第03章机械设计强度机械设计精选文档.ppt
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1、第03章机械设计强度机械设计本讲稿第一页,共五十九页第一节 材料的疲劳特性一、应力分类机械零件材料的选用原则1静应力变应力非规律性的不稳定变应力规律性的不稳定变应力稳定变应力不稳定变应力应力非对称循环变应力脉动循环变应力对称循环变应力本讲稿第二页,共五十九页应力比应力比 (循环特性循环特性):用来表示应力变化情况。:用来表示应力变化情况。二、交变应力的描述第一节 材料的疲劳特性最大应力最大应力:maxmax=m m+a a最小应力最小应力:minmin=m m-a a平均应力平均应力:应力幅:应力幅:本讲稿第三页,共五十九页第一节 材料的疲劳特性二、几种常见应力1、对称循环应力(r=-1)ma
2、x=min=am=02、脉动循环应力(r=0)m=a=max/2min=03、静应力(r=1)max=min=ma=0 maxminminm ma amaxmax本讲稿第四页,共五十九页例题例题1 1 某零件的工作应力变化如图所示,求最大应力,某零件的工作应力变化如图所示,求最大应力,最小最小应力,平均应力,应力幅,循环特性应力,平均应力,应力幅,循环特性r r。练习 如一零件的应力循环特性r=+0.6,a=80MPa,则此时m=(),max=(),min=()。第一节 材料的疲劳特性本讲稿第五页,共五十九页第一节 材料的疲劳特性有限疲劳极限:变应力作用下,在规定的寿命(N)内,零件发生疲劳破
3、坏前所能承受的最大应力值称为有限疲劳极限,用rN表示。应力比应力循环次数疲劳曲线:疲劳曲线:表示疲劳极限rN与应力循环次数N(寿命)之间关系曲线称为疲劳曲线本讲稿第六页,共五十九页第一节 材料的疲劳特性一、N疲劳曲线AB段:静载破坏BC段:有较大的塑性变形,一般用应变_特环次数描述,称为应变疲劳,又称为低周疲劳.CD段:高周疲劳阶段,应力与循环次数关系:mrN=CD点以后:r与N,D点的极限应力rD记为r,称为持久疲劳极限。本讲稿第七页,共五十九页疲劳曲线2第一节 材料的疲劳特性CD段,可用下式描述:D点以后代表无限寿命疲劳阶段 由于ND很大,所以在作疲劳试验时,常规定一个循环次数N0(称为循
4、环基数),用N0及其相对应的疲劳极限r来近似代表ND和 r,于是有:N疲劳曲线二、疲劳曲线方程研究的是有限疲劳寿命本讲稿第八页,共五十九页疲劳曲线2第一节 材料的疲劳特性有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为:式中,sr、N0及m的值由材料试验确定。几个典型疲劳极限:对称循环疲劳极限脉动循环疲劳极限本讲稿第九页,共五十九页例题2:45钢的对称循环疲劳强度-1=300MP a,N0=5106,m=9,求:N=104,105,106时的有限寿命疲劳极限。第一节 材料的疲劳特性本讲稿第十页,共五十九页三、等寿命曲线(材料的极限应力线图)第一节 材料的疲劳特性 为求出材料(零件)在不同的循环
5、特性r下的疲劳极限应力值,应构造极限应力图。解得:研究的是无限疲劳寿命或者是循环次数为某一固定值时的疲劳极限特性本讲稿第十一页,共五十九页第一节 材料的疲劳特性(1)极限应力图特点 曲线上任一点坐标 都有 ,即:曲线上任一点都代表极限应力值。如图所示,为某一材料经过试验测得的 应力比为r极限应力图。0点:m,故为对称循环点。点:r s,为材料的屈服极限。本讲稿第十二页,共五十九页maO(2)材料极限应力线图的简化(基氏简化-折线)则ADGC即为简化极限应力图。G4545本讲稿第十三页,共五十九页几点说明 2)AD直线上任意一点均有 3)CG直线上任意一点均有:GmaO安全区1)OAGC所围成的
6、区域为安全区。H本讲稿第十四页,共五十九页(3)材料极限应力图的画法:第一节 材料的疲劳特性已知:-1,0,s;maGO4545本讲稿第十五页,共五十九页各直线方程则,AD直线方程:材料特性系数:GC直线方程:第一节 材料的疲劳特性maGO45AD直线:设直线上任意点坐标M(x,y)本讲稿第十六页,共五十九页第二节第二节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算一、零件的极限应力图 材料的极限应力图是在特定尺寸、形状试件测试而得出来的。而实际零件尺寸、形状不同,加工质量及表面强化因素也不同,使零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。因此,必须对上图要进行修正。引进弯曲疲劳极限综合影响系数K
7、,则不对称循环:则各特殊点坐标:本讲稿第十七页,共五十九页第二节第二节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算零件的极限应力图maGO45GOAGC为零件的极限应力图。本讲稿第十八页,共五十九页以下标e代表零件的应力值,则:CG直线方程:第二节第二节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算AG直线方程:maGO45本讲稿第十九页,共五十九页式中:e零件受循环弯曲应力时的材料性试件受弯曲应力时的材料特性.第二节第二节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算本讲稿第二十页,共五十九页K弯曲疲劳综合影响系数其中:k零件应力集中影响系数(脚标表示正应力)零件的尺寸系数(系数查取见本章
8、附录)零件的表面质量系数(系数查取见本章附录)q零件的强化系数(系数查取见本章附录)第二节第二节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算本讲稿第二十一页,共五十九页同样,对于剪应力,上述各式仍满足。试件受循环切应力时材料特性 第二节第二节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算本讲稿第二十二页,共五十九页二、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算 单向:只有一个方向的应力。稳定:指变应力参数稳定,可能有变化,但变化幅 度很小(或有规律),不随时间变,只是偶然变化。计算步骤:画出零件的极限应力图 求出零件危险剖面上的min和max 由min、max求出m和a 由m、a在零件极限应力图
9、上找出工作应力点 找出M点对应的极限应力点M 计算安全系数第二节第二节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算零件工作点最大应力零件工作点所对应疲劳极限本讲稿第二十三页,共五十九页 所以,极限应力点为经过坐标原点O点和工作点的的直线上。1)r=C即:a=cm第二节第二节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算常见的应力变化规律有以下几种情况。y=c xC值取决于应力比r本讲稿第二十四页,共五十九页maGO45例如:如图所示,有一零件的工作点M,其循环特性为r=C,找零件工作点所对应的极限应力点。方法如下:零件的极限应力为:第二节第二节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算本
10、讲稿第二十五页,共五十九页第二节第二节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算maGO45AG直线方程:OM直线方程:本讲稿第二十六页,共五十九页 联解OM与AG两直线方程,可以求出点M的坐标值x和y第二节第二节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算计算安全系数:本讲稿第二十七页,共五十九页注:如果直线与GC相交,则此时可近似认为是静应力状态。第二节第二节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算maGO45r=c本讲稿第二十八页,共五十九页 1 1)采用解析法计算时,要先确定)采用解析法计算时,要先确定M M点是在点是在OAGOAG内,还是在内,还是在OGCOGC内。内。在
11、在OAGOAG区内区内按疲劳强度计算按疲劳强度计算S Scaca 在在OGCOGC区内区内近似按静强度计算近似按静强度计算S Scaca。第二节第二节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算amGO45注意事项:r=c疲劳强度安全区塑性强度安全区本讲稿第二十九页,共五十九页2)m=C(如受载的弹簧)即:,所以极限应力点是在 这条直线上。第二节第二节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算0GACDM(m,a)M令本讲稿第三十页,共五十九页第二节第二节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算0GACDMM(m,a)零件的疲劳极限:计算安全系数及强度条件:NN注:如果工作点N与G
12、C线相交,则按静应力计算。H疲劳强度安全区塑性安全区本讲稿第三十一页,共五十九页3 3)min=C时时第二节第二节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 极限应力点为不过坐标原点且与横坐标夹角为45的直线上。0GACMJ45I45M不研究NN疲劳强度安全区工作点位于OJGI区域内,则45塑性强度安全区,sca=s/maxsx-y=c本讲稿第三十二页,共五十九页说明说明:a.a.如果工作点M位于AOG区域内,则最小应力值min为负值。这种情况非常少。b.b.如果工作点M位于OJG区域内,则应按疲劳强度进行计算。c.c.如果工作点M位于IGC区域内,则按静强进行计算。第二节第二节 机械零件
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