第2章机械设计中的强度问题_机械设计.ppt

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1、1.载荷载荷机器正常工作时所受的实际载荷机器正常工作时所受的实际载荷 (一般难以确定一般难以确定)一、载荷和应力一、载荷和应力名义载荷：名义载荷：静应力：静应力：第二章第二章 机械设计中的强度问题机械设计中的强度问题工作载荷：工作载荷：按原动机功率求得按原动机功率求得(理想状态理想状态)功率功率 kW转速转速 r/min计算载荷：计算载荷：载荷系数载荷系数(考虑各种附加载荷考虑各种附加载荷)2.应力应力不随时间而变的应力不随时间而变的应力变应力：变应力：随时间而变的应力随时间而变的应力稳定循环：稳定循环：不稳定循环：不稳定循环：随机：随机：不随时间变不随时间变之一随时间变之一随时间变变化无规律

2、变化无规律仅讨论稳定循环变应力仅讨论稳定循环变应力3.几种稳定循环变应力几种稳定循环变应力(1)变应力参数变应力参数 (以正应力以正应力为例、可将为例、可将替换替换)最大应力最大应力最小应力最小应力应力幅应力幅平均应力平均应力(2)对称循环变应力对称循环变应力循环特征循环特征(3)脉动循环变应力脉动循环变应力(4)静应力静应力脉动循环变应力脉动循环变应力对称循环变应力对称循环变应力非对称循环变应力非对称循环变应力已知已知 2 个参数个参数可确定其余参数可确定其余参数静应力静应力二、静应力作用下的强度条件二、静应力作用下的强度条件1.危险剖面的应力危险剖面的应力正应力：正应力：剪应力：剪应力：极

3、限应力极限应力脆性材料取强度极限脆性材料取强度极限塑性材料取屈服极限塑性材料取屈服极限2.危险剖面的安全系数危险剖面的安全系数三、变应力作用下的强度条件三、变应力作用下的强度条件1.静、变应力下的零件损坏和极限应力静、变应力下的零件损坏和极限应力(1)零件损坏机理零件损坏机理静应力作用下：静应力作用下：危险剖面塑性变形或断裂危险剖面塑性变形或断裂变应力作用下：变应力作用下：疲劳断裂疲劳断裂零件表面应力超过极限值零件表面应力超过极限值微裂纹微裂纹扩展扩展断裂断裂(2)极限应力极限应力静应力极限应力：静应力极限应力：与材料性能有关与材料性能有关变应力疲劳极限：变应力疲劳极限：与材料有关外，还与与材

4、料有关外，还与循环特征循环特征r r 应力循环次数应力循环次数N N 有关有关应力集中、绝对尺寸、表面状态应力集中、绝对尺寸、表面状态2.不同循环次数不同循环次数 N 时的疲劳极限时的疲劳极限(1)(1)疲劳曲线疲劳曲线在循环特征为在循环特征为 r r 的变应力作用下的变应力作用下对一组试样作疲劳试验对一组试样作疲劳试验一个一个值值记录下试样破坏的记录下试样破坏的值值(2)(2)循环基数循环基数当当值小到某一数值时，值小到某一数值时，“无数无数”次循环试样都不会次循环试样都不会疲劳破坏，则用疲劳破坏，则用替代替代“无数无数”次。次。如碳钢如碳钢(3)(3)材料疲劳极限材料疲劳极限与与对应的值对

5、应的值曲线方程：曲线方程：(4)(4)不同不同 N N 的疲劳极限的疲劳极限当当时时当当时时3.不同应力循环特征不同应力循环特征 r 时的疲劳极限时的疲劳极限(1)(1)材料的极限应力材料的极限应力简图简图已知材料的机械性能已知材料的机械性能可作可作简图简图折线折线ADGADG上任一点，表示在上任一点，表示在不同不同 r r 时的疲劳极限时的疲劳极限对于对于n n 点点 (工作应力为工作应力为和和)应力循环特征：应力循环特征：对应的疲劳极限：对应的疲劳极限：等效系数等效系数对于塑性材料对于塑性材料DGDG上任一点代表上任一点代表ADAD上任一点代表一定上任一点代表一定 r r 的材料疲劳极限的

6、材料疲劳极限对于对于D D点点结论：结论：材料疲劳极限材料疲劳极限当工作应力当工作应力(和和)的循环特征的循环特征当工作应力当工作应力(和和)的循环特征的循环特征材料疲劳极限材料疲劳极限(2)2)考虑应力集中、绝对尺寸、表面状态时的疲劳极限考虑应力集中、绝对尺寸、表面状态时的疲劳极限应力集中：零件剖面几何形状突变处疲劳极限降低应力集中：零件剖面几何形状突变处疲劳极限降低用应力集中系数用应力集中系数来考虑来考虑绝对尺寸：剖面绝对尺寸大、出现缺陷概率大、疲劳极限降低绝对尺寸：剖面绝对尺寸大、出现缺陷概率大、疲劳极限降低用绝对尺寸系数用绝对尺寸系数来考虑来考虑表面状态表面状态：表面光滑或强化处理、能提高疲劳极限：表面光滑或强化处理、能提高疲劳极限用用表面状态表面状态系数系数来考虑来考虑综合影响系数综合影响系数或或考虑各因素影响考虑各因素影响用用或或修正纵坐标修正纵坐标(应力幅部分应力幅部分)零件的疲劳极限零件的疲劳极限零件的疲劳极限零件的疲劳极限结论：结论：对于塑性材料对于塑性材料(3)3)单向应力状态下的安全系数单向应力状态下的安全系数安全系数定义：安全系数定义：对于塑性材料对于塑性材料当当时时当当时时以上正应力公式，用以上正应力公式，用替代替代则对剪应力同样适用则对剪应力同样适用注意注意