機械零件的強度2ppt課件

1、退退 出出下一頁下一頁音樂欣賞機械零件的強度機械零件載荷和應(yīng)力的分類機械零件載荷和應(yīng)力的分類零件在靜應(yīng)力下工作時的強度零件在靜應(yīng)力下工作時的強度機械零件的疲勞強度機械零件的疲勞強度機械零件的抗斷裂強度機械零件的抗斷裂強度機械零件的接觸強度機械零件的接觸強度總目錄總目錄退退 出出下一頁下一頁上一頁上一頁分目錄分目錄機械零件載荷和應(yīng)力的分類機械零件載荷和應(yīng)力的分類機械零件載荷分類機械零件載荷分類靜載荷靜載荷 不隨時間而變化或變化很緩慢的載荷，常稱名不隨時間而變化或變化很緩慢的載荷，常稱名 義載荷。義載荷。變載荷變載荷 隨時間作周期性變化或非周期性變化的載荷。隨時間作周期性變化或非周期性變化的載荷。

2、 計算載荷計算載荷=載荷系數(shù)名義載荷載荷系數(shù)名義載荷Fca=KF退退 出出下一頁下一頁分目錄分目錄機械零件應(yīng)力分類機械零件應(yīng)力分類機械零件載荷和應(yīng)力的分類機械零件載荷和應(yīng)力的分類靜應(yīng)力靜應(yīng)力 不隨時間變化的應(yīng)力。不隨時間變化的應(yīng)力。變應(yīng)力變應(yīng)力 隨時間變化的應(yīng)力。分穩(wěn)定變應(yīng)力循環(huán)變應(yīng)隨時間變化的應(yīng)力。分穩(wěn)定變應(yīng)力循環(huán)變應(yīng) 力和非穩(wěn)定變應(yīng)力，力和非穩(wěn)定變應(yīng)力，平均應(yīng)力平均應(yīng)力應(yīng)力幅應(yīng)力幅2minmaxm2minmaxa循環(huán)特性：循環(huán)特性：maxminr對稱循環(huán)對稱循環(huán)脈動循環(huán)脈動循環(huán)靜應(yīng)力靜應(yīng)力1r0r1r如圖。如圖。退退 出出下一頁下一頁機械零件載荷和應(yīng)力的分類機械零件載荷和應(yīng)力的分類靜應(yīng)力靜

3、應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力圖圖3-1 應(yīng)力的類型應(yīng)力的類型minmaxm0a1r2minmaxm2minmaxaamammaxminr1r0r2maxam0min0mminmaxaa)b)c)d)11r退退 出出下一頁下一頁零件在靜應(yīng)力下工作時的強度零件在靜應(yīng)力下工作時的強度在靜應(yīng)力作用下零件的破壞形式為斷裂或塑性變形在靜應(yīng)力作用下零件的破壞形式為斷裂或塑性變形強度條件強度條件 sslimlim、 危險截面處的最大應(yīng)力。危險截面處的最大應(yīng)力。 s 、 s安全系數(shù)。安全系數(shù)。 、 零件材料的許用應(yīng)力。零件材料的許用應(yīng)力。lim、

4、lim 極限正應(yīng)力和極限切應(yīng)力，對于塑性材料，按不發(fā)生極限正應(yīng)力和極限切應(yīng)力，對于塑性材料，按不發(fā)生塑性變形的條件進行強度計算時，塑性變形的條件進行強度計算時， lim s ，lims；按允許；按允許少量塑性變形的條件進行強度計算時，少量塑性變形的條件進行強度計算時，lim B ，limB。對于脆性材料，對于脆性材料， limB ，limB。退退 出出下一頁下一頁零件在靜應(yīng)力下工作時的強度零件在靜應(yīng)力下工作時的強度 復(fù)合靜應(yīng)力作用下的塑性材料零件，用第三和第四強度復(fù)合靜應(yīng)力作用下的塑性材料零件，用第三和第四強度理論計算復(fù)合應(yīng)力。理論計算復(fù)合應(yīng)力。其強度條件為其強度條件為 222234coco復(fù)

5、合安全強系數(shù)為復(fù)合安全強系數(shù)為 ssssss22limlim s s ss危險截面處的實際安全系數(shù)危險截面處的實際安全系數(shù) s 許用復(fù)合安全系數(shù)。許用復(fù)合安全系數(shù)。退退 出出下一頁下一頁機械零件的疲勞強度機械零件的疲勞強度在變應(yīng)力下工作的零件，疲勞斷裂是主要的失效形式之一。在變應(yīng)力下工作的零件，疲勞斷裂是主要的失效形式之一。低周疲勞：低周疲勞： 410N時，疲勞極限較高，時，疲勞極限較高， 接近于屈服極限，疲勞極限幾乎與循環(huán)次數(shù)的接近于屈服極限，疲勞極限幾乎與循環(huán)次數(shù)的 變化無關(guān)。變化無關(guān)。DNN 410高周疲勞：高周疲勞：時，疲勞極限時，疲勞極限隨循環(huán)次數(shù)的增加而降低。隨循環(huán)次數(shù)的增加而降低

6、。在有限壽命區(qū)在有限壽命區(qū)CNNmrmrN0NrmrmrNKNN0任意循環(huán)次數(shù)下的疲勞極限任意循環(huán)次數(shù)下的疲勞極限KN壽命系數(shù)，壽命系數(shù)，rrNNK/m材料常數(shù)，由實驗定。材料常數(shù)，由實驗定。圖圖3-2 材料的疲勞曲線材料的疲勞曲線當(dāng)循環(huán)特性未知時，按對稱循環(huán)處理！r= -1當(dāng)NN0時，rN= -1r退退 出出下一頁下一頁機械零件的疲勞強度機械零件的疲勞強度圖圖3-3 材料的極限應(yīng)力曲線材料的極限應(yīng)力曲線ammax直線AG的方程：ma1零件材料的疲勞極限：材料的最大工作應(yīng)力：ammax假設(shè)Max Max, 材料發(fā)生的應(yīng)力在OAGC 區(qū)域內(nèi)，不會發(fā)生疲勞破壞，否則會發(fā)生。在OAGC 折線上，表示

7、處于極限狀態(tài)。直線GC的方程：sam0012為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的材料常數(shù)，其值由試驗確定 。對碳鋼， ； 對合金鋼 。 2 . 01 . 0 3 . 02 . 0 也可計算：-1對稱循環(huán)疲勞極限0脈動循環(huán)疲勞極限退退 出出下一頁下一頁機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算影響零件疲勞強度的主要因素：影響零件疲勞強度的主要因素： 應(yīng)力集中、零件尺寸、表面狀態(tài)。應(yīng)力集中、零件尺寸、表面狀態(tài)。綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù)eK11零件的對稱循環(huán)疲勞極限為零件的對稱循環(huán)疲勞極限為Ke11圖圖3-4 零件的極限應(yīng)力圖零件的極限應(yīng)力圖圖圖3-3 材料的極限應(yīng)力曲線材料的極限應(yīng)力曲線退退 出出下一頁下一

8、頁機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算meeaeeK11或或 meaeK1直線直線CG的方程為的方程為aemes+直線直線AG的方程為的方程為 式中：式中：ae零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的極限應(yīng)力幅；零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的極限應(yīng)力幅；me零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的極限平均應(yīng)力；零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的極限平均應(yīng)力；e零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的材料常數(shù)。零件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的材料常數(shù)。 圖圖3-4 零件的極限應(yīng)力圖零件的極限應(yīng)力圖退退 出出下一頁下一頁機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算e00121KK=KK彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)。彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)。 qk111式中：式中：k零件的

9、有效應(yīng)力集中系數(shù)零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)(腳標(biāo)腳標(biāo) 表示在正應(yīng)力條件下，下同表示在正應(yīng)力條件下，下同)；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零件的強化系數(shù)。零件的強化系數(shù)。 以上各系數(shù)的值見有關(guān)資料或本章附錄。以上各系數(shù)的值見有關(guān)資料或本章附錄。退退 出出下一頁下一頁機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算（一單向穩(wěn)定變應(yīng)力時機械零件的疲勞強度計算（一單向穩(wěn)定變應(yīng)力時機械零件的疲勞強度計算cr . 1的情況的情況 對應(yīng)于對應(yīng)于M點零件的極限應(yīng)力疲勞極限）點零件的極限應(yīng)力疲勞極限）maxmamaamKKmax11maxaeme+=圖圖3-5 r=c時的極限

10、應(yīng)力時的極限應(yīng)力計算安全系數(shù)及強度條件為計算安全系數(shù)及強度條件為maxmaxlimcaSmaK1 s退退 出出下一頁下一頁機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算對應(yīng)于對應(yīng)于 點的極限應(yīng)力點點的極限應(yīng)力點 位于直線位于直線CGCG上。此時的極限應(yīng)力即為屈服極上。此時的極限應(yīng)力即為屈服極限，工作應(yīng)力為限，工作應(yīng)力為 點時，可能發(fā)生的是屈服失效，故只需進行靜強度計算。點時，可能發(fā)生的是屈服失效，故只需進行靜強度計算。在工作應(yīng)力為單向應(yīng)力時，強度計算式為在工作應(yīng)力為單向應(yīng)力時，強度計算式為1NNNlimcaSmaxs Smascm . 2的情況的情況max= e 1Km1KKm1圖圖3-6 cm

11、 時的極限應(yīng)力時的極限應(yīng)力aeKm1= 計算安全系數(shù)及強度條件為計算安全系數(shù)及強度條件為 maxmaxlimcaSammKK1 s退退 出出下一頁下一頁機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算cmin .3的情況的情況cmin圖圖3-7 時的極限應(yīng)力時的極限應(yīng)力maxmaxcaSminmin122aKK saadKm+ adcaS1Cammin退退 出出下一頁下一頁機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算（二單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算（二單向不穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算當(dāng)損傷率達(dá)到當(dāng)損傷率達(dá)到100 100 時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對應(yīng)于極限狀況有時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對應(yīng)

12、于極限狀況有 11ziiiNncazimiimnN101cacaS1 s圖圖3-8 規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力示意圖規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力示意圖圖圖3-9 不穩(wěn)定變應(yīng)力在不穩(wěn)定變應(yīng)力在 坐標(biāo)上坐標(biāo)上Nr留意：當(dāng)-1時，計算時不予考慮。退退 出出下一頁下一頁機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算（三雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算（三雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強度計算22SSSSScamaKS1maKS1及及 圖圖3-10 雙向應(yīng)力時的極限應(yīng)力圖雙向應(yīng)力時的極限應(yīng)力圖退退 出出下一頁下一頁機械零件的疲勞強度計算機械零件的疲勞強度計算（四提高機械零件疲勞強度的措施（四提高機械零件疲勞強度的措施 1. 盡可能降

13、低零件上的應(yīng)力集中的影響，是提高零件疲勞強度盡可能降低零件上的應(yīng)力集中的影響，是提高零件疲勞強度的首要措施。的首要措施。 2. 選用疲勞強度高的材料和規(guī)定能夠提高材料疲勞強度的熱處選用疲勞強度高的材料和規(guī)定能夠提高材料疲勞強度的熱處理方法及強化工藝。理方法及強化工藝。3. 提高零件的表面質(zhì)量。提高零件的表面質(zhì)量。 4. 盡可能的減小或消除零件表面可發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對盡可能的減小或消除零件表面可發(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。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。退退 出出下一頁下一頁 3、通過斷裂力學(xué)試驗，測定構(gòu)件材料的斷裂韌

14、度、通過斷裂力學(xué)試驗，測定構(gòu)件材料的斷裂韌度k1c。目前已。目前已由一些工程手冊中列出了用結(jié)構(gòu)材料的平面應(yīng)變斷裂韌度；由一些工程手冊中列出了用結(jié)構(gòu)材料的平面應(yīng)變斷裂韌度；機械零件的抗斷裂強度機械零件的抗斷裂強度 在工程實際中，有一些結(jié)構(gòu)，當(dāng)工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力時，在工程實際中，有一些結(jié)構(gòu)，當(dāng)工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力時，在實際應(yīng)用中有時會發(fā)生突然的斷裂，這種現(xiàn)象稱低應(yīng)力脆斷。在實際應(yīng)用中有時會發(fā)生突然的斷裂，這種現(xiàn)象稱低應(yīng)力脆斷。4、對構(gòu)件進行安全性判斷。、對構(gòu)件進行安全性判斷。 在運用斷裂力學(xué)對含裂紋結(jié)構(gòu)進行強度分析和安全性評價時，在運用斷裂力學(xué)對含裂紋結(jié)構(gòu)進行強度分析和安全性評價時，通常應(yīng)做以下

15、幾方面的工作：通常應(yīng)做以下幾方面的工作： 1 1、 分析確定裂紋的形狀、大小及分布，已確定初使裂紋的分析確定裂紋的形狀、大小及分布，已確定初使裂紋的尺寸尺寸a0a0， 通常應(yīng)對結(jié)構(gòu)進行精確的無損探傷來確定通常應(yīng)對結(jié)構(gòu)進行精確的無損探傷來確定a0,a0,通常應(yīng)對通常應(yīng)對構(gòu)件進行精確的無損探傷來確定構(gòu)件進行精確的無損探傷來確定a0a0； 2、對構(gòu)件的工作載荷進行充分的分析，運用斷裂力學(xué)的知識，、對構(gòu)件的工作載荷進行充分的分析，運用斷裂力學(xué)的知識，確定裂紋頂端的應(yīng)力強度因子確定裂紋頂端的應(yīng)力強度因子k1;退退 出出下一頁下一頁機械零件的接觸強度計算機械零件的接觸強度計算單擊單擊)1()1()11(2

16、2212121EEbFnH12、零件零件1和零件和零件2初始接觸線處的曲率半徑；初始接觸線處的曲率半徑；2、1零件零件1和零件和零件2材料的泊松比；材料的泊松比；E1、E2零件零件1和零件和零件2 材料的彈性模量；材料的彈性模量；Fn作用在接觸面上的總作用在接觸面上的總 壓力；壓力；b初始接觸線長度。初始接觸線長度。赫茲公式赫茲公式退退 出出下一頁下一頁 例例1.1 1.1 在圖示極限應(yīng)力圖上，工作點在圖示極限應(yīng)力圖上，工作點D D和和E E為斜齒輪軸上的為斜齒輪軸上的兩種應(yīng)力工作點。試在圖中標(biāo)出對應(yīng)的極限應(yīng)力點，并說兩種應(yīng)力工作點。試在圖中標(biāo)出對應(yīng)的極限應(yīng)力點，并說明分別會出現(xiàn)什么形式的破壞

17、？明分別會出現(xiàn)什么形式的破壞？ 要點分析：要點分析： （1 1斜齒輪軸上即承受彎矩，又承受扭矩，為轉(zhuǎn)軸，所斜齒輪軸上即承受彎矩，又承受扭矩，為轉(zhuǎn)軸，所以軸上各點應(yīng)力循環(huán)特性以軸上各點應(yīng)力循環(huán)特性r=r=常數(shù)，常數(shù)，D DE E兩點對應(yīng)的極限應(yīng)兩點對應(yīng)的極限應(yīng)力點分別是力點分別是OD,OEOD,OE與極限應(yīng)力線的交點與極限應(yīng)力線的交點D D、EE。 （2 2r=r=常數(shù)時，常數(shù)時，OAGOAG區(qū)域內(nèi)工作應(yīng)力點的失效形式為疲勞區(qū)域內(nèi)工作應(yīng)力點的失效形式為疲勞失效，失效，OGCOGC區(qū)域內(nèi)工作應(yīng)力點的失效形式為屈服失效，其區(qū)域內(nèi)工作應(yīng)力點的失效形式為屈服失效，其極限應(yīng)力均為極限應(yīng)力均為s s。 解：

18、解： 如圖示如圖示D D點對應(yīng)的極限應(yīng)力點為點對應(yīng)的極限應(yīng)力點為DD， E E點對應(yīng)的極限應(yīng)力點為點對應(yīng)的極限應(yīng)力點為EE。 D D點會出現(xiàn)疲勞失效，點會出現(xiàn)疲勞失效，E E點會出現(xiàn)點會出現(xiàn) 屈服失效塑性變形）。屈服失效塑性變形）。退退 出出下一頁下一頁例1.3 45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后的性能為-1=307MPa, m=9, No=5106, 以此材料作試件進行實驗, 先以對稱循環(huán)變應(yīng)力-1=500MPa作用104次，再以2=400N/mm2作用于試件，求還能循環(huán)多少次才會使試件破壞。要點分析：這是屬于不穩(wěn)定變應(yīng)力作用下的疲勞強度計算問題，應(yīng)根據(jù)疲勞損傷累積假說Miner定理） 進行計算：按計算 。解：

19、由疲勞強度極限應(yīng)力曲線方程 得 由 知 還能循環(huán) 次11iiziNnrrN01NNmm696110110062. 0)500307(105)(mNN696210210462. 0)400307(105)(mNN12211NnNn566421121087. 310462. 0)10062. 0101 ()1 (NNnn退退 出出下一頁下一頁 題題1.3.4(4) 1.3.4(4) 一零件由一零件由4545鋼制成，材料的力學(xué)性能為：鋼制成，材料的力學(xué)性能為：S= 360 S= 360 MPaMPa，-1 = 300MPa-1 = 300MPa，= 0.2= 0.2。已知零件上的最大工作應(yīng)力。已知零件上的最大工作應(yīng)力max=200 MPa, max=200 MPa, 最小工作應(yīng)力最小工作應(yīng)力min=100 MPamin=100 MPa，彎曲疲勞極限的，彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)綜合影響系數(shù)K=2K=2。1 1當(dāng)應(yīng)力變化規(guī)律為當(dāng)應(yīng)力變化規(guī)律為m=m=常數(shù)時，分別用常數(shù)時，分別用圖解法和計算法確