第七节 载荷和应力的分类
第3章 机械零件的强度(用)
汽车的齿轮和轴所承受的动载荷。
注意:在设计计算中，载荷又可分为名义载荷和计 算载荷，计算载荷等于载荷系数乘以名义载荷。
名义载荷： 根据机器在稳定和理想工作条件下的工作阻力，
按力学公式求出的载荷称为名义载荷. 计算载荷：
考虑机器在工作中载荷的变化和载荷在零件上
s
m rN
N
C (NC
N
ND)
D点以后(无限寿命区间):
s rN s r （N ND )
用N0及其相对应的疲劳极限σr来近
似代表ND和 σr∞,有：
s
m rN
N
s
m r
N0
C
s－N疲劳曲线
§3-1 材料的疲劳特性 疲劳曲线
２、 s－N疲劳曲线
有限寿命区间内循环次数N与
疲劳极限srN的关系为：
CＧ'直线的方程为：
s a s m s s
σ为试件受循环弯曲 应力时的材料常数，其值 由试验及下式决定：
s
2s 1 s 0 s0
对于碳钢，σ≈0.1~0.2，对于合金钢，σ≈0.2~0.3。
§3-2 机械零件的疲劳强度计算
1、零件的极限应力线图
如设弯曲疲劳极限的综合影响系数 Ｋσ ，且 s 1 ―材料对称循环弯曲疲劳极限
s rN s r
m
N0 N
KNsr
式中， N0为循环基数；
sr为与N0相对应的疲劳极限
s－N疲劳曲线
m为材料常数，值由材料试验确定。
疲劳曲线的意义
s rN
sr m
N0 N
KNsr
应力的分类
应力分类概念
应力是指单位面积上所承受的附加内力；应变是指加载后应力引起的尺寸变化。
所以在实际生产过程中，应力是我们必须考虑在内的重要因素，以保证设备成品在运行过程中能充分发挥其作用。
根据性质
根据性质不同，应力可以分为一级应力和二级应力。
一级应力是指由于外载荷作用而在容器部件内产生的正应力或剪应力，符号为P；二级应力是指由于容器部件的自身约束或邻近部件的约束而产生的正应力或剪应力，符号为Q。
根据影响范围
根据影响范围的大小分为总体应力、局部应力和峰值应力。
总体应力是指影响范围遍及整个结构的应力；局部应力是指影响范围仅限于结构局部区域的应力；而峰值应力则是指由于结构不连续，而加到一次应力和二次应力之上的应力增量。
根据分布规律
根据分布规律，应力又可分为：均布应力和线性应力。
均布应力是指沿断面均匀分布的应力，常见的有薄膜应力；线性应力则是指沿断面线性分布的应力，
常见的有弯曲应力。
在实际生产过程中，这些应力并不是单独存在的，而是相互交叉存在，比如一次总体薄膜应力、一次局部薄膜应力、一次弯曲应力等。
为了贯彻实施“打造精品”的生产理念，金鑫设备公司的设计人员在遵循国家已有的规范和标准上，针对每位顾客，每台设备进行专业的应力分析和计算，致力于为企业提供高性价比的产品。
轴所受的载荷类型与载荷所产生的应力类型
轴所受的载荷类型与载荷所产生的应力类型在探讨机械运转的奥秘时，我们不得不提一个看似简单却又至关重要的话题——轴所受的载荷类型以及由此产生的应力类型。
想象一下，如果机器的心脏——轴，承受了不恰当的力量，会发生什么？答案可能比听起来要复杂得多。
我们要明确什么是“载荷”。
简单来说，就是施加在物体上使其产生变形或运动的力量。
而“应力”呢，则是这些力作用于物体内部，导致材料发生形变的程度。
这听起来是不是有点像数学公式里的“未知数”？接下来，让我们来聊聊轴所受的载荷类型。
想象一下，你正在玩一个游戏，游戏里的角色需要穿越一片森林。
这片森林里，有各种各样的树木，有的高大威猛，有的矮小柔弱。
角色需要小心翼翼地选择路径，以免被那些“高大威猛”的树给撞倒。
这里的“高大威猛”的树，就好比是轴上承受的载荷类型中的“静载荷”，它们会给轴带来稳定的压力，让轴稳稳地站立。
而“矮小柔弱”的树，就像是“动载荷”，它们可能会突然跳出来，给轴带来突如其来的冲击。
那么，轴会因为什么类型的载荷而产生应力呢？这个问题的答案就有意思了。
想象一下，如果森林里突然出现了一条蜿蜒的小河，河水湍急，角色必须小心翼翼地绕过这条河。
这时候，如果角色不小心踩到了一块滑石，就可能会被河水冲走。
这里的“滑石”就像是一种特殊类型的载荷，它会让轴产生“滑动”应力，这种应力可能会导致轴的损坏。
再来说说“弯曲应力”。
想象一下，角色在森林中行走时，可能会不小心踩到一根突出的树枝。
这时，角色的脚就会向一侧弯曲，就像轴受到了“弯曲”应力一样。
这种应力虽然不会直接导致轴损坏，但它会影响轴的稳定性和寿命。
我们来谈谈“疲劳应力”。
想象一下，角色在森林中走了一天，累得筋疲力尽。
这时，如果角色突然遇到了一条狭窄的小道，角色必须弯下腰来通过。
这时候，如果角色的腰部肌肉长时间处于紧张状态，就可能会产生“疲劳”应力。
这种应力可能会导致轴的断裂。
总的来说，轴所受的载荷类型和载荷所产生的应力类型是一个既有趣又复杂的问题。
载荷和应力精品PPT课件
2.在设计计算中，常把载荷分为名义载荷和
计算载荷。
⑴名义载荷 ：
根据机器在稳定和理想工作条件下的工作阻力，按力学公式 求出的载荷。 考虑机器在工作中载荷的变化和在零件上分布的不均 匀性，以及其他影响零件受力的种种因素（如启动和制动 时的过载等），因此，设计时引入载荷系数K，来考虑这 些因素的影响。
和应力循环特性（γ）来描述稳定循环变应力。
设已知最大应力 σmaxa、最小应力 σmina，一般以绝对值 最大的应力为 σmaxa，则 ： 平均应力：
应力幅：
力循环特性：
注意：五者中，只要知道两者，其余参数即可通过上式计算 出。
（1）不对称循环变应力：
， σmax= σa+ σm，
σmin=σm-σa，见图 1-4 ；
1.载荷按其随时间的变 化特性可分为两类。
（1）静载荷
不随时间变化的载荷称为静载荷。
说明：
绝对的静载荷在机器中是很少遇到的。但一般认为在整 个使用寿命期内，载荷随时间变化次数不大于103时，就可 看作是静载荷。如物体重力，锅炉所受压力、吊钩螺栓所承
受的拉力等。
（2）变载荷
随时间作周期性或非周期性变 化的载荷称为变载荷。
⑵计算载荷 ：
载荷系数K与名义载荷的乘积 。即：
Fca＝KF（K＞1）
式中： Fca―――计算载荷，单位为N。 F――――名义载荷，单位为N。
必须指出: 计算载荷只是初步设计时所依据的一个数
值，所以，它与用在零件上随机变化的实际载 荷是有区别的。实际载荷与计算载荷之间的差 异以及对强度的影响，可在安全系数中考虑。
非金属陶塑橡瓷料胶：：：
复合材料：
2.钢与铁的区别在于它们的含碳量不同，含碳量大于 2.06％的铁碳合金称为铸铁；而含碳量小于2.11％的 铁碳合金称为钢。
轴所受的载荷类型与载荷所产生的应力类型
轴所受的载荷类型与载荷所产生的应力类型1. 引言在咱们的日常里，轴可是个大明星，它默默无闻地支撑着各种机器。
但是，你知道轴是怎么承受力量的吗？这些力量又是如何转化为我们肉眼看不见的“应力”吗？别急，今天我们就来聊聊这个让人又爱又恨的话题——轴所受的载荷类型与载荷所产生的应力类型。
2. 什么是载荷类型？我们要搞清楚什么是载荷类型。
简单来说，就是那些给轴上施加的力量。
这些力量可能是来自机器的运转，也可能是来自外界的环境。
比如，当咱们骑自行车的时候，自行车的轮子就会转动，这时候就有一个力在轴上产生。
再比如，当咱们用电脑的时候，键盘和鼠标都会对轴产生压力，这也是一个力的作用。
3. 载荷类型有哪些？载荷类型可多了去了。
比如说，有重力、离心力、摩擦力、冲击力等等。
这些力量大小不一，作用方式也各不相同。
有的直接作用于轴，有的则通过其他部件间接作用。
比如，当咱们跑步时，脚下的地面就是一个很大的摩擦力，它让咱们跑得更快；而当汽车刹车时，轮胎和地面之间的摩擦就变成了一个阻力，让车子停下来。
4. 载荷类型与应力的关系知道了载荷类型后，咱们再来说说它们与应力之间的关系。
应力其实就是物体内部的一种“紧张”状态，它的大小和方向都反映了物体受力的情况。
比如，当咱们用锤子敲打木头时，木头就会变形，这就是一种应力。
而这种变形的程度，就是我们常说的“应力”。
5. 如何测量应力？测量应力的方法有很多，最常见的就是使用应变计。
当物体受力时，它的某些部分会发生形变，而这些形变的大小和方向就可以反映应力的大小和方向。
比如，当咱们用尺子量物体的长度时，如果物体发生了形变，那么这个长度的变化就可以告诉我们应力的大小。
6. 如何减小应力？减小应力其实很简单，只要我们合理设计轴的结构，减少不必要的应力就可以了。
比如，我们可以在轴的设计中加入一些减震器或者弹簧，这样就能有效地吸收或分散掉一部分应力。
这需要一定的专业知识，所以咱们平时还是少动不动去拆修东西比较好。
载荷和应力的分类
第七节 载荷和应力的分类一、载荷分类作用在机械零件上的载荷可分为静载荷和变载荷两类。
不随时间变化或变化较缓慢的载荷称为静载荷。
随时间变化的载荷称为变载荷。
在设计计算中，还常把载荷分为名义载荷与计算载荷。
根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷称为名义载荷，它没有反映载荷随时间作用的不均匀性、载荷在零件上分布的不均匀性及其它影响零件受载等因素。
因此，常用载荷系数K 来考虑这些因素的综合影响。
载荷系数K 与名义载荷的乘积即称为计算载荷。
二、应力分类按应力随时间变化的特性不同，可分为静应力和变应力。
不随时间变化或变化缓慢的应力称为静应力（见图1–2a ）。
随时间变化的应力称为变应力（见图1–2b 、c 、d ）。
绝大多数机械零件都是处于变应力状态下工作的。
a)b)c)d) 图1-2 静应力及边应力a)静应力 b)稳定循环变应力 c)不稳定循环变应力 d)随机变应力变应力可分为稳定循环变应力（见图1–2b ）、不稳定循环变应力（见图1–2c ）及随机变应力（见图1–2d ）。
瞬时作用的过载或冲击所产生的应力称为尖峰应力（见图1–2d ）。
稳定循环变应力的类型是多种多样的，但归纳起来有如图1–3所示的三种基本类型：（a ）非对称循环变应力；(b)脉动循环变应力；(c)对称循环变应力。
为了表示稳定循环变应力状况，引入下列变应力参数：s max –––变应力最大值；s min ––––变应力最小值；s m –––平均应力；s a –––应力幅；r –––循环特性。
如图1–3所示可知，s max=s m+s a；s min=s m–s a；s m=(s max+s min)/2；s a=(s max–s min)/2；r=s min/s max=(s m–s a)/(s m+s a)。
当r=+1时，表明s max=s min，即为静应力；当r=–1时，表明s max 与s min的数值相等但符号（即方向）相反，这类应力称为对称循环变应力；当r=0时，即s min=0，s m=s a=s max/2，这类应力称为脉动循环变应力。
载荷与应力
一、载荷分类
一、载荷分类
1、载荷性质
F
静载荷：F F(t) 常矢
周期 F
变载荷：F F (t) 变矢 随机F
t
t
2、载荷算法
t
原动机功率 名义载荷F ：
公式推算 F
工作机阻力 （理想工况）
计算载荷Fca ： Fca =K F
K—载荷系数：考虑外载变化、载荷分布不均等
1-2载荷与应力
σmax
σmin
σa
σm
t
应力循环特性：r= σmin /σmax (-1≤ r ≤+1)
(变应力用五个参数描述，知二可求其他)
σ 2、对称循环变应力
σ
t σm =0 ；r= -1
3、脉动循环变应力
σmin =0； r= 0
4、静应力 σ
t t σa=0 ;r= +1
二、应力分类
二、应力分类
1、静应力：
(t)
常矢
σ
t
2、变应力： (t ) 变 矢
σ (1)稳定变应力
tσ
规律性、非稳定
(2) 非稳定变应力 随机σ
T
t
t
1-2载荷与应力
三、变应力的参数
Hale Waihona Puke 三、变应力的参数σ
1、非对称循环变应力
平均应力：σm=(σmax+σmin)/2 应 力 幅：σa=(σmax -σmin)/2
%E7%AC%AC%E4%B8%89%E7%AB%A0%20%20%E6%9C%BA%E6%A2%B0%E9%9B%B6%E4%BB%B6%E7%9A%84%E5%BC%BA%E5%BA%A6[1]
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45°
minN
N I
45°
C
求AG与MM3´的交点:
m
1e
1 ae e me me ae K K
' me ae min m a
lime max
强度条件: S ca
lime s s S ca S max m a min 2 a
c）工作应力位于OAJ区域内
min ——为负值，工程中罕见，故不作考虑。
注意：
1）若零件所受应力变化规律不能肯定，一般采用 γ =C的 情况计算
2）上述计算均为按无限寿命进行零件设计，若按有限寿 命要求设计零件时，即应力循环次数104<N<No时，这 时上述公式中的极限应力应为有限寿命的疲劳极限 N ， m 0
（3-24）
b)工作应力点位于IGC区域 极限应力为屈服极限 按静强度计算 ∵极限应力点为 N 3 ( me , ae )
L
a A M M' 3
J G N' 3
O minM
45°
minN
N I
45°
C
m
me ae s lime
静强度条件
工作点：
'ae
D
G
M或N
∴过原点与工作应力点M或N作连线交ADGＣ于M1´和N1´ 点，, M1´和N1´点即为所求的极限应力点
计算安全系数和强度条件：
a A M' 1 M N 'me N' 1 C m
a)当工作应力点位于OAG内 极限应力为疲劳极限，
'ae
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第七节 载荷和应力的分类
一、载荷分类
作用在机械零件上的载荷可分为静载荷和变载荷两类。
不随时间变化或变化较缓慢的载荷称为静载荷。
随时间变化的载荷称为变载荷。
在设计计算中，还常把载荷分为名义载荷与计算载荷。
根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷称为名义载荷，它没有反映载荷随时间作用的不均匀性、载荷在零件上分布的不均匀性及其它影响零件受载等因素。
因此，常用载荷系数K 来考虑这些因素的综合影响。
载荷系数K 与名义载荷的乘积即称为计算载荷。
二、应力分类
按应力随时间变化的特性不同，可分为静应力和变应力。
不随时间变化或变化缓慢的应力称为静应力（见图1–2a ）。
随时间变化的应力称为变应力（见图1–2b 、c 、d ）。
绝大多数机械零件都是处于变应力状态下工作的。
a)
b)
c)
d) 图1-2 静应力及边应力
a)静应力 b)稳定循环变应力 c)不稳定循环变应力 d)随机变应力
变应力可分为稳定循环变应力（见图1–2b ）、不稳定循环变应力（见图1–2c ）及随机变应力（见图1–2d ）。
瞬时作用的过载或冲击所产生的应力称为尖峰应力（见图1–2d ）。
稳定循环变应力的类型是多种多样的，但归纳起来有如图1–3所示的三种基本类型：（a ）非对称循环变应力；(b)脉动循环变应力；(c)对称循环变应力。
为了表示稳定循环变应力状况，引入下列变应力参数：s max –––变应力最大值；s min ––––变应力最小值；s m –––平均应力；s a –––应力幅；r –––循环特性。
如图1–3所示可知，s max=s m+s a；s min=s m–s a；s m=(s max+s min)/2；s a=(s max–s min)/2；r=s min/s max=(s m–s a)/(s m+s a)。
当r=+1时，表明s max=s min，即为静应力；当r=–1时，表明s max 与s min的数值相等但符号（即方向）相反，这类应力称为对称循环变应力；当r=0时，即s min=0，s m=s a=s max/2，这类应力称为脉动循环变应力。
当r为任意值为（即r¹+1、–1、0），这类应力统称为非对称循环变应力（见图1–3a）。
a)
b)
c)图1-3 稳定循环变应力
a)非对称循环变应力b)脉动循环变应力c)对称循环变应力
通常在设计时，对于应力变化次数较少（例如在整个使用寿命期间应力变化次数小于103的通用零件）的变应力，可近似地按静应力处理。
变应力由变载荷产生，也可能由静载荷产生。
在静载荷作用下产生变应力的例子如图1–4所示，图示为转轴和滚动轴承a点的应力变化。
图1–4 在静载荷作用下产生变应力的例子
零件的失效形式与材料的极限应力及零件工作时的应力类型有关。
在进行强度计算时，首先要弄清楚零件所受应力的类型。