机械零件工作能力理论基础.ppt

机械设计基础之第一部分 机械零件材料及结构强度基础（2） 第二章 机械零件工作能力计算的理论基础 失效形式（Failure types） 应力就是单位面积上的内力? 拉(压)杆横截面上的应力 平面假设：圆周扭转变形后各个横截面仍为平面，而且其大小、形状以及相邻两截面之间的距离保持不变，横截面半径仍为直线 应力计算例题 4 ——点或线接触所产生的应力 轧钢机压下螺旋丝杠断牙 键槽应力集中导致齿轮轴疲劳断裂 整体塑变 冷胶合：低速重载，接触零件挤压粘着，相对运动撕裂。 综合失效：齿面磨损、断齿、疲劳断轴 轮齿塑性变形 热胶合：润滑不良引起 点蚀 轮齿磨损 螺栓联接滑移被联接件断裂 曲轴整体断裂实况 断口放大 断口对 曲轴疲劳断裂断口特征 内部缺陷引起疲劳断轴：初始裂纹起源于轴内部，裂纹由内至外扩展 相当应力表达式 强度理论名称及类型 第一类强度理论(脆性断裂的理论) 第二类强度理论(塑性屈服的理论) 第一强度理论── 最大拉应力理论 第二强度理论 ── 最大拉应变理论 第三强度理论── 最大切应力理论 第四强度理论 ── 形状改变能理论 四个强度理论的相当应力表达式 例题 图示一简支工字组合梁，由钢板焊成。已知：F = 500kN，l = 4m。求： (1) 在危险截面上位于翼缘与腹板交界处的A、B两点的主应力值，并指出它们的作用面的方位； (2) 根据第三、四强度理论，求出相应应力值。 l/2 F l/2 A 单位：cm 2.4 2.4 42 22 1 42 z B M图 + Fl/4 ?x ?x A点的应力状态 F/2 F/2 Fs图 + － 解：在跨中左侧截面的A点处的应力状态为： A点的主应力 ?x ?x B点的应力状态 第三、四强度理论的相当应力 在跨中左侧截面的B点处的应力状态为 例题 试对图a所示单元体写出第一、二、三、四强度理论的相应应力值，设? = 0.3。 单位：MPa 20 15 (a) 20 (b) 解： 由图a可知，?x=15MPa 为主应力，其它两个主应力则可由纯剪切应力状态? = 20MPa 确定(图b)。其主应力为： 四个强度理论的相当应力为： §2-7 疲劳强度概述 一、载荷与应力的分类 载荷 静载荷 变载荷 —— 不随时间变化or变化很小 —— 随时间变化而变化 周期性/非周期性 静应力 变应力 循环变应力 应力 名义载荷/计算载荷 名义应力/计算应力 循环变应力 对称循环变应力 脉动循环变应力 非对称循环变应力 平均应力σm： 应力幅σa： 循环特性r： 循环特性r可以表示循环变应力的变化情况和不对称度：对于对称循环变应力，r=-1；脉动循环变应力，r=0；静应力可以看作变应力的特例，即r=+1。而非对称循环变应力r值随具体情况不同在+1~-1之间。 在静载荷下产生变应力 二、疲劳破坏 —— 变应力作用下的破坏形式 构件的疲劳破坏可分为3个阶段 ： ①微观裂纹阶段 ②宏观裂纹扩展阶段 ③瞬时断裂阶段 在循环加载（变应力）作用下，产生严重的应力集中点并首先形成微观裂纹。此后，裂纹沿着与主应力约成45°角的最大剪应力方向扩展，裂纹长度大致在0.05毫米以内，发展成为宏观裂纹。 裂纹基本上沿着与主应力垂直的方向扩展 当裂纹扩大到使物体残存截面不足以抵抗外载荷时，物体就会在某一次加载下突然断裂。 疲劳破坏的特征： ① 在某类变应力多次作用后突然断裂 ② 断裂时变应力的最大应力（or疲劳极限）远小于材料的屈服极限 ③ 即使是塑性材料，断裂时也无明显的塑性变形 三、不同循环次数时的疲劳极限 —— 在循环特性为r的变应力作用下，经N次循环后，材料不发生破坏的应力最大值称为该循环下的疲劳极限 疲劳极限 ——寿命系数 §2-8 接触强度概述 一、接触应力的产生 接触应力 局部应力 不同与挤压应力 二、接触应力的性质 1、接触应力呈半椭圆形分布，接触点处应力最大 2、两物体上应力大小相等 圆柱体截面的接触应力 赫兹公式 三、接触应力的计算公式 影响接触应力的因素： 曲率半径 材料 接触线长度 接触疲劳强度的条件： 本章小结： 1、机械零件的工作能力及其变形的基本形式 （强度/刚度概念，设计准则，变形基本形式） 2、轴的拉伸和压缩 3、剪切和挤压 4、圆轴的扭转 5、弯曲 6、应力状态理论及强度理论概述 7、疲劳强度概述（应力分类及特征，疲劳寿命） 8、接触强度概述（接触应力的概念，影响因素） 丝杠断牙部位 丝杠断牙局部放大 键槽 初始裂纹源 裂纹扩展区 最终瞬断区 火车轮轴简化 镗刀杆简化 吊车大梁简化 均匀分布载荷 简称均布载荷 非均匀分布载荷 简支梁 外伸梁 悬臂梁 FAx FAy FBy FAx FAy FBy FAx