春温机械零件的强度.ppt

主要内容 载荷和应力的分类 机械零件强度的基本概念 材料的疲劳特性 疲劳强度的计算 提高零件疲劳强度的措施 教学目标和教学重点 一、载荷和应力的分类 载荷及其产生的应力，是导致机械零件发生损伤甚至失效的最主要原因； 对机械零件进行载荷和应力分析是进行机械设计过程中首先面临和要解决的问题。 机械零件的载荷：一般是指它所受到的力（F）、弯矩（M）、扭矩（T）。 机械设计计算中的载荷： 名义载荷(nominalload)——理想平稳工作条件下作用在零件上的载荷； 计算载荷(calculated load)——载荷系数与名义载荷的乘积。在机器运转时，零件还会受到各种附加载荷作用，通常引入载荷系数(load factor) K（有时只考虑工作情况的影响，则用工作情况系数(working condition factor)KA)来考虑估计这些因素的影响。 载荷系数K的数值主要取决于动力机和工作机的性质，动力机和工作机的工作越平稳，则冲击载荷越小，载荷系数就越小，反之则应该取大值。 Classification of Stresses应力的分类 静应力(static stress)——不随时间变化或变化缓慢； 变应力(variable stress)——随时间变化。 变应力又可分为稳定循环变应力、非稳定循环变应力以及随机变应力等。最基本的变应力为稳定循环变应力。 稳定循环变应力分类： 非对称循环变应力(non-symmetric circulating variable stress) 脉动循环变应力(fluctuating circulating stress ) 对称循环变应力(symmetric circulating variable stress) 描述稳定循环变应力有5个参量，应力幅σa、平均应力σm 、最小应力σmin 、最大应力σmax和循环特性系数r。但其中只有两个参数是独立的。 静应力只能在静载荷作用下产生。变应力可能由变载荷产生，也可能由静载荷产生。如图所示，在静载荷作用下，转动心轴上a点的应力和滚动轴承外圈表面上a点的应力均为变应力。 2 机械零件强度的基本概念 强度可分为静应力强度和变应力强度 a静应力强度： 在静应力下工作的零件，其失效形式将是断裂或塑性变形。因此需要计算静强度。 b变应力强度： 在变应力下工作的零件，其失效形式将是疲劳断裂。因此需要计算其疲劳强度。 疲劳破坏 疲劳极限 在原点处，对应的应力循环次数为N=1/4，意味着在加载到最大值时材料被拉断。显然该值为强度极限σB 。 等寿命疲劳曲线（极限应力线图):同一材料在不同的循环特性r下，有着不同的疲劳极限srN，他们之间的关系可用极限应力线图来表示。该线图是在同一N值（常取N=N0），不同r值时试验得到。 A 为对称循环极限应力点， D 为脉动循环极限应力点 C 屈服极限应力点，考虑塑性材料的最大应力不超过屈服极限，折线上各点的横坐标为极限平均应力σm‘，纵坐标为极限平均应力幅σa‘. A’G称为疲劳强度极限线；GC屈服强度极限线。 练习 曲线上的点对应着不同r下材料疲劳极限σr（相应的应力循环次数为N0）；写出A,C，D的坐标，σm，σa ，r，σr . 疲劳强度计算 练习 课后作业3-1，3-2 许用安全系数的选择 1） 用塑性材料制成的零件，在静应力作用下以屈服极限σs作为极限应力时，其[S]可按表1–2选取，如载荷和应力的计算不十分准确，[S]应加大20-50%。 （2） 用组织不均匀的脆性材料制成的零件，在静应力作用下以强度极限作为极限应力时，可取[S]=3-4，如果计算不十分准确，应加大50-100%。 （3） 零件在变应力作用下以疲劳极限作为极限应力时，如果计算足够准确，工艺过程的质量和材料的均匀性都很好，可取[S]=1.3-1.4；计算不十分准确，工艺过程的质量和材料均匀性都是中等时，取[S]=1.4-1.7；计算不够准确，材料又不够均匀，尤其尺寸很大时，[S]=1.7-3.0。 六、提高机械零件疲劳强度的措施 1）降低零件上的应力集中的影响 这是提高零件疲劳强度的首要措施。零件结构形状和尺寸的突变是应力集中的结构根源。因此，为了降低应力集中，应尽量减少零件结构形状和尺寸的突变或使其变化尽可能地平滑和均匀。为此，要尽可能地增大过渡处的圆角半径；同一零件上相邻截面处的刚性变化应尽可能地小等等。 在不可避免地要产生较大应力集中的结构处，可采用减荷槽来降低应力集中的作用。下图即用加开环槽的办法来降低轴肩处的应力集中。 2）选用疲劳强度高的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺。 要注意高强度碳钢、合金钢对应力集中比较敏感，这一点对疲劳强度是不利的。 3）提高零件的表面