-机械零件的强度.ppt

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* 潘存云教授研制 潘存云教授研制 §3-4 机械零件的接触强度 如齿轮、凸轮、滚动轴承等。 B 机械零件中各零件之间的力的传递,总是通过两个零件的接触形式来实现的。常见两机械零件的接触形式为点接触或线接触。 * 潘存云教授研制 潘存云教授研制 若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后,由于变形其接触处为一小面积,通常此面积甚小而表层产生的局部应力却很大,这种应力称为接触应力。这时零件强度称为接触强度。 F F ρ2 O2 ρ1 O1 ρ2 O2 ρ1 O1 F F ω2 2b sH ω1 变形量 B 接触失效形式常表现为: 疲劳点蚀 后果:减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、降低了承载能力、引起振动和噪音。 初始疲劳裂纹 初始疲劳裂纹 裂纹的扩展与断裂 油 金属剥落出现小坑 机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的,在载荷重复作用下,首先在表层内约20μm处产生初始疲劳裂纹,然后裂纹逐渐扩展(润滑油被挤迸裂纹中将产生高压,使裂纹加快扩展,终于使表层金属呈小片状剥落下来,而在零件表面形成一些小坑 ,这种现象称为疲劳点蚀。 * 潘存云教授研制 潘存云教授研制 b 由弹性力学可知,应力为: 对于钢或铸铁取泊松比: μ1=μ2=μ=0.3 , 则有简化公式。 上述公式称为赫兹(H·Hertz)公式 “+”用于外接触, “-”用于内接触。 σH σH ρ2 ρ1 Fn ρ1 Fn b ρ2 σH σH * 潘存云教授研制 σH -------最大接触应力或赫兹应力; b -------接触长度; Fn -------作用在圆柱体上的载荷; -----综合曲率半径; -----综合弹性模量; E1、 E2 分别为两 圆柱体的弹性模量。 接触疲劳强度的判定条件为: b Fn * 可靠性设计原理: 应力-强度分布干涉理论 应力-强度分布干涉理论是以应力-强度分布干涉模型为基础的,该模型可清楚地揭示机械零件产生故障而有一定故障率的原因和机械强度可靠性设计的本质。 应力:一切引起失效的外部作用的参数,如应力、压力、力、载荷、变形量、磨损量、温度等,常用s表示。 强度:产品能抵抗失效的能力,用δ表示。 §3-5 机械零件可靠性简介(了解) * 在机械产品中,零件(部件)是正常还是失效决定于强度和应力的关系。 当零件(部件)的强度大于应力时,其能够正常工作; 当零件(部件)的强度小于应力时,其发生失效。 因此,要求零件(部件)在规定的条件下和规定的时间内能够承载,必须满足以下条件 零件的强度零件的工作应力 机械产品的可靠度可以说成是机械产品的强度大于施加于该产品的应力的概率。 * 实际工程中的应力和强度都是呈分布状态的随机变量,把应力和强度的分布在同一坐标系中表示 零件的强度值与应力值的离散性,使应力-强度两概率密度函数曲线在一定的条件下可能相交,这个相交的区域就是产品或零件可能出现故障的区域,称为干涉区。 这种根据应力和强度干涉情况,计算干涉区内强度小于应力的概率(失效概率)的模型,称为应力——强度干涉模型。 在应力——强度干涉模型理论中,根据可靠度的定义,强度大于应力的概率可表示为 * §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 §3-5 机械零件可靠性简介 第3章 机械零件的强度 * 一、应力的种类 静应力: σ=常数 变应力: σ随时间变化 平均应力: 应力幅: 变应力的循环特性: ----脉动循环变应力 ----对称循环变应力 -1 = 0 +1 ----静应力 静应力是变应力的特例 §3-1 材料的疲劳特性 * (1)注意:其中对零件最不利的是对称循环变应力。静应力可以看成是稳定循环变应力的特例。 (2)注意:静应力只能由静载荷产生,而变应力可能由变载荷产生,也可能由静载荷产生。 (循环特性举例) * 名义应力——由名义载荷产生的应力 名义载荷:由原动机或工作机的额定功率计算出的载荷 计算应力——由计算载荷产生的应力 计算载荷:作用于零件的实际载荷 (3)名义应力和计算应力 * 变应力下,零件的损坏形式是疲劳断裂。 ▲ 疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低,甚至比屈服极限低; ▲ 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂; ▲ 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。 不管脆性材料或塑性材料, ▲零件表层产生微小裂纹; 疲劳断裂过程: ▲随着循环次数增加,微裂 纹逐渐扩展; ▲当剩余材料不足以承受载 荷时,突然脆性断裂。 疲劳断裂是与应力循环次数(即使

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