第三章机械零件的强度
第三章 机械零件的强度
一 名词解释
(1) 静应力：静应力:大小和方向不随转移而产生变化或变化较缓慢的应力，其作用下零件可能产生静断裂或过大的塑性变形，即应按静强度进行计算。
(2) 变应力：大小和方向均可能随时间转移产生变化者，它可以是由变载荷引起的，也可能因静载荷产生(如电动机重量给梁带来的弯曲应力)变应力作用的零件主要发生疲劳失效。
(3) 工作应力：用计算载荷按材料力学基本公式求得作用在零件剖面上的内力:F c p ,,σσσ
,T
,ττ等。 (4) 计算应力：根据零件危险断面的复杂应力状态，按适当的强度理论确定的，有相当破坏作用的应力。
(5) 极限应力：根据材料性质及应力种类用试件试验得到的机械性能失效时应力极限值，常分为用光滑试件进行试验得到的材料极限应力及用零件试验得到的零件的极限应力。
(6) 许用应力：设计零件时，按相应强度准则、计算应力允许达到的最大值ca S σσσ>=]/[][lim 。
(7) 计算安全系数：零件 (材料)的极限应力与计算应力的比值ca ca S σσ/lim =，以衡量安全程度。
(8) 安全系数许用值：根据零件重要程度及计算方法精确度给出设计零件安全程度的许用范围][S ，力求][S S ca >。
二 选择题
(1) 零件受对称循环应力时，对于塑性材料应取 Ｃ 作为材料的极限。
A. 材料的抗拉强度
B. 材料的屈服极限
C. 材料的疲劳极限
D. 屈服极限除以安全系数。
(2) 零件的截面形状一定时，当截面尺寸增大，其疲劳极限将随之 Ｃ 。
A. 增高
B. 不变
C. 降低
(3) 在载荷几何形状相同的条件下，钢制零件间的接触应力 Ｃ 铸铁零件间的接触应力。
A. 小于
B. 等于
C. 大于
(4) 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值 Ａ 。
A. 相等
B. 不相等
C. 是否相等与材料和几何尺寸有关
(5) 在图3-1所示某试件的a m σσ?，极限应力简图中，如工作应力点M 所在的ON 线与横轴间夹角45=θ°，则该试件受的是 Ｃ 。
图3-1
A. 不变号的不对称循环变应力
B. 变号的不对称循环变应力
(7) 由试验知，有效应力集中、绝对尺寸和表面状态只对 Ａ 有影响。
A. 应力幅
B. 平均应力
C. 应力幅和平均应力
(11) 下列公式中 A 是正确的。
A. C N m rN =σ
B. C N =m σ
C. m 0N N N k =
D. 0
012σσσψσ?=? (14) 对于受循环变应力作用的零件，影响疲劳破坏的主要应力成分是 C 。
A. 最大应力max σ
B. 平均应力m σ
C. 应力幅a σ
D. 最小应力min σ
(15) 一对啮合的传动齿轮，单向回转，则齿面接触应力按 C 变化。
A. 对称循环
B. 循环特性5.0=r
C. 脉动循环
D. 循环特性5.0?=r
(16) 塑性材料制成的零件，进行静强度计算时，其极限应力为 A 。
A. S σ
B. B σ
C. 0σ
D. 1?σ
(17) 有限寿命疲劳极限符号rN σ中，N 表示寿命计算的 B 。
A. 循环基数
B. 循环次数
C. 寿命指数
D. 寿命系数
(18) 绘制a m σσ?坐标中的简化疲劳极限应力线图，绘制此图起码应具备的条件是 C 。
A. 各种循环特性值r 下的实验结果
B. 某一循环特性实验求得的疲劳极限应力rN σ
C. 材料的屈服极限S σ，以及疲劳极限0σ和1?σ
D. 根据理论计算出一系列数据
(20) 两轴线互相平行的圆柱体接触，受径向压力，则两零件的接触应力 A 。
A. 相等
B. 不相等
C. 与直径有关，直径大的接触应力大
(21) 1?σ代表变应力，其脚标 -1代表 D 。
A. m a σσ/= -l
B.a m σσ/= -1
C.min max /σσ= -1
D.max min /σσ= -1
(22) 两圆柱体接触，其直径212d d =，弹性模量212E E =，长度212b b =，则其接触应力1σ和2σ的关系是 A 。
A. 21σσ=
B. 212σσ=
C. 214σσ=
D. 218σσ=
三 填空题
(1) 机械零件受载时，在 截面形状突变处 处产生应力集中，应力集中的程度通常随材料强度的增加而 增大 。
(2) 在静强度条件下，塑性材料的极限应力是 屈服极限S σ ，而脆性材料的极限应力是 抗拉强度 B σ。
(6) 影响机械零件疲劳强度的主要因素，除材料性能、应力循环特性r 和应力循环次数N 之外，主要有 应力集中 、 零件尺寸 和 表面状态等 。
(7) 在图3-5所示某零件的许用极限应力图中，S E A ′′为疲劳极限曲线，M 为零件的工作应力点，下列3种情况下的极限应力点分别为：
1) 应力循环特性=r 常数时，3M 点；
2) 平均应力=m σ常数时，1M 点；
3) 最小应力=min σ常数时，2M 点。
图3-5
(8) 影响零件疲劳强度的主要因素有 应力集中 ， 绝对尺寸 ， 材料及热处理 (列出3项)。
(10) 如图3-6所示，滚动轴承在内圈转动、外圈固定时，其外圈上一点A 的应力类型为 脉动变应力 。
图3-6
（11）在交变应力中，应力循环特性系数是指 max min σσ的比值。
(12) 在静载荷作用下的机械零件，不仅可以产生 静 应力，也可能产生 变 应力。
(13) 材料的许用应力越大，表明材料的强度就越 高 。
(14)在静强度条件下塑性材料的极限应力是 屈服极限S σ，而脆性材料的极限应力是强度极限B σ 。
四 是非题
(1) 变应力都是由变载荷产生的。 (F)
(2) 用40钢（MPa S 335=σ），经校核其扭转刚度不够，可改选高强度合金结构40Cr
（MPa S =σ），以提高刚度。 (F)
(3) 在变应力作用下，零件的主要失效形式将是疲劳断裂，而在静应力作用下，其失效形式将是塑性变形或断裂。 (T)
(4) 火车的车轮轴只承受对称循环弯曲变应力。 (T)
(5) 钢的强度极限越高，对应力集中就越敏感。 (T)
(6) 周期不变的变应力为稳定循环变应力。 (T)
(7) 非稳定变应力是指平均应力或应力幅或变化周期随时间而变化的变应力。 (T)
(8) 静载荷作用下的零件，不仅可以产生静应力，也可能产生变应力。 (T)
(9) 增大零件过渡曲线的圆角半径可以减小应力集中。 (T)
五 分析与计算题
(3) 某钢制零件材料性能为MPa 2701=?σMPa S 350=σ，MPa 4500=σ，受单向稳定循环变应力作用，危险剖面的综合影响系数25.2=σK 。
1) 若工作应力按==MPa m 270σ常数的规律变化，问该零件首先发生疲劳破坏，还是塑性变形？
2) 若工作应力按循环特性=r 常数的规律变化，问r 在什么范围内零件首先发生疲劳破坏?(图解法、解析法均可)
解：1) MPa K e 120/11==??σσσ。MPa K 100)2/(0=σσ，作该零件的极限应力线图 (如答图1)。==MPa 270m σ常数时，应力作用点在N N ′线上，与极限应力图交于CG 线上，所以该零件首先发生塑性变形。
答图1
2)=r 常数时，发生疲劳破坏的工作应力点在OGA 范围内，G 点38.0)1)(1(/≈+?=r r m a σσ，所以，45.0 (15) 在如图3-13所示零件极限应力图上。工作点C 和D 为斜齿轮轴上两种应力工作点。试在下图中标出对应的极限应力点，并说明分别会出现什么形式的破坏。 图3-13 解：如答图8所示，C点对应的极限应力点C′，D点对应的极限应力点为D′。C点会出现屈服失效（塑性变形），D点会出现疲劳失效。 答图8 第三章 机械零件的强度 一、选择题 3—1 零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之 C 。 A 增加 B 不变 C 降低 D 规律不定 3—2 在图中所示的极限应力图中，工作应力有C 1、C 2所示的两点，若加载规律为r=常数。在进行安全系数校核时，对应C 1点的极限应力点应取为 A ，对应C 2点的极限应力点应取为 B 。 A B 1 B B 2 C D 1 D D 2 3—3 同上题，若加载规律为σm =常数，则对应C 1点 的极限应力点应取为 C ，对应C 2点的极限应力点 应取为 D 。 A B 1 B B 2 C D 1 D D 2 题3—2图 3—4 在图中所示的极限应力图中，工作应力点为C ，OC 线与横坐标轴的交角θ=600 ，则该零件 所受的应力为 D 。 A 对称循环变应力 B 脉动循环变应力 C σmax 、σmin 符号（正负）相同的不对称循环变应力 D σmax 、σmin 符号（正负）不同的不对称循环变应力 3—5 某四个结构及性能相同的零件甲、乙、丙、丁，若承受最大应力的值相等，而应力循环特性r 分别为+1、-1、0、，则其中最易发生失效的零件是 B 。 A 甲 B 乙 C 丙 D 丁 3—6 某钢制零件材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=300MPa ，若疲劳曲线指数m=9，应力循环基 数N 0=107，当该零件工作的实际应力循环次数N=105 时，则按有限寿命计算，对应于N 的疲劳极限σ-1N 为 C MPa 。 A 300 B 420 C D 3—7 某结构尺寸相同的零件,当采用 C 材料制造时,其有效应力集中系数最大。 A HT200 B 35号钢 C 40CrNi D 45号钢 3—8 某个40Cr 钢制成的零件，已知σB =750MPa ，σs =550MPa ，σ-1=350MPa ，ψσ=，零件危险截面处的最大工作应力量σmax =185MPa ，最小工作应力σmin =-75MPa ，疲劳强度的综合影响系数K σ=，则当循环特性r=常数时，该零件的疲劳强度安全系数S σa 为 B 。 A B 1.74 C D 3—9 对于循环基数N 0=107 的金属材料,下列公式中, A 是正确的。 A σr m N=C B σN m =C C 寿命系数m N N N k 0/ D 寿命系数k N < 3—10 已知某转轴在弯-扭复合应力状态下工作，其弯曲与扭转作用下的计算安全系数分别为 S σ=、S τ=，则该轴的实际计算安全系数为 C 。 A B 6.0 C D 3—11 在载荷和几何尺寸相同的情况下,钢制零件间的接触应力 A 铸铁零件间的接触应力。 A 大于 B 等于 C 小于 D 小于等于 3—12 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值 A 。 A 相等 B 不相等 C 是否相等与材料和几何尺寸有关 D 材料软的接触应力值大 3—13 两等宽的圆柱体接触，其直径d 1=2d 2，弹性模量E 1=2E 2，则其接触应力为 A 。 A σH1=σH2 B σH1=2σH2 C σH1=4σH2 D σH1=8σH2 S m σa O σ 第一篇总论 第三章机械零件的强度 3-1 某材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=180MPa，取循环基数N0=5?106，m=9，试求循环次数N分别为7000，2500，620000次是时的有限寿命弯曲疲劳极限。 3-2 已知材料的力学性能为σS=260MPa，σ-1=170MPa，ψσ=0.2,试绘制此材料的简化极限应力线图（参看图3-3中的A’D’G’C）。 3-3 一圆轴的轴肩尺寸为：D=72mm，d=62mm，r=3mm。材料为40CrNi，其强度极限σB=900MPa，屈服极限σS=750MPa，试计算轴肩的弯曲有效应力集中系数kσ。 3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D=54mm，d=45mm，r=3mm。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB=420MPa，试绘制此零件的简化极限应力线图。 3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力σm=20MPa，应力幅σa=900MPa，试分别按：a）r=C；b）σm=C，求出该截面的计算安全系数S ca。 第二篇联接 第五章螺纹联接和螺旋传动 5-1 分析比较普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，各举一例说明它们的应用。5-2 将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分做得细些有什么好处？ 5-3 分析活塞式空气压缩机气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力，最小应力如何得出？当气缸内的最高压力提高时，它的最大应力、最小应力将如何变化？ 5-4 图5-49所示的底板螺栓组联接受外力F∑的作用。外力F∑作用在包含x轴并垂直于底板接合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？保证联接安全工作的必要条件有哪些？ 5-5 图5-50是由两块边板和一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架。两块边板各用4个螺栓与立柱相联接，托架所承受的最大载荷为20kN，载荷有较大的变动。试问：此螺栓联接采用普通螺栓联接还是铰制孔用螺栓联接为宜？为什么？ 5-6 已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相联接。托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为250mm、大小为60kN的载荷作用。现有如图5-51所示的两种螺栓布置型式，设采用铰制孔用螺栓联接，试问哪一种布置型式所用的螺栓直径较小？为什么？ 机械零件的强度 Document number【AA80KGB-AA98YT-AAT8CB-2A6UT-A18GG】 沈阳工业大学备课用纸 第三章机械零件的强度 1.强度问题： 静应力强度：通常认为在机械零件整个工作寿命期间应力变化次数小于103的通用零件，均按静应力强度进行设计。 （材料力学范畴） 变应力强度：在变应力作用下，零件产生疲劳破坏。 2.疲劳破坏定义：金属材料试件在交变应力作用下，经过长时间的试 验而发生的破坏。 3.疲劳破坏的原因：材料内部的缺陷、加工过程中的刀痕或零件局部 的应力集中等导致产生了微观裂纹，称为裂纹源，在交变应力作用下，随着循环次数的增加，裂纹不断扩展，直至零件发生突然断裂。4.疲劳破坏的特征： 1）零件的最大应力在远小于静应力的强度极限时，就可能发生破坏； 2）即使是塑性材料，在没有明显的塑性变形下就可能发生突然的脆性断裂。 3)疲劳破坏是一个损伤累积的过程，有发展的过程，需要时间。 4) 疲劳断口分为两个区：疲劳区和脆性断裂区。 §3-1 材料的疲劳特性 一、应力的分类 1、静应力:大小和方向均不随时间改变,或者变化缓慢。 2、变应力:大小或方向随时间而变化。 1）稳定循环变应力: 以下各参数不随时间变化的变应力。 ?m─平均应力； ?a─应力幅值 ?max─最大应力； ?min─最小应力r ─应力比（循环特性） 描述规律性的交变应力可有5个参数， 但其中只有两个参数是独立的。 沈阳工业大学备课用纸 r = -1 对称循环 应力 r=0 脉动循环应 力 r=1 静应力 2）非稳定循环变应力: 参数随时间变化的变应力。 （1）规律性非稳定变应力:参数按一定规律周期性变化的称为。 （2）随机变应力：随机变化的。 二、疲劳曲线 1、σ-N 曲线：应力比r 一定时，表示疲劳极限N γσ（最大应力）与 循环次数N 之间关系的曲线。典型的疲劳曲线如下图示： 大多数零件失效在C 点右侧区域,称高周疲劳区N>104 高周疲劳区以N 0为界分为两个区： 有限寿命区(CD)： N ＜N 0，循环次数N,对应的极限应力 N γσ 。 N γσ ——条件疲劳极限。 曲线方程为 m N N C γσ?= 曲线可分为AB BC CD D 右 四个区域。 其中： AB 区最大应力变化不大，可按静应力考虑。 BC:为低周疲劳（循环次数少） 区。N<104 。也称应变疲劳（疲劳破坏伴随塑性变形） M-材料常数 N 0-循环基数 沈阳工业大学备课用纸 ?－N 疲劳曲线 机械零件的强度 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】 沈阳工业大学备课用纸 第三章机械零件的强度 1.强度问题： 静应力强度：通常认为在机械零件整个工作寿命期间应力变化次数小于103的通用零件，均按静应力强度进行设计。 （材料力学范畴） 变应力强度：在变应力作用下，零件产生疲劳破坏。 2.疲劳破坏定义：金属材料试件在交变应力作用下，经过长时间的试 验而发生的破坏。 3.疲劳破坏的原因：材料内部的缺陷、加工过程中的刀痕或零件局部 的应力集中等导致产生了微观裂纹，称为裂纹源，在交变应力作用下，随着循环次数的增加，裂纹不断扩展，直至零件发生突然断裂。4.疲劳破坏的特征： 1）零件的最大应力在远小于静应力的强度极限时，就可能发生破坏； 2）即使是塑性材料，在没有明显的塑性变形下就可能发生突然的脆性断裂。 3)疲劳破坏是一个损伤累积的过程，有发展的过程，需要时间。 4) 疲劳断口分为两个区：疲劳区和脆性断裂区。 §3-1 材料的疲劳特性 一、应力的分类 1、静应力:大小和方向均不随时间改变,或者变化缓慢。 2、变应力:大小或方向随时间而变化。 1）稳定循环变应力: 以下各参数不随时间变化的变应力。 m─平均应力；a─应力幅值 max─最大应力；min─最小应力r ─应力比（循环特性） 描述规律性的交变应力可有5个参数， 但其中只有两个参数是独立的。 沈阳工业大学备课用纸 r = -1对称循环应r=0脉动循环应r=1静应力 2）非稳定循环变应力: 参数随时间变化的变应力。 （1）规律性非稳定变应力:参数按一定规律周期性变化的称为。 （2）随机变应力：随机变化的。 二、疲劳曲线 1、σ-N 曲线：应力比r 一定时，表示疲劳极限N γσ（最大应力）与 循环次数N 之间关系的曲线。典型的疲劳曲线如下图示： 大多数零件失效在C 点右侧区域,称高周疲劳区N>104 高周疲劳区以N 0为界分为两个区： 有限寿命区(CD)： N ＜N 0，循环次数N,对应的极限应力 N γσ 。 N γσ ——条件疲劳极限。 曲线方程为 m N N C γσ?= 曲线可分为AB BC CD D 右 四个区域。 其中： AB 区最大应力变化不大，可按静应力考虑。 BC:为低周疲劳（循环次数少）区。N<104。也称应变疲劳（疲劳破坏伴随塑性变形） M-材料常数 N 0-循环基数 沈阳工业大学备课用纸 －N 疲劳曲线 第三章机械零件的强度标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N] 沈阳工业大学备课用纸 第三章机械零件的强度 1.强度问题： 静应力强度：通常认为在机械零件整个工作寿命期间应力变化次数小于103的通用零件，均按静应力强度进行设计。 （材料力学范畴） 变应力强度：在变应力作用下，零件产生疲劳破坏。 2.疲劳破坏定义：金属材料试件在交变应力作用下，经过长时间的试 验而发生的破坏。 3.疲劳破坏的原因：材料内部的缺陷、加工过程中的刀痕或零件局部 的应力集中等导致产生了微观裂纹，称为裂纹源，在交变应力作用下，随着循环次数的增加，裂纹不断扩展，直至零件发生突然断裂。4.疲劳破坏的特征： 1）零件的最大应力在远小于静应力的强度极限时，就可能发生破坏； 2）即使是塑性材料，在没有明显的塑性变形下就可能发生突然的脆性断裂。 3)疲劳破坏是一个损伤累积的过程，有发展的过程，需要时间。 4) 疲劳断口分为两个区：疲劳区和脆性断裂区。 §3-1 材料的疲劳特性 一、应力的分类 1、静应力:大小和方向均不随时间改变,或者变化缓慢。 2、变应力:大小或方向随时间而变化。 1）稳定循环变应力: 以下各参数不随时间变化的变应力。 m─平均应力；a─应力幅值 max─最大应力；min─最小应力r ─应力比（循环特性） 描述规律性的交变应力可有5个参数， 但其中只有两个参数是独立的。 沈阳工业大学备课用纸 r = -1 对称循环 应力 r=0 脉动循环应 力 r=1 静应力 2）非稳定循环变应力: 参数随时间变化的变应力。 （1）规律性非稳定变应力:参数按一定规律周期性变化的称为。 （2）随机变应力：随机变化的。 二、疲劳曲线 1、σ-N 曲线：应力比r 一定时，表示疲劳极限N γσ（最大应力）与 循环次数N 之间关系的曲线。典型的疲劳曲线如下图示： 大多数零件失效在C 点右侧区域,称高周疲劳区N>104 高周疲劳区以N 0为界分为两个区： 有限寿命区(CD)： N ＜N 0，循环次数N,对应的极限应力 N γσ 。 N γσ ——条件疲劳极限。 曲线方程为 m N N C γσ?= 曲线可分为AB BC CD D 右 四个区域。 其中： AB 区最大应力变化不大，可按静应力考虑。 BC:为低周疲劳（循环次数少）区。N<104。也称应变疲劳（疲劳破坏伴随塑性变形） M-材料常数 N 0-循环基数 沈阳工业大学备课用纸 －N 疲劳曲线 第三章 机械零件的强度 习题答案 3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数60105?=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 [解] MPa 6.37310710518093 6910111=???==--N N σσN M P a 3.324105.210518094 6920112=???==--N N σσN M P a 0.227102.61051809569 30113=???==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。 [解] )170,0('A )0,260(C 012σσσΦσ-=- σ Φσσ+=∴-1210 M P a 33.2832 .0117021210=+?=+=∴-σΦσσ 得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D ' 根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D ' 按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示 3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。 [解] 因2.14554==d D ，067.045 3==d r ，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即 ()()69.1188.178.0111k =-?+=-α+=σσσq 查附图3-2，得75.0=σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则 35.211191.0175.069.1111k =???? ? ?-+=???? ??-+=q σσσσββεK ()()()35.267.141,67.141,0,260,35.2170,0D C A ∴ 根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图 3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =②C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。 [解] 由题3-4可知35.2,2.0MPa,260MPa,170s 1-====σσK Φσσ （1）C r = 工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的循环特性不变公式，其计算安全系数 28.220 2.03035.2170m a 1-=?+?=+=σΦσK σS σσca （2）C σ=m 工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的平均应力不变公式，其计算安全系数 机械零件的强度 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N] 沈阳工业大学备课用纸 §3-1 材料的疲劳特性 一、应力的分类 1、静应力:大小和方向均不随时间改变,或者变化缓慢。 2、变应力:大小或方向随时间而变化。 1）稳定循环变应力: 以下各参数不随时间变化的变应力。m─平均应力；a─应力幅值 max─最大应力；min─最小应力r ─应力比（循环特性）描述规律性的交变应力可有5个参数， 但其中只有两个参数是独立的。 沈阳工业大学备课用纸 r = -1 对称循环r=0 脉动循环应r=1 静应力 2）非稳定循环变应力: 参数随时间变化的变应力。 （1）规律性非稳定变应力:参数按一定规律周期性变化的称为。 （2）随机变应力：随机变化的。 二、疲劳曲线 1、σ-N 曲线：应力比r 一定时，表示疲劳极限N γσ（最大应力）与 循环次数N 之间关系的曲线。典型的疲劳曲线如下图示： 大多数零件失效在C 点右侧区域,称高周疲劳区N>104 高周疲劳区以N 0为界分为两个区： 有限寿命区(CD)： N ＜N 0，循环次数N,对应的极限应力 N γσ 。 N γσ ——条件疲劳极限。 曲线方程为 m N N C γσ?= 曲线可分为AB BC CD D 右 四个区 域。 其中： AB 区最大应力变化不大，可按静应力考虑。 BC:为低周疲 劳（循环次数少）区。N<104。也称 应变疲劳（疲劳破坏伴随塑性变 形） M-材料常数 N 0-循环基数 N 无限寿命区：N ≥N 0时，曲线为水平直线，对应的疲劳极限是一个 定值，用 γ σ 表示。当材料受到的应力不超过 γ σ 时，则可以经受无限次的应力循环而不疲劳破坏。 即寿命是无限的。 γ σ ——疲劳极限（101//+-σσσ） 因为 C N N m r m rN =?=?0σσ 所以 r N r m rN K N N σσσ?=?=0 2、等寿命疲劳曲线（极限应力线图） 定义：循环次数一定时，应力幅与平均应力间的关系曲线。 理论疲劳曲线： 经过试验得二次曲线如下图。 即在曲线 r m a σσσσ==+max （寿命为循环基数N 0） 在曲线内为无限寿命。曲线外为有限寿命。 实际疲劳曲线： K N -寿命系数 图中，曲线上任意一点的横纵坐标之 和为最大应力。代 表应力比为一定值 的疲劳极 限。 3.2 典型题型精解 例3.1 某钢材的对称循环弯曲疲劳极限1275MPa σ-=，屈服极限355s MPa σ=，去循环基数7010N =，寿命指数9m =，试求循环次数N 分别为5 10，6 510?，8 10次时相应的寿命系数N K 和疲劳极限1N σ- 。 解 由题意知 1 1.67N K === 1111 1.67275459N N K MPa σσ--==?= 由于11459355N S MPa MPa σσ-=>=，所以取11355N S MPa σσ-== 2 1.08N K === 1221 1.08275297N N K MPa σσ--==?= 因87301010N N =>=，故应取7310N =。 31N K === 133********N N K MPa σσ--==?= 例 3.2 某合金钢制成的零件，其材料性能为：0.2σψ=，1450MPa σ-=， 800S MPa σ=。 已知工作应力为max 280MPa σ=，min 80MPa σ=-，C γ=， 1.62K σ=。若设计S=1.3，并按无限寿命考虑，试分别用图解法和解析法校核该零件是否安全。 解 （1）解析法。 max min 28080 10022m MPa σσσ+-= = = max min 280801802 2a MPa σσσ-+=== 若工作应力点在疲劳极限区 1450 1.36 1.31.621800.3100 ca a m S S K σσσσψσ-= ==>=+?+? 若工作应力点在屈服强度区 800 2.85 1.3180100 S ca a m S S σσσ= ==>=++ 第三章 机械零件的强度 1.何谓静应力、变应力？静载荷能否产生变应力？作用在机械零件中的应力有哪几种类型？ 2. 何谓材料的疲劳极限、疲劳曲线？指出疲劳曲线的有限寿命区和无限寿命区，并写出有限寿命区疲劳曲线方程，材料试件的有限寿命疲劳极限σrN 如何计算？说明寿命系数K N 的意义。 3. 影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？零件的简化极限应力图与材料试件的简化极限应力图一样吗？有何不同？ 4. 举例说明哪些零件工作应力的变化规律符合：a) r =常数；b) σm =常数；c) σmin =常数。 5. 两个零件以点、线接触时应按何种强度进行计算？若为面接触时（如平键联接），又应按何种强度进行计算？零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将如何变化？ 6. 表面接触疲劳点蚀是如何产生的？根据赫兹公式（Hertz ），接触带上的最大接触应力应如何计算？说明赫兹公式中各参数的含义。 7. 某机械零件，疲劳极限1285MPa σ-=，若其7010=N ，m =6，当应力循环次数分别为41105.2?=N ，5 2102?=N 时，求寿命系数N K 各为多少？疲劳极限又各为多少？ 8. 有一机械零件，其1390MPa σ-=，0600MPa σ=，600MPa s σ=，σ 2.5K =，求：(1)材料常数σψ； (2)画出零件的极限应力线图； (3)设工作应力为a 200MPa σ=，m 300MPa σ=，r ＝常数，试求安全系数ca S 。 9. 某合金钢制造的零件，其材料性能为：s 800MPa σ=,1450MPa σ-=,σ0.3ψ=。已知工作应力为min 80MPa σ=-，max 280MPa σ=，应力变化规律为r =常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数σ 1.62K =。若许用安全系数是 [S ] =1.3，并按无限寿命考虑，试校核该零件是否安全。 10. 有一钢制转轴，其危险截面上对称循环弯曲应力在单位时间t 内的变化如题10图.所示，总工作时间300h ，转速n 为150r/min 。若零件材料的疲劳极限1280MPa σ-=，应力集中系数σ2K =，7010=N ，m ＝9，求此零件的安全系数ca S 。 毕业设计（论文）任务书 学生姓名学号所在系部机械工程系 所学专业数控技术所在班级 E-mail 联系电话 毕业设计（论文）题目典型零件的加工工艺设计及加工 指导教师 职称工作单位及所从事专业联系方式 姓名 教授 讲师 本课题是根据高职数控技术专业教学计划选定的，旨在通过本课题的研究，使学生全面理解数控技术专业知识、掌握典型零件的工艺设计、如何确定工序、还有刀具、夹具及数控车床如何的选用。帮助学生走上工作岗位时能尽快胜任工作。 专业方向、基本理论及设计内容（设计要求和设计步骤要求详细到章节）： 1、本课题的设立是典型零件的加工； 2、基本理论依据是：数控加工工艺、机械基础和机械技术、金属切削原理与刀具、数控机床加工程序的编制； 3、设计要求： 通过轴类零件加工工艺分析设计设计，使我们在拟定工工艺分析方案过程中，得到方案分析、结构工艺性、机械制图、零件设计、编写技术文件和查阅技术资料的等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析、结构设计与计算能力，并阐述了在机械加工实习课中如何对盖板零件进行工艺分析，从而提高工件质量。 5总结 总结这次设计所遇到的问题，进一步提高自己的设计能力，动手能力，工艺的编制能力等 主要参考文献、资料： 1、刘战术主编.《数控机床及其维修》.人民邮电出版社出版 2、荣维芝主编.《数控机床加工程序的编制》.机械工业出版社 3、焦小明主编.《机械加工技术》.机械工业出版社 4、田春霞主编.《数控加工技术》.机械工业出版社 5、陈立德主编.《机械设计基础》.高等教育出版社 6、周开勤主编.《机械零件手册》高等教育出版社 7、刘力主编.《机械制图》.高等教育出版社出版 8、《机床设计手册》编写组主编.《机床设计手册之零件设计》.机械工业出版社出版 9、《数控机床编程及原理》.机械工业出版社出版 10、《金属切削机床设计》.上海科学技术出版社 教 研 室 审 批意见专业教研室主任签字： （盖章） 系 部 审 批 意 见 系部主任签字： （盖章） 沈阳工业大学备课用纸 1 ）稳定循环变应力: 以下各参数不随时间变化的变应力。 m─平均应力；a─应力幅值 max─最大应力；min─最小应力r ─应力比（循环特性） 描述规律性的交变应力可有5个参数， 但其中只有两个参数是独立的。 沈阳工业大学备课用纸 r = -1 对称循环应力r=0 脉动循环应力r=1 静应力 2）非稳定循环变应力: 参数随时间变化的变应力。 （1）规律性非稳定变应力:参数按一定规律周期性变化的称为。 （2）随机变应力：随机变化的。 二、疲劳曲线 1、σ-N 曲线：应力比r 一定时，表示疲劳极限N γσ （最大应力）与循环次数N 之间关系的曲线。典型的疲劳曲线如下图示： 大多数零件失效在C 点右侧区域,称高周疲劳区N>104 高周疲劳区以N 0为界分为两个区： 有限寿命区(CD)： N ＜N 0，循环次数N,对应的极限应力 N γσ 。 N γσ ——条件疲劳极限。 曲线方程为 m N N C γσ?= 曲线可分为 AB BC CD D 右 四个区域。 其中： AB 区最大应力变化不 大，可按静 应力考虑。 BC:为低周疲劳（循环次数少）区。N<104。也称应变疲劳（疲劳破坏伴随塑性变形） M-材料常数 N 0-循环基数 沈阳工业大学备课用纸 －N 疲劳曲线 无限寿命区：N ≥N 0时，曲线为水平直线，对应的疲劳极限是一个定值，用 γ σ 表示。当材料受到的应力不超过 γ σ 时，则可以经受无限次的应 力循环而不疲劳破坏。 即寿命是无限的。 γ σ ——疲劳极限（101//+-σσσ） 因为 C N N m r m rN =?=?0σσ 所以 r N r m rN K N N σσσ?=?=0 2、等寿命疲劳曲线（极限应力线图） 定义：循环次数一定时，应力幅与平均应力间的关系曲线。 理论疲劳曲线： 经过试验得二次曲线如下图。 即在曲线 r m a σσσσ==+max （寿命为循环基数N 0） 在曲线内为无限寿命。曲线外为有限寿命。 实际疲劳曲线： K N -寿命系数 图中，曲线上任意一点的横纵坐标之和为最大应力。代表应力比为一定值的疲劳极限。 沈阳工业大学备课用纸 第三章 机械零件的强度计算 第0节 强度计算中的基本定义 一． 载荷 1. 按载荷性质分类： 1) 静载荷：大小方向不随时间变化或变化缓 慢的载荷。 2) 变载荷：大小和（或）方向随时间变化的 载荷。 2. 按使用情况分： 1) 公称载荷（名义载荷）： 按原动机或工作机的额定功率计算出的载荷。 2) 计算载荷：设计零件时所用到的载荷。 计算载荷与公称载荷的关系： F ca =kF n M ca =kM n T ca =kT n 3) 载荷系数：设计计算时，将额定载荷放大 的系数。 由原动机、工作机等条件确定。 二． 应力 2．按强度计算使用分 1) 工作应力：由计算载荷按力学公式求得的应力。 2) 计算应力：由强度理论求得的应力。 3) 极限应力：根据强度准则 、材料性质和 应力种类所选择的机械性能极限值σlim 。 4) 许用应力：等效应力允许达到的最大值。[σ]= σlim /[s σ] 稳定变应力 非稳定变应力 对称循环变应力 脉动应力 规律性非稳定变应力 随机性非稳定变应力 静应力 对称循环变应力 脉动应力 σ周期变应力 第1节 材料的疲劳特性 一． 疲劳曲线 1． 疲劳曲线 给定循环特征γ=σlim /σmax ，表示应力循 环次数N 与疲劳极限σγ的关系曲线称为疲 劳曲线（或σ-N ）。 2． 疲劳曲线方程 1) 方程中参数说明 a) 低硬度≤350HB ，N 0=107 高硬度>350HB ，N 0=25×107 b) 指数m ： c) 不同γ，σ-N 不同；γ越大，σ也越大。… 二、 限应力线图 1) 定义：同一材料，对于不同的循环特征进行试验， 求得疲劳极限，并将其绘在σm -σa 坐标系上，所得的曲线称为极限应力线图。 C N N m m N ==0γγσσr N N k m N N σσσγγ==0 m N N k N 0=整理： 即： 其中： N 0--循环基数 σγ--N 0时的疲劳极限 k N --寿命系数 用线性坐标表示的 疲劳曲线 N D机械设计作业集第3章答案解析
最全机械零件的强度.完整版.doc
机械零件的强度
机械零件的强度
第三章机械零件的强度
第三章 机械零件的强度作业答案
机械零件的强度
机械零件设计练习题
第3章机械零件强度习题.
毕业论文(设计)：典型零件加工工艺设计及加工
第三章 机械零件的强度
机械零件及强度计算