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机械零件的强度定义 机械零件的强度 第三章机械零件的强度 简介 载荷和应力概念 材料的疲劳曲线 极限应力线图 单向稳定变应力时零件的疲劳强度计算 提高零件疲劳强度的措施 机械零件的接触强度 复习题 简 介 强度准则是设计机械零件的最基本准则。强度问题分为静应力强度和变应力强度。绝大多数通用零件都是在变应力下工作的，各式各样的疲劳破坏是通用零件的主要失效形式。本章讨论零件在变应力下的疲劳强度问题。 第一节 载荷和应力概念 一、载荷 机械工作时所受的力或力矩统称为载荷。 1、静载荷：载荷的大小或方向不随时间变化或变化极缓慢时，称为静载荷。 2、变载荷：载荷大小或方向不断随时间变化时，称为变载荷。 3、名义载荷 ：Fn 依据原动机械或负荷额定功率计算出零件的载荷，称为名义载荷。 4、计算载荷：名义载荷乘载荷系数。 二、应力 载荷作用在零件上将产生应力。 1、静应力：不随时间而变或随时间缓慢变化的应力称为静应力；(失效—塑性破坏） 2、变应力：不断地随时间而变的应力称为变应力。（失效—疲劳破坏） 静载荷和变载荷均可能产生变应力。 3、工作应力：计算载荷作用在零件上的应力 4、计算应力：复杂应力状态按某一强度理论计算的应力；符号 5、极限应力：材料机械性能的极限值σlim 屈服极限σs， 强度极限σb，对称循环疲劳极限σ-1， 脉动循环疲劳极限σ0。 6、许用应力：设计允许的最大值 [σ] 7、安全系数： 三、变应力的种类 图中： T为应力变化周期 σa——应力幅 σm——为平均应力 σmax——绝对值最大应力 σmin——为绝对值最小应力 N—循环次数 r—应力比（循环特性） 1、稳定循环变应力：应力变化周期、应力幅和平均应力均不随时间而变者 2、不稳定循环变应力：应力变化周期、应力幅或平均应力之一随时间而变者； 3、随机变应力：应力变化不呈周期性而带偶然性者。 四、稳定循环变应力的种类 1）对称循环变应力 例： ? m ?0 ?a??max?min r??1 2）脉动循环变应力 例：齿轮啮合 ?min?0 ?a??m ?max?2?a?2?m r? 3）非对称循环变应力 ?min?max ?0 ?m? ?max??min ?a? ?max 2 ??min 2 0?r?1或?1?r?0 中性层 拉伸 m-m剖 微小单元 分析e点的应力变化 e到a a点中性轴，应力为0 e到b b点拉伸，应力最大 e到c c点为中性轴，应力为0 e到d d点压缩，应力最小 五、稳定循环变应力的应力比 （应力循环特征） ? 三种稳定循环变应力可用应力比（应力循环特征）r来表征：r ??min 对称循环变应力： r＝－1 ?max脉动循环变应力： r＝0 非对称循环变应力： －1 例：设有一零件受变应力作用，已知变应力的平均应力σm＝189Mpa，应力幅为σa＝129Mpa，试求该变应力的循环特征r。 解：最大应力为： ?max??m??a?189?129?318 Mpa 最小应力为： ? min ? ? m ? ? a ? 189/129 ? 60 MPa 循环特征为：r ???min?60/318?0.1887 六、材料的极限应力 1、静应力作用下的极限应力 主要与材料的性能有关。 对于塑性材料：主要失效形式是塑性变形，取其屈服极限(σs、τs)作为极限应力，即 ?s??lim slim 对于脆性材料：主要失效形式是脆性破坏， 取其强度极限(σb、τb)作为 ?max ??? ?lim??b ?b??lim 极限应力，即 静应力作用下的机械零件强度条件式常采用： 即 ?lim? ???????ca?????lim或 ca S?S? 即危险剖面处的计算应力σca、τca不超过许用应力[s]、[τ]。 2、变应力作用下的极限应力 也称材料疲劳极限，除了与材料的性能有关外，还与应力的循环特征r、应力循环次数N有关。疲劳极限用σrN表示，r不同，σrN不同；N不同，σrN也不同（如右图）。 变应力作用下的机械零件强度条件式常采用 ?? S??lim??S?S? ?lim??S??a?ca 即 : 危险剖面处的计算安全系数Sσ、Sτ不小于许用安全系数[S]。 第二节 机械零件的强度计算 1、σ-N 疲劳曲线 在材料的标准试件上加上循环特性为r的稳定循环变应力（通常为r = -1的对称循环变应力或者r=0的脉动循环变应力），并以循环的最大应力σmax表征材料的疲劳极限，通过试验，记录出在不同最大应力下引起试件疲劳破坏所经历的应力循环次数