部件的強度強度問題：靜應(yīng)力強度：往常以為在機械部件整個工作壽命時期應(yīng)力變化次數(shù)小于103的通用部件，均按靜應(yīng)力強度進行設(shè)計。（資料力學(xué)范圍）變應(yīng)力強度：在變應(yīng)力作用下，部件產(chǎn)生疲憊損壞。疲憊損壞定義：金屬資料試件在交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過長時間的試驗而發(fā)生的損壞。疲憊損壞的原由：資料內(nèi)部的缺點、加工過程中的刀痕或部件局部的應(yīng)力集中等致使產(chǎn)生了微觀裂紋，稱為裂紋源，在交變應(yīng)力作用下，跟著循環(huán)次數(shù)的增添，裂紋不停擴展，直至部件發(fā)生忽然斷裂。疲憊損壞的特點：1）部件的最大應(yīng)力在遠小于靜應(yīng)力的強度極限時，便可能發(fā)生損壞；2）即便是塑性資料，在沒有顯然的塑性變形下便可能發(fā)生忽然的脆性斷裂。疲憊損壞是一個損害積累的過程，有發(fā)展的過程，需要時間。疲憊斷口分為兩個區(qū)：疲憊區(qū)和脆性斷裂區(qū)?！?-1資料的疲憊特征一、應(yīng)力的分類1、靜應(yīng)力:大小和方向均不隨時間改變,或許變化遲緩。2、變應(yīng)力:大小或方向隨時間而變化。1）穩(wěn)固循環(huán)變應(yīng)力:以下各參數(shù)不隨時間變化的變應(yīng)力。m─均勻應(yīng)力；a─應(yīng)力幅值max─最大應(yīng)力；min─最小應(yīng)力─應(yīng)力比（循環(huán)特征）描繪規(guī)律性的交變應(yīng)力可有5個參數(shù)，但此中只有兩個參數(shù)是獨立的。maxminm2maxminra2

minmaxr=-1對稱循環(huán)應(yīng)力r=0脈動循環(huán)應(yīng)力r=1靜應(yīng)力沈陽工業(yè)大學(xué)備課用紙2）非穩(wěn)固循環(huán)變應(yīng)力:參數(shù)隨時間變化的變應(yīng)力。1）規(guī)律性非穩(wěn)固變應(yīng)力:參數(shù)按必定規(guī)律周期性變化的稱為。2）隨機變應(yīng)力：隨機變化的。曲線可分為二、疲憊曲線1、-N曲線：應(yīng)力比r一準時，表示疲憊極限（最大應(yīng)力）N與循環(huán)次數(shù)N之間關(guān)系的曲線。典型的疲憊曲線以下列圖示：N疲憊曲線大部分部件無效在C點右邊地區(qū),稱高周疲憊區(qū)N>104高周疲憊區(qū)以N0為界分為兩個區(qū)：有限壽命區(qū)(CD)：N＜N0，循環(huán)次數(shù)N,對應(yīng)的極限應(yīng)力N?！獥l件疲憊極限。

ABBCCDD右四個區(qū)域。此中：AB區(qū)最大應(yīng)力變化不大，可按靜應(yīng)力考慮。BC:為低周疲憊（循環(huán)次數(shù)少）區(qū)。N<104。也稱應(yīng)變疲憊（疲憊損壞陪伴塑性變m曲線方程為NNC形）M-資料常數(shù)N0-循環(huán)基數(shù)沈陽工業(yè)大學(xué)備課用紙無窮壽命區(qū)：N≥N0時，曲線為水平直線，對應(yīng)的疲憊極限是一個定值，用表示。當資料遇到的應(yīng)力不超過時，則能夠經(jīng)受無窮次的應(yīng)力循環(huán)而不疲憊損壞。即壽命是無窮的?！v極限（1/0/1）因為rNmNrmN0C因此rNmN0KNrrN2、等壽命疲憊曲線（極限應(yīng)力線圖）定義：循環(huán)次數(shù)一準時，應(yīng)力幅與均勻應(yīng)力間的關(guān)系曲線。理論疲憊曲線：經(jīng)過試驗得二次曲線以下列圖。即在曲線ammaxr（壽命為循環(huán)基數(shù)N0）在曲線內(nèi)為無窮壽命。曲線外為有限壽命。實質(zhì)疲憊曲線：

KN-壽命系數(shù)圖中，曲線上隨意一點的橫縱坐標之和為最大應(yīng)力。代表應(yīng)力比為一定值的疲勞極限。沈陽工業(yè)大學(xué)備課用紙在直線，''a、m—直線CG上任何一點均有maxmas，，——疲憊強度線。其上的點表示疲憊極限應(yīng)力，，上隨意點坐AG線AG由A,、G,兩點坐標可得A，G，線直線方程標。1am此中210（試件受循環(huán)曲折應(yīng)力時的資料常0數(shù)）碳鋼0.10.2合金鋼0.20.3，——折服強度線。其上的點表示折服極限CG線，由C點坐標和直線斜角可得CG線方程ams§3-2機械部件的疲憊強度計算一、部件的極限應(yīng)力線圖引入Ｋσ—曲折疲憊極限的綜合影響系數(shù)1則K1e-1—資料對稱循環(huán)曲折疲憊極限-1e—部件對稱循環(huán)曲折疲憊極限將資料的極限應(yīng)力線圖中直線A,D,G,按比率Ｋσ向下移，,,CG部分按靜強度考慮,故不作修正。即得部件的極限應(yīng)力線圖，以下

因為部件幾何形狀的變化、尺寸大小、加工質(zhì)量及加強要素等的影響，使得部件的疲憊極限要小于資料試件的疲憊極限。在不對稱循環(huán)時，Ｋσ為試件與部件極限應(yīng)力幅的比值。故各點坐標為A(0,1),D0,0，C點坐標不變K22K采納相同方法，可得AG直線方程：1Kaeme直線CG方程為：aemes曲折疲憊極限綜合影響系數(shù)k11K1qK—部件的有效應(yīng)力集中系數(shù)。（在正應(yīng)力作用下）—部件的尺寸系數(shù)。（在正應(yīng)力作用下）—部件的表面質(zhì)量系數(shù)。（在正應(yīng)力作用下）q—部件的加強系數(shù)。（在正應(yīng)力作用下）二、單向穩(wěn)固變應(yīng)力機遇械部件的疲憊強度計算因此：計算安全系數(shù)及疲憊強度條件為：maxmaSScamaxma機械部件可能發(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

ae、me—直線AG上隨意點坐標。進行部件疲憊強度計算時，首先依據(jù)部件危險截面上的σmax及σmin確立均勻應(yīng)力σm與應(yīng)力幅σa，而后，在極限應(yīng)力線圖的坐標中標示出相應(yīng)工作應(yīng)力點M或N。相應(yīng)的疲憊極均勻應(yīng)力為常數(shù)σ最小應(yīng)力為常數(shù)σ

m=Cmin=C

限應(yīng)力應(yīng)是極限應(yīng)力曲線上的某一個點所代表的應(yīng)力。依據(jù)部件工作時所受的拘束來確立應(yīng)力可能發(fā)生的變化規(guī)律，進而決定以哪一個點來表示極限應(yīng)力。沈陽工業(yè)大學(xué)備課用紙1、r=Cr=C時，應(yīng)當有amaxmin1r1Cmmaxminr

,因為C為常數(shù)，故連結(jié)坐標原,,點，得OM或ON，同一條射線上各點應(yīng)力比為常數(shù)。,,M、N為工作應(yīng)力點相應(yīng)的極聯(lián)解OM、AG直線方程可得，坐標(ae、me),相加即為M點限應(yīng)力個點。M部件的疲憊極限：maxaeme1ma1maxKmKaam由上式得limmax1SScaKmaxam假如極限應(yīng)力點為’，極限應(yīng)力為折服極限s，因此強度條N件為：limmaxsSScamaxam其余加載方式相同。2、mC聯(lián)解直線MM2’與直線AG方程，求出M2’點橫縱坐標值，并相加：limmax1KmSScaK(am)max沈陽工業(yè)大學(xué)備課用紙3、minC即minmaC為與橫軸夾角450的斜直線，故可過M作斜線’’點即為極限應(yīng)力點。LM，M3相同的方法可得:limmaxScamax

21KminS(K)(2amin)三、雙向穩(wěn)固變應(yīng)力機遇械部件的疲憊強度計算當部件上同時作用有同相位的穩(wěn)固對稱循環(huán)變應(yīng)力sa和ta時，由實驗得出的極限應(yīng)力關(guān)系式為：22aa11e1e式中a′及a′為同時作用的切向及法向應(yīng)力幅的極限值。因為是對稱循環(huán)變應(yīng)力，故應(yīng)力幅即為最大應(yīng)力?；【€AM'B上任何一個點即代表一對極限應(yīng)力σa′及τa′若作用于部件上的應(yīng)力幅a及a如圖中M點表示，則因為此工作應(yīng)力點在極限之內(nèi)，未達到極限條件，因此是安全的。計算安全系數(shù)OM'SσSτScaOMSσ2Sτ2沈陽工業(yè)大學(xué)備課用紙四、單向非穩(wěn)固變應(yīng)力時的疲憊強度計算非穩(wěn)固變應(yīng)力包含：規(guī)律性非穩(wěn)固變應(yīng)力：按損害積累假說進行疲憊強度計算各階應(yīng)隨機變應(yīng)力：用統(tǒng)計方法進行疲憊強度計算力均為1．Miner法例：對稱循規(guī)律性非穩(wěn)固變應(yīng)力如圖：環(huán)最大應(yīng)力依據(jù)Miner定理：每個大于1的應(yīng)力均對資料有損害,每次循環(huán)的損害率為1/N，當總的損害率相加為100%時，資料發(fā)生疲憊損壞。1循環(huán)n1次對資料的損害率為n1N12循環(huán)n2次對資料的損害率為n2N23循環(huán)n3次對資料的損害率為n3N3總損害率為n1n2n3，極限情況為：N1N2N3n1n2nzzni1N1N2NzNii1mmN1mN11N011N01mm同理,1N0,N31N0N223沈陽工業(yè)大學(xué)備課用紙由Miner定理，疲憊損壞的極限條件：zmni1mmmii11N0