第三章 機械零件的強度

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

應力計算時的載荷不精確性；②

力學模型與實際狀況的差異；③

材料機械性能的不均勻性；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月機械零件的強度二、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月機械零件的強度隨機變應力靜應力規(guī)律性不穩(wěn)定變應力三、應力的分類1、應力種類變應力：不穩(wěn)定變應力：穩(wěn)定循環(huán)變應力第5頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機械零件的強度2、穩(wěn)定循環(huán)變應力的基本參數(shù)和種類

a)基本參數(shù)

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

-1<

γ<+1——不對稱循環(huán)變應力γ=+1——靜應力

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

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

max）最小應力σmin（

min）平均應力σm（

m）應力幅σa（

a）應力循環(huán)特性r=σ

min／σ

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

max下降，C點所對應的N值大約為104，這種破壞為應變疲勞，或低周疲勞。給定的循環(huán)特性條件下，應力循環(huán)次數(shù)N與疲勞極限σrN之間的關系曲線第9頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機械零件的強度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)坐標表示的疲勞曲線CD段方程：m—與材料有關的常數(shù)

C—常數(shù)

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

0對應的疲勞極限式中：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月機械零件的強度2、材料的極限應力圖3、零件的極限應力圖對稱循環(huán)變應力:平均應力σm＝0最大應力σmax＝σa脈動循環(huán)變應力:平均應力σm＝0.5σ0應力幅σa＝0.5σ0靜應力:平均應力σm＝σs應力幅σa＝0σmax＝σm+σa＝σS的變應力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月機械零件的強度四、單向穩(wěn)定變應力的機械零件疲勞強度

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

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

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

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

—同時作用的切向和法向應力幅的極限值第21頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月機械零件的強度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月機械零件的強度先求出Sσ和Sτ，再求出計算安全系數(shù)Sca2、非對稱循環(huán)穩(wěn)定變應力第23頁，課件共24頁，創(chuàng)作于20