CH机械零件强度

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1、3-1材料的疲劳特性3-2机械零件的疲劳强度计算3-3机械零件的抗断裂强度3-4机械零件的接触强度第三章 机械零件的强度3-1材料的疲劳特性一、交变应力的描述变应力循环变应力（周期）稳定不稳定循环变应力简单复合对 称脉 动非对称随机变应力（非周期）周期时间ta）稳定循环变应力）稳定循环变应力周期tb）不稳定循环变应力）不稳定循环变应力尖峰应力c）随机变应力）随机变应力3-1材料的疲劳特性一、交变应力的描述m平均应力a应力幅值max最大应力min最小应力r 应力比（循环特性）描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。3-1材料的疲劳特性r=-1对称循环应力r=0脉动循环应力r

2、=1静应力典型常见的变应力类型一、交变应力的描述转轴单向转轴受载梁等3-1材料的疲劳特性二、sN疲劳曲线疲劳曲线机械零件的疲劳大多发生在sN曲线的CD段，可用下式描述：D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区其方程为：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：有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限rN的关系为：二、sN疲劳曲线3-1材料的疲劳特性极限应力线图3-1材料的疲劳特性三、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）机械零件材料的疲劳特性除用sN曲线表示外，还可用等寿命曲线来描述。该曲线表达了不同应力比时疲劳

3、极限的特性。在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。极限应力线图3-1材料的疲劳特性三、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）用AC折线表示零件材料的极限应力线图是其中一种近似方法。A直线的方程为：C直线的方程为：y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：对于碳钢，y0.10.2，对于合金钢，y0.20.3。机械零件的疲劳强度计算13-2 机械零件的疲劳强度计算由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。对称循环时，如以弯曲疲劳极限的综合影响系数 表示材料对称循环弯曲疲劳极限-1与零件对称循环弯曲疲劳极限-1e的比值，

4、即在不对称循环时，是试件与零件极限应力幅的比值。零件材料的极限应力线：AGC零件的极限应力线：直线ADG和CG部分详细介绍机械零件的疲劳强度计算2一、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，首先根据零件危险截面上的 max及 min确定平均应力m与应力幅a，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相应工作应力点M 或 N。相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线上的某一个点所代表的应力。计算安全系数及疲劳强度条件为：3-2 机械零件的疲劳强度计算MMN N机械零件的疲劳强度计算2一、单向稳定变应力时的疲劳强度计算根据零件工作时所受的约束来确定应力可能发生的变化规律，从而决定以哪一个点来表示极

5、限应力。机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种：应力比为常数：r=C平均应力为常数：m=C最小应力为常数：min=C详细分析3-2 机械零件的疲劳强度计算a）r=C：变应力的循环特性保持不变（例如绝大多数转轴中的应力状态）；Fr0tr=C0tm=Cm=CGFb）m=C：变应力的平均应力保持不变（例如振动着的受载弹簧中的应力状态）；c）min=C：变应力的最小应力保持不变（例如紧螺栓联接中螺栓受轴向变载时的应力状态）。P=0a0tmin=Cmin机械零件的疲劳强度计算3二、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算用统计方法进行疲劳强度计算不稳定变应力非规律性规律性按损伤累积假说进行疲劳强度计算3

6、-2 机械零件的疲劳强度计算汽车钢板弹簧机床主轴规律性不稳定变应力机械零件的疲劳强度计算3二、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，则应力1每循环一次对材料的损伤率即为1/N1，而循环了n1次的1对材料的损伤率即为n1/N1。如此类推，循环了n2次的2对材料的损伤率即为n2/N2，。当损伤率达到100%时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有：3-2 机械零件的疲劳强度计算二、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算3-2 机械零件的疲劳强度计算疲劳损伤线性累积假说的数学表达式可以写成：其中 实验证明：当各作用力的应力幅无巨大差别或强烈过载时，这个规律正确；当各

7、级作用力先作用最大，然后依次降低时，等号右边小于1；当各级作用力先作用最小，然后依次升高时，等号右边大于1；大量试验证明：与疲劳裂纹产生有关，说明递升的作用力不易破坏，递减的作用力容易产生破坏二、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算3-2 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算4三、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sa 和ta时，由实验得出的极限应力关系式为：式中 ta及sa为同时作用的切向及法向应力幅的极限值。若作用于零件上的应力幅sa及ta如图中M点表示，则由于此工作应力点在极限以内，未达到极限条件，因而是安全的。由于是对称循环变应力，故应力幅

8、即为最大应力。弧线 AMB 上任何一个点即代表一对极限应力a及a。详细推导计算安全系数：3-2 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算5四、提高机械零件疲劳强度的措施在综合考虑零件的性能要求和经济性后，采用具有高疲劳强度的材料，并配以适当的热处理和各种表面强化处理。适当提高零件的表面质量，特别是提高有应力集中部位的表面加工质量，必要时表面作适当的防护处理。尽可能降低零件上的应力集中的影响，是提高零件疲劳强度的首要措施。尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。减载槽在不可避免地要产生较大应力集中的结构处，可采用减载槽来降低

9、应力集中的作用。3-2 机械零件的疲劳强度计算机械零件的抗断裂强度3-3 机械零件的抗断裂强度在工程实际中，往往会发生工作应力小于许用应力时所发生的突然断裂，这种现象称为低应力脆断。对于高强度材料，一方面是它的强度高（即许用应力高），另一方面则是它抵抗裂纹扩展的能力要随着强度的增高而下降。因此，用传统的强度理论计算高强度材料结构的强度问题，就存在一定的危险性。结构内部裂纹和缺陷的存在是导致低应力断裂的内在原因。机械零件的抗断裂强度3-3 机械零件的抗断裂强度为了度量含裂纹结构体的强度，在断裂力学中运用了应力强度因子KI（或K、K）和断裂韧度KIC(或KC、KC）这两个新的度量指标来判别结构安全

10、性，即：KIKIC时，裂纹不会失稳扩展。KIKIC时，裂纹失稳扩展。断裂力学是研究带有裂纹或带有尖缺口的结构或构件的强度和变形规律的学科。机机械零件的接触强度3-4 机械零件的接触强度 当两零件以点、线相接处时，其接触的局部会引起较大的应力。这局部的应力称为接触应力，用H表示。接触应力变形与应力分布机机械零件的接触强度3-4 机械零件的接触强度 接触应力是不同于以往所学过的挤压应力的。挤压应力是面接触引起的应力，是二向应力状态，而接触应力是三向应力状态。接触应力的特点是：仅在局部很小的区域内产生很大的应力。式中1和2 分别为两零件初始接触线处的曲率半径,其中正号用于外接触，负号用于内接触。对于

11、线接触的情况，其接触应力可用赫兹应力公式计算。总总 结结1、在解决变应力下零件的强度问题叫疲劳强度。零件里通常作用的都是变应力，所以其应用更为广泛。2、疲劳强度和哪些因素有关=f（N，r，K，材料，形式）疲劳强度比静强度复杂得多。3三大理论一假说：疲劳曲线解决对称循环变应力的强度计算问题；极限应力图对称非对称的关系；复合极限应力图复合和简单应力的关系；损伤累积法则稳定和非稳定应力的关系；4强度计算式变应力变应力稳定稳定不稳定不稳定简单简单复合复合一、一、选择题选择题145钢的持久疲劳极限-1=270Mpa，设疲劳曲线方程的幂指数m=9，应力循环基数N0=5106次，当实际应力循环次数N=104

12、次时，有限寿命疲劳极限为 MPa。（A）539；（B）135；（C）175；（D）417；2零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后，其疲劳强度 。（A）增高 （B）降低 （C）不变 （D）增高或降低视处理方法而定3影响零件疲劳强度的综合影响系数K与 等因素有关。（A）零件的应力集中、加工方法、过载；（B）零件的应力循环特性、应力集中、加载状态；（C）零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中；（D）零件的材料、热处理方法、绝对尺寸。习题习题AAC4、机械零件的强度条件可以写成 。（A），或 ，（B），或 ，（C），或 ，（D），或 ，5、在进行疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的 。（A）屈服点；（B）疲劳极限；（C）强度极限；（D）弹性极限。二、简答题二、简答题 什么是变应力的应力比r？静应力、脉动循环变应力和对称循环变应力的r值各是多少？CB