机械设计 徐锦康 第二章 机械零件的强度 课件.ppt

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1、第二章机械零件的强度§2.5断裂力学在机械设计中的应用§2.1载荷和应力的分类§2.2静应力下机械零件的整体强度§2.3变应力下机械零件的整体强度§2.4机械零件的表面接触疲劳强度例题1例题2习题补充载荷和应力的分类2.1.1载荷的分类载荷：是指零件工作时所承受的外力。载荷分为静载荷、变载荷。静载荷：不随时间变化或变化很小的载荷。变载荷：随时间而变化的载荷，分为周期性变载荷或非周期性变载荷两种。在设计计算中，将载荷分为名义载荷和计算载荷。名义载荷：一般由原动机的额定功率计算所得到的零件载荷。计算载荷：考虑实际传动中由于原动机、工作机性能的影响

2、以及制造误差的影响后零件的实际载荷。零件计算载荷Fca大于名义载荷F，应为：Fca=KFK称为载荷系数，主要由原动机和工作机的工作性质确定。常见原动机和工作机的工作性质见表2.12.1.2应力的分类在载荷作用下，零件内部会产生应力，应力过大时会引起零件破坏。应力分为静应力和变应力静应力：应力大小或方向不随时间变化或变化很小的应力。变应力：应力大小或方向随时间而变化的应力。交变应力：随时间作周期性变化的变应力，即循环变应力。在交变应力下工作时零件的失效形式多为疲劳破坏。注意：变应力可由变载荷产生，也可由静载荷产生。例：载荷和应力的分类材料疲劳的

3、两种类别2.1.3交变应力的描述sm─平均应力；sa─应力幅值smax─最大应力；smin─最小应力r─应力比（循环特性）描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。r=-1　对称循环应力r=0　脉动循环应力r=1　静应力载荷和应力的分类静应力下机械零件的整体强度2.2.1静应力下机械零件的强度计算机械零件强度条件σ≤[σ]，[σ]=σlim/[Sσ]许用应力法：[σ]为许用应力，σlim为材料极限应力，[Sσ]为许用安全系数安全系数法：应Sσ≥[Sσ]，Sσ=σlim/σSσ为零件实际工作安全系数。单向静应力条件下工作的零件

4、，应用上式时σlim的取值：塑性材料，σlim取其屈服极限：σlim＝σS脆性材料，σlim取其强度极限：σlim＝σB采用第三或第四强度理论计算用第三强度理论时得强度条件：近似取σs/τs=2，可得第三强度理论安全系数的强度条件：或式中：在弯扭复合应力条件下工作的塑性材料的零件静应力下机械零件的整体强度σb——弯曲应力τT——切应力2.2.2许用安全系数的选择许用安全系数的选择原则：在保证安全可靠的前提下，尽可能选用较小的许用安全系数。许用安全系数的考虑因素：材料性能，计算方法的准确性，零件的重要程度，零件的重量等。静应力下机械零件的整体强度

5、许用安全系数的确定方法：1)如果具有规定的标准或规范，则由有关标准、规范查取。2)无标准、规范时，按P25介绍原则确定。3)部分系数法用一系列系数分别考虑各种因素的影响，然后取其乘积来综合表示总的安全系数。即：[Sσ]=S1S2S3S1：反映载荷和应力计算的准确性，S1=1~1.5。S2：反映材料性能的均匀性，轧制和铸造的钢零件：S2=1.2~1.5；铸铁零件：S2=1.5~2.5。S3：反映零件的重要程度，S3=1~1.5。静应力下机械零件的整体强度2.3.1材料的疲劳曲线变应力下材料的强度指标称为材料的疲劳极限(持久极限)。材料的疲劳极限σ

6、rN与变应力的循环特性r、循环次数N和最大应力σmax有关，可由材料疲劳试验测得。即变应力下材料的极限应力为材料的疲劳极限。疲劳极限：r一定时，应力循环N次后材料不发生疲劳破坏时的最大应力，用σrN表示。材料疲劳曲线(σ-N曲线)：r一定时，σrN与N之间的关系曲线。即：当工作应力σmax≤σrN时，材料可经历应力循环N次不会发生疲劳破坏。变应力下机械零件的整体强度由材料疲劳试验测得疲劳曲线机械零件的疲劳大多发生在s－N曲线的CD段，可用下式描述：D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区其方程为：由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规

7、定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和σr∞，于是有：有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为：式中，sr、N0及m的值由材料试验确定（P26）。s－N疲劳曲线s－N疲劳曲线详细说明变应力下机械零件的整体强度即：材料在不同的循环特性r下有不同的疲劳极限。2.3.2材料的疲劳极限应力图(等寿命疲劳曲线)取平均应力σm为横坐标，应力幅σa为纵坐标，将材料在不同循环特性r下的疲劳极限σr(σm，σa)标在图中，即得极限应力图。无限寿命下变应力下机械零件的整体强度机械零件材料的疲劳特性除用s－N曲线表

8、示外，还可用等寿命曲线来描述。该曲线表达了不同应力比时疲劳极限的特性。详细介绍极限应力线图在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。用AGC折线表