第5章 机械零件的强度计算4.ppt

第5章 机械零件的强度计算主要内容 机械零件的强度 材料的疲劳曲线，材料和零件的极限应力线图，零件极限应力的确定 稳定变应力时塑性材料零件的强度计算 非稳定变应力时零件的疲劳强度计算 机械零件的表面强度计算 提高零件强度的措施 机械零件的强度 强度的定义 强度的分类 强度的表达方式 零件所受的载荷 零件所受的应力 零件的许用安全系数 零件的极限应力 强度的定义 抵抗失效的能力 失效：丧失正常工作能力，如零件发生断裂，塑性变形，表面压溃等 强度的分类 体积强度 表面强度 冲击强度 静强度 动强度（疲劳强度） 强度的表示方式 安全应力表示法 安全系数表示法 零件所受的载荷 名义载荷 实际载荷 静载荷 变载荷 冲击载荷 载荷系数 计算载荷 零件所受的应力 静应力 变应力 稳定变应力：平均应力，应力幅和周期都不随时间而变化. 脉动循环变应力，对称循环变应力，非对称循环变应力 规律性非稳定变应力 随机变应力 零件的许用安全系数[S] 考虑三方面的因素 [S]=S1S2S3 计算精确性S1=1~3 材料均匀性S2 =1.2~2.5 零件重要性S3 =1~1.5 零件的极限应力 材料的极限应力 塑性材料 脆性材料 高强度材料 脉动循环限，对称疲劳限 零件的极限应力 综合影响系数=有效应力集中系数/尺寸系数/表面状态系数 材料的疲劳 疲劳破坏的过程 疲劳破坏的特征 材料疲劳极限应力的确定 无限寿命计算 材料疲劳极限应力=材料的疲劳限 应力循环基数，材料的疲劳限 有限寿命计算 材料疲劳极限应力 =材料的疲劳限*寿命系数 寿命系数，计算指数m（取决于材料和应力的种类） N=102-104时，属低循环疲劳破坏 N102时, 按静强度处理 材料的极限应力线图及其简化 材料的极限应力线图 不同r 时试验所得的各极限应力表示在平均应力和应力幅的坐标系中。 零件极限应力的简化线图 塑性材料零件极限应力的简化线图 基氏折线 脆性材料零件极限应力的简化线图 哥氏折线 塑性材料零件极限应力的确定 简单加载时 r=常数 复杂加载时 稳定变应力时塑性材料零件的强度计算1 单向稳定变应力时 循环特性 r=常数时 （采用基氏简化折线） 规律性非稳定变应力时的疲劳强度计算 疲劳损伤累积假说 材料每受到一次变应力的作用， 会造成一定的损伤，积累起来到 一定数量，将使材料发生疲劳破坏。 规律性非稳定变应力时 的疲劳强度计算 变应力动态系数 kd 等效稳定变应力 强度条件 机械零件的表面强度 挤压强度 磨损强度 接触强度 提高零件强度的措施 合理的结构 使受载均匀 使少受载荷，避免受载荷，避免受附加载荷 合理的剖面形状，尺寸和几何关系 减小应力集中，改变应力的方向和类型 合理的制造工艺 采用少无切削，如热轧，冷镦，滚压等 采用表面强化工艺，如喷丸，辗压，表面淬火热处理，化学热处理，表面涂覆等 习题5-4 习题5-5 习题作业 P381-382 10-14 10-15 10-16 2 平均应力＝常数时 稳定变应力时塑性材料零件的强度计算2 平均应力=常数时 （采用基氏简化折线） 稳定变应力时塑性材料零件的强度计算3 最小应力=常数时 （采用基氏简化折线） 稳定变应力时塑性材料零件的强度计算4 复合稳定变应力时 挤压强度计算 磨损强度计算 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(contact stress)。这时零件强度称为接触强度。如齿轮、滚动轴承等机械零件，都是通过很小的接触面积传递载荷的，因此它们的承载能力不仅取决于整体强度，还取决于表面的接触强度。 Surface Contact Strength of Machine Elements 机械零件的表面接触强度 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15～25μm处产生初始疲劳裂纹，在两接触表面的相互运动中，润滑油被挤入裂纹内，运动表面将裂纹口封死，形成高压油，促使裂纹扩展。当裂纹扩展到一定深度以后，就导致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(fatigue pitting)。 发生疲劳点蚀后，减少了接触面积，损坏了零件的光滑表面，因而也降低了承载能力，并引起振动和噪音。疲劳点蚀常是齿轮、滚动轴承等零件的主要失效形式。 按照弹性力学，对线接触的情况，当两个半径为?1、?2 的圆柱体在压力Fn作用下接触时，其接触区为一狭长矩形，最大接触应力发生在接触区中线的各点上： 上式称为赫兹(H. Hertz)公式