第3章机械零件的强度图优秀课件.ppt

第3章机械零件的强度图第1页，本讲稿共16页amS 45-1GC0/20/245 DCGAO而正好落在而正好落在AGC折线上时，折线上时，表示应力状况达到疲劳破坏的表示应力状况达到疲劳破坏的极限值。极限值。对于碳钢，对于碳钢，y y0.10.2，对于合金钢，对于合金钢，y y0.20.3。公式公式 中的参数中的参数y y为试件受循环弯曲应为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由试验及下式决定：力时的材料常数，其值由试验及下式决定：当应力点落在当应力点落在OAGC以外时，以外时，一定会发生疲劳破坏。一定会发生疲劳破坏。当循环应力参数（当循环应力参数（m，a）落在）落在OAGC以内时，表示不以内时，表示不会发生疲劳破坏。会发生疲劳破坏。第2页，本讲稿共16页材料材料S -1DAGCamo3-2 机械零件的疲劳强度计算 一、零件的极限应力线图一、零件的极限应力线图 由于材料试件是一种特殊的由于材料试件是一种特殊的结构，而实际零件的几何形状、结构，而实际零件的几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因尺寸大小、加工质量及强化因素等与材料试件有区别，使得素等与材料试件有区别，使得零件的疲劳极限要小于材料试零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。件的疲劳极限。定义弯曲疲劳极限的综合影响系数定义弯曲疲劳极限的综合影响系数：在不对称循环时，在不对称循环时，是试件与零件极限应力幅的比值。是试件与零件极限应力幅的比值。-1 0/20/2零件的对称循环弯曲疲劳极限为：零件的对称循环弯曲疲劳极限为：-1e 设材料的对称循环弯曲疲劳设材料的对称循环弯曲疲劳极限为：极限为：-1 45 DAG45-1e零件零件第3页，本讲稿共16页amoS -1DAGC-1 AG45-1e45 D直线直线A的方程为：的方程为：直线直线C的方程为：的方程为：ae-零件所受极限应力幅；零件所受极限应力幅；me-零件所受极限平均应力；零件所受极限平均应力；y y e-零件受弯曲的材料特性；零件受弯曲的材料特性；弯曲疲劳极限的综合影响系数弯曲疲劳极限的综合影响系数 反映了：应力集中、尺反映了：应力集中、尺寸因素、表面加工质量及强化等因素的综合影响结果。其计算寸因素、表面加工质量及强化等因素的综合影响结果。其计算公式如下：公式如下：其中：其中：k-有效应力集中系数；有效应力集中系数；-表面质量系数；表面质量系数；-尺寸系数；尺寸系数；q-强化系数。强化系数。CG第4页，本讲稿共16页对于切应力同样有如下方程：对于切应力同样有如下方程：其中的系数：其中的系数：k 、与与 k、q 相对应；相对应；教材附表教材附表3-13-11详细列出了零件的典型结构、尺寸、表面加详细列出了零件的典型结构、尺寸、表面加工质量及强化措施等因素对弯曲疲劳极限的综合影响工质量及强化措施等因素对弯曲疲劳极限的综合影响 。下面列举了部分图表。amoS -1DAGC-1 0/20/245 DAG45-1e第5页，本讲稿共16页1.00.80.60.40.2400 600 800 1000 1200 1400 B/Mpa精车精车粗车粗车未加工未加工磨削磨削抛光抛光钢材的表面质量系数钢材的表面质量系数 表面高频淬火的强化系数表面高频淬火的强化系数q 720 1.31.63040 1.21.5720 1.62.83040 1.55试件种类试件种类 试件直径试件直径/mm 无应力集中无应力集中 有应力集中有应力集中 第6页，本讲稿共16页NM二、单向稳定变应力时的疲劳强度计算二、单向稳定变应力时的疲劳强度计算 进行零件疲劳强度计算时，首先根进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的据零件危险截面上的 max 及及 min确确定平均应力定平均应力m与应力幅与应力幅a，然后，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相在极限应力线图的坐标中标示出相应工作应力点应工作应力点MM或或N N。两种情况分别讨论amoS -1CAG-1eD 相应的疲劳极限应力应是极限应力相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线曲线AGC上的某一个点上的某一个点MM或或N N所所代表的应力代表的应力(m，a)。M或或N的位置确定与循环应力变化规律有关。的位置确定与循环应力变化规律有关。am 应力比为常数：应力比为常数：r=C可能发生的应力可能发生的应力变化规律：变化规律：平均应力为常数平均应力为常数m=C 最小应力为常数最小应力为常数min=C计算安全系数及疲劳强度条件为：计算安全系数及疲劳强度条件为：第7页，本讲稿共16页amO-1CAG-1e D1)r=Const 通过联立直线通过联立直线OM和和AG的方程可求解的方程可求解M1点的坐标为：点的坐标为：作射线作射线OM，其上任意一点，其上任意一点所代表的应力循环都具有相同所代表的应力循环都具有相同的应力比。的应力比。M1为极限应力点，为极限应力点，其坐标值其坐标值me，ae之和就是之和就是对应于对应于M点的极限应力点的极限应力max。S amMmeae也是一个常数。也是一个常数。M1第8页，本讲稿共16页ae计算安全系数及疲劳强度条件为：计算安全系数及疲劳强度条件为：-1-1eamOCADS GN点的极限应力点点的极限应力点N N1位于直线位于直线CG上，上，meaeamN N1有：有：这说明工作应力为这说明工作应力为N点时，首先可点时，首先可能发生的是屈服失效。故只需要进能发生的是屈服失效。故只需要进行静强度计算即可。行静强度计算即可。强度计算公式为：强度计算公式为：凡是工作应力点落在凡是工作应力点落在OGC区域内，在循环特性区域内，在循环特性 r=常数常数的条件下，极限应力统统为屈服极限，只需要进行静强度的条件下，极限应力统统为屈服极限，只需要进行静强度计算。计算。第9页，本讲稿共16页am-1-1eamOCADS G2)m=Const 此时需要在此时需要在 AG上确定上确定M2，使，使得：得：m=m M显然显然M2在过在过M点且纵轴平行点且纵轴平行线上，该线上任意一点所代线上，该线上任意一点所代表的应力循环都具有相同的表的应力循环都具有相同的平均应力值。平均应力值。M2通过联立直线通过联立直线M M2和和AG的方程可求解的方程可求解M2点的坐标为：点的坐标为：计算安全系数及疲劳计算安全系数及疲劳强度条件为：强度条件为：第10页，本讲稿共16页-1-1eamOCA DS G45 am-1-1eamOCADS G同理，对于同理，对于N点的极限应力点的极限应力为为N N2点。点。N N2由于落在了直线由于落在了直线CG上，故只要进上，故只要进行静强度计算：行静强度计算：计算公式为：计算公式为：3)min=Const MM3此时需要在此时需要在 AG上确定上确定M3，使，使得：得：min=min 因为：因为：min=m-a=C过过M点作点作45 直线，其上任意一点直线，其上任意一点所代表的应力循环都具有相同的最所代表的应力循环都具有相同的最小应力。小应力。M3位置如图。位置如图。minML第11页，本讲稿共16页在在OAD区域内，最小应力均为区域内，最小应力均为负值，在实际机器中极少出现，负值，在实际机器中极少出现，故不予讨论。故不予讨论。通过通过O、G两点分别作两点分别作45直线，直线，I得得OAD、ODGI、GCI三个区域。三个区域。PLQminQ0 0minM-1e-1amOCAS GMM3 D而在而在GCI区域内，极限应力统区域内，极限应力统为屈服极限。按静强度处理：为屈服极限。按静强度处理：只有在只有在ODGI区域内，极限应力才在疲劳极限应力曲线上。区域内，极限应力才在疲劳极限应力曲线上。通过联立直线通过联立直线M M2和和AG的方程可求解的方程可求解M2点的坐标值后，点的坐标值后，可得到可得到计算安全系数及疲劳强度条件为：计算安全系数及疲劳强度条件为：第12页，本讲稿共16页规律性不稳定变应力规律性不稳定变应力三、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算三、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算 若应力每循环一次都对材料的破坏起相同的作用，则应若应力每循环一次都对材料的破坏起相同的作用，则应力力 1 每循环一次对材料的损伤率即为每循环一次对材料的损伤率即为1/N1，而循环了，而循环了n1次的次的1对材料的损伤率即为对材料的损伤率即为n1/N1。而低于而低于-1的应力可以认为不构成破坏作用的应力可以认为不构成破坏作用。1n12n23n34n4maxnOmaxNO1n1N1-1-1 NDn223N2N3n3第13页，本讲稿共16页规律性不稳定变应力规律性不稳定变应力三、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算三、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算1n12n23n34n4maxnOmaxNO-1-1 ND第14页，本讲稿共16页 当损伤率达到当损伤率达到100%时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有：限状况有：实验表明：实验表明：1）当应力作用顺序是先大）当应力作用顺序是先大 后小时，等号右边值后小时，等号右边值 1；一般情况有：一般情况有：极限情况：极限情况：第15页，本讲稿共16页若材料在这些应力作用下，未达到破坏，则有：若材料在这些应力作用下，未达到破坏，则有：令不稳定变应力的计算应力为：令不稳定变应力的计算应力为：则：则：ca-1，其强度条件为：，其强度条件为：四、双向稳定变应力时的疲劳强度计算四、双向稳定变应力时的疲劳强度计算 当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力s sa a 和和t ta a时，由实验得出的极限应力关系式为：时，由实验得出的极限应力关系式为：第16页，本讲稿共16页