第02章机械设计中得强度问题.ppt

《机械设计》 §2 机械设计中的强度问题 强度（Strength） 抵抗断裂、点蚀及塑性变形等破坏性失效的能力 第2章 机械设计中的强度问题 强度约束： 载荷(Load)： 作用在零件上的外力、弯矩、扭矩以及冲击能量等 1) 根据性质分类： 静载荷(Static Load) 动载荷(Varying Load) 一、载荷和应力(Load and Stress) 如：重力、匀速转动时所受离心力等 如：行驶在路面的汽车内零件所受的载荷、刀具所受的切削力等 2) 根据计算方法分类： 工作载荷(working load)： 名义载荷(nominal load)： 机器正常工作所受的实际载荷 机器在理想和稳定条件下的载荷 计算载荷(computational load)： 考虑机器工作中所受的各种附加载荷而得到的载荷 K (load factor)：载荷系数 1 2 近替似代实际载荷，设计时均用此载荷 计算载荷 = K ×名义载荷 可根据原动机的额定功率或工作阻力按理论力学的方法求出 应力 静应力(static stress) 变应力(varying stress) 变应力 稳定循环 不稳循环 随机(random) T、sa、 sm不随时间而变 T、sa、 sm之一随时间而变 随机变化，均不确定 t t t s s s 主要讨论稳定循环变应力！ 0 0 0 3) 应力(stress) 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！ 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 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: 请确定下图弹簧上任一点 所受弯曲应力的应力循环特征值r。 例题2: 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： 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： 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 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 1） 不同循环次数N 时的材料的疲劳极限 N s srN1 srN2 N1 N2 N0 S-N 曲线 sr 应力越小，寿命越长 低、中碳钢， N0 =106~107 合金钢、有色金属, N0 =108或5×108 对于中、低碳钢，当N达到某数值N0时，疲劳曲线变为水平 ——不存在水平段 疲劳曲线上任一点的纵坐标即为在相应寿命下的材料的极限应力 疲劳曲线说明：在有限寿命期内，试件经过一定次数的变应力作用后，总会发生疲劳破坏 ;而K点以后，如果作用的变应力