机械设计课件濮良贵3.ppt

第三章 机械零件的强度 零件的工作能力设计 强度准则 外载荷引起零件的内应力不超过允许的数值。 作用在零件上的载荷 静载荷 变载荷 变应力 ？ 静 载荷 停止：静应力 行驶：变应力 静应力 t s sm 变应力 稳定循环变应力 不稳定循环变应力 随机变应力 变应力 零件的工作能力设计 强度准则 变应力 稳定循环 非稳定循环 随机 t s 周期 a) 稳定循环变应力 c) 随机变应力 尖峰应力 t s 周期 s t b) 不稳定循环变应力 t s sm t s 对称 脉动 变应力性质 行驶时 对称稳定循环变应力 变应力的特性 最大应力 smax 最小应力 smin 平均应力 sm 应 力 幅 sa smin smax sm sa t s o 循环特性 规定:用绝对值最大者作为smax 静应力 r =+1 零件的工作能力设计 强度准则 稳定循环变应力 零件的工作能力设计 强度准则 t s sm t s t s 5个参数,已知2个,可求其它3个 σ t σ t 轮齿弯曲应力 惰轮轮齿弯曲应力 切纸机连杆 强度准则 外载荷引起零件的内应力不超过允许的数值。 零件的工作能力设计 强度准则 拉伸试验和应力－应变曲线 零件 标准试件 d L 零件的工作能力设计 机械零件 受力不同 形状不同 尺寸不同 与其他零件有连接 所处环境不同 强度准则 静强度（工程力学课程） 疲劳强度 早期的飞机失事 2010.6.29深圳大峡谷景区游乐设备中有一M16螺栓疲劳断裂，6人死亡10人受伤 疲劳强度 疲劳断裂的过程 第一阶段——疲劳裂纹的产生 第二阶段——疲劳裂纹的扩展 第三阶段——发生疲劳断裂 零件的工作能力设计 强度准则 强度设计准则 变应力下， 静应力下， smax N NA=1/4 A NB?103 B NC?104 C ND D σ-N疲劳曲线 原点：N=1/4 AB段：当作静应力 BC段：低周疲劳 C→：高周疲劳 CD有限寿命；D→无限寿命 高周疲劳 零件的工作能力设计 强度准则 有限寿命区 无限寿命区 CD段（高周疲劳）曲线方程 特定点 寿命系数 循环基数N0 疲劳极限 疲劳极限 钢 m=9 中等尺寸 N0=5*106 大尺寸 N0=107 smax N NA=1/4 A NB?103 B NC?104 C ND D 零件的工作能力设计 强度准则 σ-N 疲劳曲线 同一种应力变化规律 不同次数的循环后破坏 sa sm 0 等寿命曲线 同一个循环次数 不同的应力变化规律 极限应力线图 循环基数N0 塑性材料 特定寿命下，最大应力σmax与应力循环特性r的关系 等寿命疲劳曲线 材料的极限应力图 C （ σS， 0）：r = +1 A′（0， σ-1 ）：r = -1 D′（ σ0 /2 ， σ0 /2 ）：r = 0 G′：交点 在OA′ G′ C 内为安全区 C σs A D（ σ0/2 ， σ0/2） G σm σa σ-1 45° 45° O σs σ-1 σa σm O A′ C 等寿命疲劳曲线（极限应力线图） 同一种材料,不同应力特性下的各疲劳极限σr之间的内在关系 仅利用少数几个(σ-1、σ0、σ+1)，求其它任意的σr s-1 s1 sa sm 0 N相等情况下讨论 破坏前的最大 零件的工作能力设计 强度准则 塑性材料 45° t s sm t s 极限应力线图 s-1 ss sa sm 0 s0/2 A D G C s0/2 45? 零件的工作能力设计 强度准则 极限应力线图 零件 零件的极限应力线图 σ-1e——零件对称循环时的疲劳极限 σ-1 ——材料对称循环时的疲劳极限 0 C s-1 ss sa sm s0/2 45? 45? A D G s0/2 A D G 综合影响系数 kσ：零件的有效应力集中系数 εσ：零件的尺寸系数 βσ：零件的表面质量系数 βq：零件的强化系数 零件的工作能力设计 强度准则 查机械设计手册 书本P.38~45 变应力种类 变应力性质 零件的工作能力设计 强度准则 单向稳定变应力 单向不稳定变应力 单向 双向（正应力、切应力） 强度设计准则 t s s t 双向稳定变应力 单向稳定变应力 零件强度校核 1、确定零件应力特征 2、确定零件的危险截面 3、计算平均应力和应力幅 4、计算极限应力 零件强度设计 1、确定零件应力特征 2、估计Kσ 、 σa/σm 3、计算极限应力 4、选择安全系数 5、计算最大应力 零件