MD2机械设计课件讲解.ppt

* 机械设计是一个创新与借鉴相结合的过程，一般程序如下： * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * Part3：机械零件的强度 稳定循环变应力的几个主要参数： 最大应力(maximum stress) 最小应力(minimum stress) 平均应力(mean stress) 应力幅(stress amplitude) 应力循环特征(stress ratio) smax和smin同侧时，r为正值;异侧时，r为负值 t s 0 最大、最小应力对应波峰、波谷，且 五个参数中只有两个是独立的！ Part3：机械零件的强度 几种典型的稳定循环变应力： 对称循环（repeated and reversed stress） 脉动循环（repeated, one-direction stress） 静应力(static stress) 非对称循环变应力（fluctuating stress） 材料不变时，一般来讲，r越小（越接近-1），循环次数N越多，零件越容易损坏。 t s 0 t s 0 t s 0 t s 0 Part3：机械零件的强度 n t s 请确定下图轴上任一点N 所受弯曲应力的应力循环特征值r。 变应力既可由变载产生，也可由静载产生！ 答： 当轴静止时，弯曲应力为静应力，r =+1。 当轴转动时，弯曲应力为对称循环变应力，r =-1。 N 例题1: Part3：机械零件的强度 二、静应力作用下的强度问题 ——零件发生破坏、失去承载能力时的应力 脆性材料： 塑性材料： 例如： sb =200MPa 45钢： sb =650MPa ss =360MPa 静应力作用下的极限应力： 灰铸铁： 静应力作用下的失效：断裂或塑性变形 强度准则： Part3：机械零件的强度 变应力作用下的主要失效：疲劳断裂 强度约束： 变应力作用下极限应力slim或tlim到底为多少？ 如何确定？ 初始裂纹 疲劳区(光滑) 粗糙区 轴 实验发现：变应力作用下零件发生疲劳断裂时的应力远低于强度极限sb 即： slim sb 三、稳定循环变应力作用下的强度问题 与应力循环次数N（使用寿命）有关的断裂 Part3：机械零件的强度 变应力作用下零件的极限应力不唯一，主要与下列因素有关： ◆ 材料的性能 ◆ 应力的循环次数N（作用时间） ◆ 应力的循环特征r ◆ 零件的表面状态 ◆ 零件的大小 三个概念： 材料的极限应力 材料的疲劳极限 零件的疲劳极限 用标准试件进行强度试验，断裂时的应力值，即为材料的极限应力 如果是疲劳强度试验，则发生疲劳断裂时的最大应力值即为材料的极限应力。此时的极限应力不唯一，与多种因素有关 如果是静强度试验，则材料的极限应力是固定值(屈服极限或强度极限) 为示区别，变应力作用下的极限应力也叫疲劳极限应力 Part3：机械零件的强度 四、机械零件的接触强度问题 机械设备中各零件之间力的传递，一般是通过两个零件的接触来实现的。常见两机械零件的接触形式为点接触或线接触 如齿轮、凸轮、滚动轴承等 Part3：机械零件的强度 　　两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，由于变形变成微小的面接触，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 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 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。 Part3：机械零件的强度 由弹性力学可知最大接触应力为： + 外接触；-内接触 E1、E2为两圆柱体的弹性模量 m1、 m2为两圆柱体的泊桑比 ρΣ为综合曲率半径 Fn 为法向力 L 为接触宽度 Part3：机械零件的强度 接触应力的特点： 表面的 局部的 沿中线位置最大 接触应力的大小与哪些因素有关？ ◆ 外载荷 ◆ 接触宽度 ◆ 综合曲率半径 ◆ 材料（弹性模量） Part3：机械零件的强度 — 赫芝公式（Hertz） Hertz公式也可推广到其它的曲面接触 ρ1 ρ2 内接触 外接触 接触强度约束： Part4：摩擦、磨损及润滑理论 一、摩擦、磨损及润滑三者关系 当在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力的影响而发生相对滑动，或有相对滑动趋势时，在接触表面