西安理工大学：《机械设计》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三章 机械零件的强度

第三章机械零件的强度 基本要求 1.了解疲劳曲线和极限应力曲线的来源、意义及用途, 能从材料的几个基本特性及零件的几何特性绘制零 件的极限应力简化曲线图;会求零件的极限应力。 2.学会单向稳定变应力时机械零件的强度计算方法; 3.学会双向变应力时机械零件的强度校核方法; 4.会查附录中的有关图表

第三章 机械零件的强度 基本要求 1.了解疲劳曲线和极限应力曲线的来源、意义及用途， 能从材料的几个基本特性及零件的几何特性绘制零 件的极限应力简化曲线图；会求零件的极限应力。 2.学会单向稳定变应力时机械零件的强度计算方法； 3.学会双向变应力时机械零件的强度校核方法； 4.会查附录中的有关图表

§3-1机械零件强度计算概述 基本概念 1.载荷:静载荷、变载荷 1)名义载荷(理论载荷):Fn、M、T、P 2)实际载荷(考虑实际因素的载荷): 3)计算载荷(强度计算时所采用的荷):Fa=KFn 注意:计算载荷比名义载荷更接近于实际载荷。 2.应力:静应力、变应力 1)工作应力:按计算载荷计算的作用在零件上的应力,a 2)计算应力:复杂应力状态时,按强度理论求出的应力, 3)极限应力:Gimn(静应力下,极限应力为定值:或o:变应力下,极限应力是变值) 4)许用应力:[G]=m

一.基本概念 1.载荷： 静载荷、变载荷 1）名义载荷(理论载荷)：Fn、M、T、P 2）实际载荷(考虑实际因素的载荷)： 2.应力： 静应力、变应力 Fca = KFn §3-1 机械零件强度计算概述 3）计算载荷(强度计算时所采用的荷)： 注意：计算载荷比名义载荷更接近于实际载荷。 1）工作应力：按计算载荷计算的作用在零件上的应力， 2）计算应力：复杂应力状态时，按强度理论求出的应力，ca 3）极限应力：lim (静应力下，极限应力为定值： S或B ；变应力下，极限应力是变值） 4）许用应力：   S  lim  =

二.机械零件的强度方法 设计计算: 2.校核计算: 1)应力校核计算 lim 2)安全系数校核计算:Sa ≥S 变应力一应力随时间而变化 稳定循环变应力 1)循环变应力(周期变化) 非稳定循环变应力 2)非循环变应力(非周期变化)

二.机械零件的强度方法    ca 稳定循环变应力 非稳定循环变应力 1.设计计算： 2 .校核计算： 1）应力校核计算： Sca =  S   lim 2）安全系数校核计算： 三.变应力——应力随时间而变化 1）循环变应力（周期变化） 2）非循环变应力（非周期变化）

稳定循环变应力及特性: 1)最大应力: max 2)最小应力: mIn 王三 3)平均应力:n m 4)应力幅值:G n II 5)循环特性:r「注意: 变应力关系 1)变应力是由变载荷产生的,也可能是由静载荷产生的。 F m 2 max to min 2)在变应力作用下,零件产生的是疲劳破坏。 3)疲劳破坏的特征: (1)σmn<<a或G mIn (2)无塑性变形的突然断裂; (3)是损伤的累积,裂纹随应力循环次数N扩展

稳定循环变应力及特性： 变应力关系： ( ) 2 1   max  min = + m ( ) 2 1   max  min = − a max min   r = 1）最大应力：max 2）最小应力：min 3）平均应力：m 4）应力幅值：a 5）循环特性：r 注意： 1）变应力是由变载荷产生的，也可能是由静载荷产生的。 2）在变应力作用下，零件产生的是疲劳破坏。 3）疲劳破坏的特征： （1）lin  B或s； （2）无塑性变形的突然断裂； （3）是损伤的累积，裂纹随应力循环次数N扩展。  min  m

循环变应力的类型及特性: 1)对称循环变应力 mIn max max 2)脉动循环变应力:m=0、n= 3)非对称循环变应力: 4)静应力: 0、r=1 max 变应力关系: 〔卓 mIn max min min r min

循环变应力的类型及特性： 1）对称循环变应力： 0 1 min max max = − = = r = −   、  m 、  a  、 2）脉动循环变应力： 3）非对称循环变应力： 4）静应力： 0 2 0 max min = = = r = 、 m  a、    1 min max = = r =    m、 变应力关系： ( ) 2 1   max  min = + m ( ) 2 1   max  min = − a max min   r =  min  m

§3-1材料的疲劳特性 描述材料的疲劳特性:σ-n(σm)与应力循环次数N和应力循环特 性r有关∝N(变应力的极限应力) 、材料疲劳的两种类型 当循环特性为r为定值时,对试样作疲劳试验,在不同的N值下 记录试样破坏的GN值。 max+ B低周疲劳 高周疲劳 N72810Mc10 M

描述材料的疲劳特性： lim ( max)与应力循环次数N和应力循环特 性r有关——rN（变应力的极限应力） §3-1 材料的疲劳特性 当循环特性为 r 为定值时，对试样作疲劳试验,在不同的 N 值下, 记录试样破坏的 rN 值。 一、材料疲劳的两种类型 低周疲劳 高周疲劳

、疲劳曲线 高周疲劳线段分为两部分: 1)有限寿命(CD段): 曲线方程:G灬N=C(常数) m材料常数,m=6-20 由于ND(106-25×106)较大,为了 Nc≈10 确定常数C,通常取N=N试验得oN0 N循环基数;N=(1-10)×106 这样: OPNN=OrNO=C KG.(NA≤N≤N 2)无有限寿命(C点以后段):ON=Um=ON。(N>MD

高周疲劳线段分为两部分： 二、疲劳曲线 1）有限寿命（CD段）： 曲线方程：  rN m N = C（常数） m——材料常数，m=6~20 由于ND（106~25106）较大，为了 确定常数C，通常取N=N0试验得rN0 r N0——循环基数；N0=（1~10） 106 这样： N N C m r m  rN = 0 = rN r m KN r （NC N ND） N N  = =    0 2）无有限寿命（C点以后段）： ( ) rN = r =rND N  ND

极限应力图: 1.材料的极限应力图及其简化: 当应力循环次数N为定值时(N=N),试验得出r与σ的关系。 通常是找n与a的关系,间接代表r与ar的关系。 min 4 m2 a .三O R+o max 试件的试验条件: 1)光滑、无应力集中源; om,o 2)标准尺寸。 C(a,0)

三.极限应力图： 1.材料的极限应力图及其简化： 当应力循环次数N为定值时（ N= N0 ），试验得出 r 与r 的关系。 通常是找m与a 的关系，间接代表r 与r 的关系。 r m a m a m a r           =  =  +   +   −  =   = max max min 试件的试验条件： 1）光滑、无应力集中源； 2）标准尺寸。 ( , )  m  a   ( , )  m  a

Oa=On 材料的极限应力的简化:A点:r=-1(对称)At D点:F=0(脉动) A Omi b t 4 O′C点:r=1(静应力 G 45° C(a,0) 2

材料的极限应力的简化： D  45  45 G 2  0  m  a 2  0 A点：r = -1 (对称) C点： r = 1 (静应力) D点：r = 0 (脉动)

-A(0,a1) D 0 直线GC m2d 45° 45 C(o,0) 22o,- 直线G O 碳钢:vn=0,1~0.2 合金钢:vm=02~03 返回

 m  a = s  +  直线 GC ： 0.2 ~ 0.3 0.1~ 0.2 = =     合金钢： 碳钢： 直线 AG ： a  m       −  = − − − 0 1 0 1 2     m = −  −1 （ m  , a ） （ m  , a ） 返回