《机械设计例题》PPT课件

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1、机械设计例题例:某转动心轴，其危险剖面上的平均应力为σm=20MPa，应力幅σa=30MPa，试求最大应力σmax、最小应力σmin和循环特性r。解:最大应力为σmax=σm+σa=20+30=50MPa最小应力为σmin=σm-σa=20-30=-10MPa循环特性为该变应力为非对称循环变应力。例:某静止构件受弯曲应力σb＝150MPa，扭转剪应力τr＝50MPa；材料为35钢（σB＝540MPa，σs＝320MPa）。试分别用第一、三、四强度理论求计算应力σca，并校核静强度是否安全？用哪个强度理论较为合理？解:（1）求材料的许

2、用拉应力由于σs/σB=320／540＝0.593，按表用内插法得许用拉应力MPa（2）按第一、三、四强度理论求计算应力σca按第一强度理论得MPa按第三强度理论得MPa按第四理论强度得MPa（3）结论由于许用拉应力[σ]＝212MPa均大于按第一、三、四强度理论所求得的计算应力σca，所以该构件强度足够，较为安全。但由于35钢塑性较好，故用三、四强度理论较合理。例:如图所示，某轴受弯矩M作用。已知：材料为优质碳素结构钢，其抗拉强度极限σB=600MPa；D=60mm；d=55mm；r=1.5mm；表面精车削加工（表面粗糙度Ra=1

3、.6μm）；调质处理。求过渡圆角处的有效应力集中系数kσ、绝对尺寸系数εσ和表面状态系数β。解:（1）有效应力集中糸数kσ为求（D－d）/r=3.33及r/d=0.0273参数下的kσ值，须先从表中查出（D－d）/r=2以及r/d=0.02和0.03下的kσ值，然后通过插值计算才可求得所要求的kσ值。计算步骤如下：查表，在（D－d）/r=2和σB=600MPa条件下，r/d=0.02时，kσ=1.47，r/d=0.03时，kσ=1.67；通过内插法可求得（D－d）/r=2，r/d=0.0273时的应力集中系数为:再查表，在（D－d）

4、/r=4和σB=600MPa条件下，r/d=0.02时，kσ=1.86，r/d=0.03时，kσ=1.88；通过内插法可求得（D－d）/r=4，r/d=0.0273时的应力集中系数为:最后再通过内插法计算即可求得（D－d）/r＝3.33和r/d=0.0273时的有效应力集中系数为:（2）绝对尺寸糸数εσ查表，当d＝55mm，材料为碳素结构钢时，εσ=0.81。（3）表面状态系数β查表，当材料的σB＝600MPa及表面精车削加工（Ra＝1.6μm）田寸，β＝0.95。在疲劳强度计算中，应根据具体晴况选取β值。例:一优质碳素结构钢零件，

5、其σB＝560MPa，σs＝280MPa，σ-1＝250MPa。承受工作变应力σmax＝155MPa，σmin＝30MPa。零件的有效应力集中系数kσ=1.65，绝对尺寸系数εσ=0.81，表面状态系数β=0.95（精车）。如取许用安全系数［S］＝1.5。校核此零件的强度是否足够。解（1）计算应力幅和平均应力应力幅MPa平均应力MPa（2）计算疲劳强度安全系数椐表查得等效系数ψσ＝0.30（拉压应力，车削表面）,计算安全系数为:（3）计算静强度安全系数:由上述计算结果可知，该零件的疲劳强度和静强度安全系数均大于许用安全糸数[S]＝1

6、.5，故零件强度足够。例:一转轴受规律性非稳定非对称循环变应力作用，其各级变应力的σa和σm初的名义值见下表的第二、第三列。各级变应力的循环次数见第四列。材料力45钢调质，σ-1＝250MPa，m＝9，N0＝107。kσ=1.76，εσ=0.78，表面状态糸数β=0.95，ψσ＝0.34。许用安全糸数[S]＝1.5。求该轴的计算安全糸数Sσ。应力级序号应力幅σa平均应力σm循环次数ni123120110902020203×1047×1044×106解:（1）计算各级变应力的当量应力σiσi的计算结果见下表的第五列。应力级序号应力幅σ

7、a平均应力σm循环次数ni当量应力σi123120110902020203×1047×1044×106292268220.6（2）求当量应力循环次数Nv因σ3小干材料的σ-1，故对零件不会造成疲劳损伤，在求Nv时不计入。（3）求寿命糸数KN（4）求计算安全糸数S结论：该转轴疲劳强度足够安全。例:如图a所示的铸铁（HT150）支架，用一组螺栓固定在钢制底座上，支架轴孔中心受一斜力P＝10000N，P力与水平面的夹角α＝30°，轴孔中心高度h＝250mm，底板尺寸l1＝200mm，l2＝400mm，l3＝150mm，螺栓孔中心距l＝32

8、0mm。试求螺栓所受的最大轴向总载荷，并校核螺栓组联接接合面的工作能力。解（1）螺栓受力分析①将斜力P分解为水平分力Px和垂直分力Pz；再将水平分力Px简化到接合面上，得翻转力矩M和作用在接合面上的横向力Px。支架螺栓组共受以下诸力和