第三章 機(jī)械零件的強(qiáng)度

第三章機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度第1頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度用σlim表示強(qiáng)度極限σB，屈服極限σS，疲勞極限σr許用應(yīng)力（allowablestress）用σca表示極限應(yīng)力（ultimatestress）2、應(yīng)力（stress）工作應(yīng)力（workingstress）計算應(yīng)力（calculatedstress）按材料力學(xué)公式求出的作用在零件剖面上的應(yīng)力按一定的強(qiáng)度理論求出的與單向拉伸同等作用的應(yīng)力材料某個機(jī)械性能極限值計算應(yīng)力允許達(dá)到的最大值用[σ]表示第2頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度3、安全系數(shù)（safetyfactor）安全系數(shù)極限應(yīng)力與許用應(yīng)力的比值安全系數(shù)計算值極限應(yīng)力與計算應(yīng)力的比值引入安全系數(shù)的原因：①

應(yīng)力計算時的載荷不精確性；②

力學(xué)模型與實際狀況的差異；③

材料機(jī)械性能的不均勻性；④

零件使用場合的重要性。第3頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度二、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)變載荷靜載荷變載荷：載荷：1）名義載荷P2）計算載荷

PC第4頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度隨機(jī)變應(yīng)力靜應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力三、應(yīng)力的分類1、應(yīng)力種類變應(yīng)力：不穩(wěn)定變應(yīng)力：穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力第5頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度2、穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的基本參數(shù)和種類

a)基本參數(shù)

應(yīng)力比（循環(huán)特性）最大應(yīng)力最小應(yīng)力平均應(yīng)力應(yīng)力幅b)穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力種類：

-1<

γ<+1——不對稱循環(huán)變應(yīng)力γ=+1——靜應(yīng)力

γ=–1——對稱循環(huán)變應(yīng)力γ=0——脈動循環(huán)變應(yīng)力第6頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度注意：靜應(yīng)力只能由靜載荷產(chǎn)生，而變應(yīng)力可能由變載荷產(chǎn)生，也可能由靜載荷產(chǎn)生名義應(yīng)力——由名義載荷產(chǎn)生的應(yīng)力計算應(yīng)力——由計算載荷產(chǎn)生的應(yīng)力

3）名義應(yīng)力和計算應(yīng)力第7頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度四、變應(yīng)力（variablestress）的強(qiáng)度計算1、疲勞極限衡量變應(yīng)力的參數(shù)有最大應(yīng)力σmax（

max）最小應(yīng)力σmin（

min）平均應(yīng)力σm（

m）應(yīng)力幅σa（

a）應(yīng)力循環(huán)特性r=σ

min／σ

max疲勞極限循環(huán)特性r一定時，應(yīng)力循環(huán)N次后，材料不發(fā)生疲勞破壞時的最大應(yīng)力用σrN表示第8頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度即σ—N曲線疲勞曲線σmaxBCDNND104103N0AB段：靜應(yīng)力區(qū)間，B點對應(yīng)的的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)大約為103；BC段：隨N的增大，σ

max下降，C點所對應(yīng)的N值大約為104，這種破壞為應(yīng)變疲勞，或低周疲勞。給定的循環(huán)特性條件下，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N與疲勞極限σrN之間的關(guān)系曲線第9頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度CD段：隨N的增大，σmax下降較快，這階段稱為有限壽命階段，也稱為高周疲勞。D點以后：D點以后的曲線趨于水平，說明隨N的增多，σmax不再下降，即到無限壽命階段，一般工程材料的D點約為106~25

107。lgσrCDlgNlgNDlgN0lgN雙對數(shù)坐標(biāo)表示的疲勞曲線CD段方程：m—與材料有關(guān)的常數(shù)

C—常數(shù)

第10頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度循環(huán)基數(shù)N

0對應(yīng)的疲勞極限式中：K

N——壽命系數(shù)N

D不大時，N

0=N

DN

D很大時，N

0<N

D任意循環(huán)N次的疲勞極限為：簡寫為σrσmaxBCDNND104103N0第11頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度2、材料的極限應(yīng)力圖3、零件的極限應(yīng)力圖對稱循環(huán)變應(yīng)力:平均應(yīng)力σm＝0最大應(yīng)力σmax＝σa脈動循環(huán)變應(yīng)力:平均應(yīng)力σm＝0.5σ0應(yīng)力幅σa＝0.5σ0靜應(yīng)力:平均應(yīng)力σm＝σs應(yīng)力幅σa＝0σmax＝σm+σa＝σS的變應(yīng)力OA′G′C區(qū)域為安全區(qū)A`G`C折線為疲勞極限第12頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度四、單向穩(wěn)定變應(yīng)力的機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度

1、變應(yīng)力的循環(huán)特性保持不變（r＝C）的情況絕大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài)。M1’N1‘σaDGσmAMCNM點的極限應(yīng)力為M1?(σ?me、σ?ae)第13頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度安全系數(shù)計算值及強(qiáng)度條件靜強(qiáng)度條件2、變應(yīng)力的平均應(yīng)力保持不變（σm＝C）的情況M2’N2‘

aDGσmACMNHO振動著的受載彈簧的應(yīng)力狀態(tài)第14頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度M點的極限應(yīng)力為安全系數(shù)計算值及強(qiáng)度條件靜強(qiáng)度條件第15頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度3、變應(yīng)力的最小應(yīng)力保持不變（

min＝C）情況σaJGσmACMNσminMM3’N3‘σminN受軸向變載荷螺栓聯(lián)接的應(yīng)力狀態(tài)σmin＝σm－σa＝C

M點的極限應(yīng)力為第16頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度安全系數(shù)計算值及強(qiáng)度條件說明：難以確定應(yīng)力變化規(guī)律的，采用r=C計算第17頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度五、單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度1、非規(guī)律性的不穩(wěn)定變應(yīng)力變應(yīng)力參數(shù)隨機(jī)變的，如汽車鋼板彈簧。根據(jù)大量的試驗求得載荷及應(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。2、規(guī)律性的不穩(wěn)定變應(yīng)力變應(yīng)力參數(shù)的變化有一個簡單的規(guī)律。利用疲勞損傷累計假說進(jìn)行計算。第18頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度每一次循環(huán)的損傷率：1／Nn次循環(huán)的損傷率：n／N累計損傷率為：各應(yīng)力幅無大的差別及強(qiáng)烈的短時過載應(yīng)力由大到小作用應(yīng)力由小到大作用累計損傷率100%時，材料發(fā)生疲勞破壞為什么？第19頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度代入累計損傷公式得：不破壞的條件：令計算應(yīng)力為：第20頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度則零件上同時作用的法向及切向變應(yīng)力σa和τa時，試驗得到的極限應(yīng)力關(guān)系式為：安全系數(shù)六、雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度AMM'C'CDD'BO1、對稱循環(huán)穩(wěn)定變應(yīng)力τa'和σa'

—同時作用的切向和法向應(yīng)力幅的極限值第21頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度M點的計算安全系數(shù)為：代入整理得：第22頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械零件的強(qiáng)度先求出Sσ和Sτ，再求出計算安全系數(shù)Sca2、非對稱循環(huán)穩(wěn)定變應(yīng)力第23頁，課件共24頁，創(chuàng)作于20