第3章机械零件的强度ppt课件.ppt

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1、第3章　　机械零件的强度3-1载荷与应力的分类3-2机械零件的静应力强度计算3-3机械零件的疲劳强度计算交变应力举例定义：随时间作周期性变化的应力,称为交变应力。APtσ实例1齿轮在啮合过程中，力F迅速由零增加至最大值，然后减小至零。试观察齿根某一点A的弯曲正应力变化情况。ωttstmaxmin实例2由于电动机的重力作用产生静弯曲变形,由于工作时离心惯性力的垂直分量随时间作周期性变化,梁产生交变应力.静平衡位置实例3火车轮轴上的力来自车箱.大小,方向基本不变.即弯矩基本不变.PP横截面上A点到中性

2、轴的距离却是随时间t变化的.假设轴以匀角速度转动.tzAA的弯曲正应力为随时间t按正弦曲线变化tO交变应力产生的原因1、变载荷，载荷做周期性变化；2、静载荷，但零件点的位置随时间做周期性的变化。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有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。smax=？smin=？交变应力的基本参数特例1、对称循环在交变应力下若最大应力与最小应力等值而反号。Omaxmintmin=-max或min=-

3、max三个特例若非对称循环交变应力中的最小应力等于零（min）时的交变应力,称为非对称循环交变应力.Omaxmin=0t特例2、脉动循环构件在静应力下,各点处的应力保持恒定，即max=min。若将静应力视作交变应力的一种特例，则其循环特征Ot特例3、静应力r=-1对称循环应力r=0脉动循环应力r=1静应力交变应力的三个特例疲劳破坏机理裂纹源光滑区粗糙区金属在交变应力下的破坏，习惯上称为疲劳破坏。晶粒滑移>>微观裂纹>>扩展>>有效面积下降>>突然断裂（1）交变应力的破坏应力值一般低于静载荷作

4、用下的强度极限值，有时甚至远低于材料的屈服极限；（2）无论是脆性还是塑性材料，交变应力作用下均表现为脆性断裂，断裂前没有明显征兆，无明显塑性变形；（3）裂纹的扩展时断时续，断口表面可明显区分为光滑区与粗糙区两部分。疲劳破坏的特点因此，疲劳破坏极易造成严重事故。据统计，机械零件尤其是高速运转零部件的破坏，大部分属于疲劳破坏。材料的疲劳强度测试（r=-1）在纯弯曲变形下,测定对称循环的持久极限技术上较简单.将材料加工成最小直径为7～10mm,表面磨光的试件,每组试验包括10根左右的试件.PPPPaaPa疲劳举

5、例金属疲劳是十分普遍的现象，例如火车的车轴是典型的承受弯曲疲劳，汽车的传动轴主要是承受扭转疲劳等。据150多年来的统计，金属部件中有80％以上的损坏是由于疲劳而引起的，极易造成人身事故和经济损失,因此认识疲劳现象、研究疲劳破坏规律、提高疲劳抗力、防止疲劳失效是非常重要的。1998年6月3日，德国发生了战后最惨重的一起铁路交通事故。一列高速列车脱轨，造成100多人遇难。2007年11月2日，一架美军F-15C鹰式战斗机在做空中缠斗飞行训练时，飞机突然凌空解体，一份调查结果表明，飞机的关键支撑构件——桁梁出现

6、了金属疲劳问题。2002年5月25日，台湾华航的一架波音747客机在执行台北到香港的CI611航班途中，坠毁于澎湖外海，机上225名乘客与机组人员全部遇难。经调查证实，失事原因是金属疲劳断裂，金属疲劳裂纹竟源自1980年2月7日飞机起飞时擦地产生的刮痕。后来飞机进行维修时，刮痕并未刨光即补上补钉，金属疲劳裂纹就沿着刮痕产生。第一节载荷与应力的分类载荷――作用于零件上的力F、M、T以及冲击能量。静载荷――不随时间变化或随时间缓慢变化的。变载荷――随时间作周期变化或非周期变化。名义载荷――根据原动机额定功率或

7、机器在稳定和理想的工作条件下，按理论力学计算出的载荷。一、载荷的分类计算载荷Fca=KF齿轮传动、蜗轮传动、滚动轴承等零件的设计时采用Fca、K的取值方法与传动零件有关。二、应力的分类静应力――应力的大小和方向不随时间变化或缓慢变化的应力。失效形式：断裂或塑性变形。变应力――大小和方向随时间变化的应力。变应力可以由变载荷产生，也可由静载荷产生。稳定循环的（随时间按一定规律周期变化，变化幅度保持常数）不稳定循环随机的变应力失效形式：疲劳（破坏）（断裂）1.稳定循环变应力r─应力比（循环特性）r=-1对称循环

8、应力r=0脉动循环应力r=1静应力注意：静应力只能由静载荷产生；变应力可能由变载荷产生，也可能由静载荷产生。2．不稳定变应力（1）规律性不稳定变应力（2）随机性不稳定变应力静应力——是指那些零件剖面上作用的由零慢慢在增大到一定数值后保持不变动的应力。对N103的通用零件按静应力强度计算。1.单向应力脆性材料：失效――脆性断裂塑性材料：失效――塑性变形第二节机械零件的静应力强度计算2.复合应力塑性材料：第三强度理论：第四强度理