第七节 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。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。