机械零件的强度计算ppt课件.ppt

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1、第5章机械零件的强度计算主要内容机械零件的强度材料的疲劳曲线，材料和零件的极限应力线图，零件极限应力的确定稳定变应力时塑性材料零件的强度计算非稳定变应力时零件的疲劳强度计算机械零件的表面强度计算提高零件强度的措施机械零件的强度强度的定义强度的分类强度的表达方式零件所受的载荷零件所受的应力零件的许用安全系数零件的极限应力强度的定义抵抗失效的能力失效：丧失正常工作能力，如零件发生断裂，塑性变形，表面压溃等强度的分类体积强度表面强度冲击强度静强度动强度（疲劳强度）强度的表示方式安全应力表示法安全系数表示法上述强度条件也可用安全系数来

2、表示S、S——对应于正应力和切应力的计算安全系数(calculatedsafetyfactor)。若材料为塑性材料，应力达到屈服应力(yieldstress)时，材料就发生塑性变形(plasticdeformation)，因此，取lim=S(屈服极限应力)，lim=S。若材料为脆性材料(brittlematerials)，则取lim=B(拉伸静强度极限应力)，lim=B。如果零件所受的应力状态为双向、三向应力状态时，需按材料力学的强度理论来计算零件的最大工作应力。零件所受的载荷名义载荷实际载荷静载荷变载荷冲击

3、载荷载荷系数计算载荷K为载荷系数，其值一般大于1，有时等于1。可按具体零件长期设计实践所积累的经验公式或数据确定。零件所受的应力静应力变应力稳定变应力：平均应力，应力幅和周期都不随时间而变化.脉动循环变应力，对称循环变应力，非对称循环变应力规律性非稳定变应力随机变应力单向稳定变应力平均应力(meanoraveragestress)应力幅(stressamplitude)变应力的循环特性(stressratio)对称循环变应力(图c)脉动循环变应力(图d)静应力(图a)静应力只能在静载荷作用下产生。变应力可能由变载荷产生，也可能由

4、静载荷产生，如图所示，在静载荷作用下，转动心轴上a点的应力和滚动轴承外圈表面上a点的应力均为变应力。多向稳定变应力零件的许用安全系数[S]考虑三方面的因素[S]=S1S2S3计算精确性S1=1~3材料均匀性S2=1.2~2.5零件重要性S3=1~1.5零件的极限应力材料的极限应力塑性材料脆性材料高强度材料脉动循环限，对称疲劳限零件的极限应力综合影响系数=有效应力集中系数/尺寸系数/表面状态系数在变应力作用下，机械零件的主要失效形式是疲劳断裂(fatiguefracture)。表面无缺陷的金属材料，其疲劳断裂过程分为两个阶段：第一

5、阶段是零件表面上应力较大处的材料发生剪切滑移，产生初始裂纹，形成疲劳源，疲劳源可以有一个或数个；第二阶段是裂纹尖端在切应力下发生反复塑性变形，使裂纹扩展直至发生疲劳断裂。实际上，材料内部的夹渣、微孔、晶界以及表面划伤、裂纹、腐蚀等都有可能产生初始裂纹。因此一般说零件的疲劳过程是从第二阶段开始的，应力集中(stressconcentration)促使表面裂纹产生和发展。FatigueStrengthofMachineElements机械零件的疲劳强度CharacteristicsofFatigueFracture疲劳断裂特征材料的

6、疲劳疲劳破坏的过程疲劳破坏的特征通常疲劳断裂具有以下特征：1）疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限(strengthlimit)低，甚至比屈服极限(yieldlimit)低；2）不管脆性材料或塑性材料，其疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂；3）疲劳断裂是损伤的积累，它的初期现象是在零件表面或表层形成微裂纹，这种微裂纹随着应力循环次数(numberofstresscycles)的增加而逐渐扩展，直至余下的未裂开的截面积不足以承受外荷载时，零件就突然断裂。图示为一旋转弯曲、荷载小和表面应力集中大并有三个初始裂纹的疲

7、劳断裂截面。在断裂截面上明显地有两个区域：一个是在变应力重复作用下裂纹两边相互摩擦形成的表面光滑区；一个是最终发生脆性断裂的粗粒状区。疲劳断裂不同于一般静力断裂，它是损伤到一定程度后，即裂纹扩展到一定程度后，才发生的突然断裂。所以疲劳断裂与应力循环次数（即使用期限或寿命）密切相关。FatigueLimit疲劳极限疲劳极限(fatiguelimit)rN——对任一给定的应力循环特征r，当应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏的最大应力疲劳曲线或N曲线——以N或lgN为横坐标，rN或lgrN为纵坐标，反映rN(或lgrN)

8、与N(或lgN)之间关系的曲线有限寿命区无限寿命区NN0OrNr无限寿命区有限寿命区lgNN0OlgrNr金属材料的疲劳曲线可分为如下两类：(1)对于大多数黑色金属及其合金，当应力循环次数N高于某一数值N0后，疲劳曲线呈现为水平直线。(2)而对有色合金和