机械零件的强度.pptx
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1、机机 械械 原理及设计原理及设计()Monday, March 07, Monday, March 07, 20222022一一载荷载荷分类分类外力外力F、转矩、转矩T、弯矩、弯矩M、功率、功率P等的统称。等的统称。1按其性质分:按其性质分:静载荷;动载荷静载荷;动载荷2按设计计算分:按设计计算分:实际载荷:实际载荷:机器工作时实际承受的载荷机器工作时实际承受的载荷 名义载荷:名义载荷:按力学公式算出来的载荷按力学公式算出来的载荷P,T等等 计算载荷:计算载荷:Pca=k*P计算载荷名义载荷载荷系数式中如-P -P -K caPKPcaPPKca故一般,1nP1055.9T 6如为名义载荷为名
2、义载荷t二应力分类二应力分类1静应力静应力2变应力变应力a稳定变应力稳定变应力b不稳定变应力不稳定变应力特点:特点:max=min=ma=0;r=1三稳定变应力三稳定变应力1变应力的五个参数:变应力的五个参数: max;min;m;a ; rmax最大应力最大应力min最小应力最小应力m 平均应力平均应力a 应力幅应力幅 r 循环特征循环特征1r1rmaxminamammaxminamminammaxminmaxaminmaxmr222. .关系:关系:3分类:分类:1)对称循环变应力)对称循环变应力1r0 :maminmax特点2)脉动循环变应力)脉动循环变应力0r02 :minammmax
3、特点3)非对称循环变应力)非对称循环变应力特点:特点:-1r1且且r0 中的任意值中的任意值例:图示轴受载荷例:图示轴受载荷F作用作用 a. 轴不转轴不转b. 轴转动轴转动试分析其应力情况(试分析其应力情况(A点)点)静应力只能由静载荷产生,而变应力既可由静应力只能由静载荷产生,而变应力既可由变载荷产生,也可由静载荷产生。变载荷产生,也可由静载荷产生。FA提示提示强度准则是设计机械零件的最基本的准强度准则是设计机械零件的最基本的准则,在前面已对强度准则进行了简介,静强则,在前面已对强度准则进行了简介,静强度问题已经在材料力学中介绍了,本章重点度问题已经在材料力学中介绍了,本章重点介绍有关介绍有
4、关的知识。(本章是后面其的知识。(本章是后面其它各章学习的共同基础,也是本书中的一个它各章学习的共同基础,也是本书中的一个重点、难点)重点、难点) 绝大多数的机械零件是在变应力状态下工作的。绝大多数的机械零件是在变应力状态下工作的。本章研究以下几个方面的问题:本章研究以下几个方面的问题:1. 在给定的在给定的r条件下,找出循环次数条件下,找出循环次数N与应力与应力rN之间的关系。之间的关系。2. 如何根据已知的条件,求出在如何根据已知的条件,求出在不同的不同的r时的疲劳极限时的疲劳极限rN。AB:N 104 :按疲劳强度理论设计:按疲劳强度理论设计 ND N 104 2 CD段以后:无限寿命疲
5、劳区段以后:无限寿命疲劳区N ND 一疲劳曲线一疲劳曲线N 曲线曲线1疲劳类别疲劳类别rN- N 次循环应力作用下不发生疲劳破坏的最大次循环应力作用下不发生疲劳破坏的最大 应力应力。 即疲劳极限:即疲劳极限:r=-1记为记为-1N ; r=0 记为记为 r -无限寿命疲劳极限:当无限寿命疲劳极限:当 NND=10625 107时时r-N0时的疲劳极限:时的疲劳极限: N0-循环基数循环基数(当当ND不大时不大时,N0=ND,当当ND很大时很大时,(N0ND) 设定设定N0的原因是有时的原因是有时ND非常大非常大,做实验时工作量太大做实验时工作量太大说明说明ND(N0)NNCCDNmaxrNrr
6、1/42疲劳曲线方程和寿命系数疲劳曲线方程和寿命系数(对数坐标对数坐标)m0NNrrNNNkk常数段N :CDmrN常数0mrmrNNN1k1k,NN,NNNN10 :NrrNN0004总有此时代入计算取时当的有限寿命区公式适于注意N1N1k 1r时也越大越大循环特性弯曲时寿命指数循环基数寿命系数式中rNNrrmmNk, 9 0说明说明至此,我们已解决了第一个问题,我们可以根据至此,我们已解决了第一个问题,我们可以根据材料的疲劳曲线图求出在给定的循环特性材料的疲劳曲线图求出在给定的循环特性r下的不同下的不同的循环次数的循环次数N时所对应的疲劳极限应力时所对应的疲劳极限应力rN。试验表试验表明明
7、,同样的材料在不同的循环特性,同样的材料在不同的循环特性r下的疲劳曲线的下的疲劳曲线的位置不相同,即使有相同的循环次数位置不相同,即使有相同的循环次数N,其对应的疲,其对应的疲劳极限应力值劳极限应力值rN也不相同,如用疲劳曲线图来求不也不相同,如用疲劳曲线图来求不同的循环特性同的循环特性r下的疲劳极限应力下的疲劳极限应力rN将非常不实际,将非常不实际,也不可行。因此,我们将引入第二个线图来解决这个也不可行。因此,我们将引入第二个线图来解决这个问题问题-ND(N0)NNCCDNmaxrNrr1/4r=-1r=0r=04二二极限应力曲线极限应力曲线1试件的极限应力线图:在相同试件的极限应力线图:在
8、相同N(N0),不同),不同r下时的曲线下时的曲线脉动循环变应力脉动循环变应力静应力静应力对称循环变应力对称循环变应力三三点坐标点坐标)2,2()0,(),0(), (001 DCABam C( B ,0)A(0, -1)amD(0/2, 0/2)45o00/20/22极限应力线图的简化极限应力线图的简化 已知已知-1、0、s (循环次数循环次数N=N0时时)作图如下:作图如下:1找找A、D、C(s,0)三点。)三点。 2连接连接AD并延长。并延长。 3过过C作与横轴成作与横轴成135的直线与的直线与 交于交于G点。点。具体简化过程如下页所示具体简化过程如下页所示 D(0/2, 0/2)A(0
9、, -1)mC( B ,0)aGC( S ,0)45450/20/20 屈服失效线 疲劳失效线smaxammaxamCGGA 试件的材料特性yy001001222tg:1为什么为什么CG为为1350线?线? 2的几何意义如何?的几何意义如何? 3当当(104NN0)时如何作图?)时如何作图?(在零件的极限应力线图中将讨论这个问题)(在零件的极限应力线图中将讨论这个问题)说明说明提示提示三影响零件疲劳强度的主要因素:三个方面三影响零件疲劳强度的主要因素:三个方面1的影响:的影响:kq,q:)1(q1kB总有理论应力集中系数灰铸铁碳钢合金钢越大越大材料敏感系数式中2的影响:的影响:3 的影响的影响
10、:k(尺寸越大,尺寸越大, 越小)越小)加工质量加工质量 (加工质量越高,加工质量越高, 越大)越大)强化因素强化因素 q1具体见本章的附录(具体见本章的附录(3541)页)页1K 只影响应力幅只影响应力幅2对于剪应力对于剪应力,只须将,只须将代替代替即行即行说明说明q1)11k(KbbeK对零件疲劳强度的影响:对零件疲劳强度的影响: 1K越大,零件疲劳强度就越低,越大,零件疲劳强度就越低, 2零件的疲劳强度总小于材料的疲劳强度零件的疲劳强度总小于材料的疲劳强度K1e1如对称循环的疲劳极限变为如对称循环的疲劳极限变为疲劳极限表示为疲劳极限表示为Krre四四极限应力线图极限应力线图不变)0,()
11、20,20()20,20()1,0()1,0(sCKDDKAA1坐标点及其坐标值的变化坐标点及其坐标值的变化三个特征坐标三个特征坐标说明说明1K为综合影响系数,为综合影响系数,2K只影响只影响AG线的位置。线的位置。2作图作图已知已知-1 、0 、s 、 K 、根据公式计算出根据公式计算出A、D坐标值坐标值 作图如下:作图如下:1找找A、D两点。两点。 A(0,-1e),),D(0/2,0e/2) 2连接连接AD并延长与并延长与CG交于交于G点。点。 具体作图过程如下页所示具体作图过程如下页所示 D(0/2, 0/2)A(0, -1)mC( B ,0)aGC( S ,0)45450/20/20
12、 G e eA(0,-1e) D(0/2, 0e/2)M(m, a)M(me, ae)0e/2AG线上点的坐标表示为线上点的坐标表示为M(m, a)AG线上点的坐标表示为线上点的坐标表示为M(me, ae)零件的材料特性即eeeeeKtgKKKKtgyyyyy0010012122说明说明1CG线为什么不变?线为什么不变? 2AG线为什么不平行于线为什么不平行于AG线?线? 3 直线方程:直线方程:AG线方程:线方程:meaemeeaeKKyy11:得到CG线方程:线方程:smeaeA极限点落在极限点落在AG线上时:线上时:疲劳失效疲劳失效B极限点落在极限点落在CG线上时:线上时:屈服失效屈服失
13、效maxaeme, 求求关键ssamaememaxmaxlimca, B变化为变化为sslimcaA一般形式一般形式4 强度计算公式的一般形式及其变化强度计算公式的一般形式及其变化ssamscasmeae一单向稳定变应力时的疲劳强度计算一单向稳定变应力时的疲劳强度计算 如绝大多数转轴中的应力状态如绝大多数转轴中的应力状态 如振动着的受载弹簧中的应力状态如振动着的受载弹簧中的应力状态 如紧螺栓联接中螺栓受轴向变载荷时如紧螺栓联接中螺栓受轴向变载荷时 的应力状态的应力状态要进行疲劳强度计算,必须要进行疲劳强度计算,必须求出机械零件危险截面上的求出机械零件危险截面上的最大应力最大应力max和最小应力
14、和最小应力min,并由此得出平均应力,并由此得出平均应力m和和应力幅应力幅a,然后在零件极限应力线图上标出相应的,然后在零件极限应力线图上标出相应的。要找到工作点要找到工作点M点所对应的点所对应的的位置。找极限应力点的位置。找极限应力点M必须先知道必须先知道。这是本小节的难点和重点,。这是本小节的难点和重点,1r=c时时C(s,0) A(0, -1)am D(o/2, o/2)G45oOAGMM1NN1A作图作图B计算公式及其推导计算公式及其推导分为两个区域:分为两个区域:1工作点落在工作点落在AGO区内时,极限应力点在区内时,极限应力点在AG线上,有可能线上,有可能发生疲劳失效。发生疲劳失效
15、。2工作点落在工作点落在CGO区内时,极限应力点在区内时,极限应力点在CG线上,有可能发线上,有可能发生屈服失效。生屈服失效。以以O为顶点,过为顶点,过OM两点作射线交两点作射线交AG线或线或CG线于线于M点,点,M点即为极限应力点。点即为极限应力点。常数mamaamamr11maxmin(1)若若M 1落在落在AG线上线上 :疲劳失效:疲劳失效sKsOMKAGmacaaememeaemameaeyy11:,得到求出线线方程(2)若若M1落在落在CG线上线上 :屈服失效:屈服失效ssamscasssKsamscamacay或1强度条件:强度条件:说明说明等效应力幅与应力的等效转化等效应力幅与应
16、力的等效转化对于上式中的对于上式中的Ka+m:将其中的:将其中的看作是把平看作是把平均应力均应力m折算为等效的应力幅的折算系数,令折算为等效的应力幅的折算系数,令,则可将,则可将ad看作是一个与原来作看作是一个与原来作用的不对称循环变应力等效的对称循环变应力,用的不对称循环变应力等效的对称循环变应力,。并将这种转化称为。并将这种转化称为mC(s,0)A(0, -1)a D(o/2, o/2)G45oOAGMM1NN1HHHMMHOHHOOMMOssscrcaacamcaaaemmemameaememeaemmameaemameaema111即时2m= c 时时m C(s,0) A(0, -1)
17、a D(o/2, o/2)G45oOAGMNHM2N2分为两个区域:分为两个区域:1工作点落在工作点落在AGHO区内时,极限应力点在区内时,极限应力点在AG线上,线上,有可能发生疲劳失效。有可能发生疲劳失效。2工作点落在工作点落在CGH区内时,极限应力点在区内时,极限应力点在CG线上,线上,有可能发生屈服失效。有可能发生屈服失效。A作图作图过工作点过工作点M作横轴的垂直线交作横轴的垂直线交AG线或线或CG线于线于M点,点,M点即为极限应力点。点即为极限应力点。B计算公式及其推导计算公式及其推导sssKKsamscamamcay或强度条件)()(1aememem2meae1,MMKAGy求线线方
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- 关 键 词:
- 机械零件 强度
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