机械设计-零件强度PPT课件

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机械设计 第03章 强度

机械设计 第03章  强度

m rN
N
C ( N C
N
ND)
疲劳曲线2
D点以后——无限寿命疲劳阶段
rN r (N N D )
σr∞ 称为持久疲劳
-N疲劳曲线
由于ND很大,所以在作疲劳试验时,常规定一个循环次数 N0(称为循环基数),用N0及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND
和 σr∞ ,于是有:
有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限rN的关系为:
D′点: σm = σa = σ0/2,为脉动循环点。
σa A'(0, 1 )
D'(20
,
0
2
)
G
' m
' a
r
2
0
2
45° O
45°
σm
C( S , 0) B
则A′D′G′C即为简化极限应力图。
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3、材料极限应力图的画法
已知: σ-1,σ0, σs;
σa A'(0, 1) D'( 0 , 0 )
即 σa=cσm 同理σa′=cσm ′
C值取决于应力比r
所以,极限应力点为经过坐标原点O点和工作点M的直线上。
σa
A
计算安全系数:
M'( m e , ae )
Sca lim
' max
' ae
' me
max
max
a m
极限应力点M′的坐标值可以用图解
M( m , a )
G 和解析两种方法求解。 解析法:联立AG和OM两条直线的方
M(σm,σa)
2)如果工作点M在AB范围外,则工作点处于不安全工作 区,材料在该应力作用下会发生破坏。

机械设计课件03第三章

机械设计课件03第三章

计算安全系数及疲劳强度条件为:
a. AOJ区域内:smin为负值; b. GIC区域内:按静强度计算;
Sca
ss s lim s s S s s max s a s m
c. OJGI区域内:疲劳极限
s max 2s 1 ( Ks s )s min Sca S s max ( Ks s )(2s a s min )
r
s min s max
-1<r<1(r≠0)
非对称循环应力
r = -1 对称循环应力
r =0 脉动循环应力
r =1 静应力
§3-1 材料的疲劳特性
二、 s -N疲劳曲线(r一定)
AB段:静应力强度 ,N≤ 103 BC段:低周疲劳(应变疲劳), 103 ≤ N≤ 104 ,N , σmax CD段:有限寿命疲劳,N> 104
ks 1 1
各系数查取见附表
§3-2 机械零件的疲劳强度计算
二、单向稳定变应力时的疲劳强度计算 强度计算式: S s lim s max S ca
计算步骤:
机械零件的疲劳强度计算2
s
s max
求得危险截面的 smax及s
min
据此计算出sm及sa
标出M(sm ,sa )(或N) 根据应力变化规律找到对应的 极限应力值 由强度计算式求出sca
式中ρ1和ρ2 分别为两零件初始接触线处的曲率半径, 其中 正号用于外接触,负号用于内接触。 注意:接触变应力是一个脉动循环变应力
思考题:3-9 3-13 作 业: 3-18 3-20 3-21
四、双向稳定变应力时的疲劳强度计算
当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力sa 和ta时, 由实验得出的极限应力关系式为:

《机械设计》第3章_机械零件的强度(正式)

《机械设计》第3章_机械零件的强度(正式)
1.最大应力 s max s m s a
2.最小应力 s min s m s a
3.平均应力
sm
s max
s min
2
4.应力幅
sa
s max
s min
2
5.应力循环特性
s min s max
第三章 机械零件的强度
(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
疲劳曲线
s max
s min
2
sa
s max
s min
2
r s min
s max
1 r 1 (r 0)
smax
sm
0
t
sm
sa
s max
2
s min 0
r0
sa= smax
0
t
smin
sm 0
s a s max s min
r 1
二、应力的描述
第三章 机械零件的强度
稳定循环变应力的基本参数 共有5个基本参数,知其2就能求其他
应力循环特性 r 一定的条件下,记录出在 不同最大应力σmax下引起试件疲劳破坏所经历 的应力循环次数N,即可得到σ-N疲劳曲线 。
静应力强度(AB段):N≤103, σmax几乎不 随N变化,可近似看作是静应力强度。
(ND,σr∞)
低周疲劳(BC段):N↑→ σmax↓。C点对应 的循环次数约为104。
(非周期变化)
循环变应力
(周期变化)
符合统计规律
稳定循环变应力
(等幅变应力)
非稳定循环变应力
(变幅变应力)
非对称循环变应力 对称循环变应力 脉动循环变应力
s
1、非循环变应力 符合统计规律

机械设计基础-机械零件的强度

机械设计基础-机械零件的强度
当损伤率达到100%时,材料即发生疲劳破坏,故对应于极限状况有:
用统计方法进行疲劳强度计算
不稳定变应力
非规律性
规律性
按损伤累积假说进行疲劳强度计算
详细分析
机械零件的疲劳强度
四、双向稳定变应力时的疲劳强度计算
当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力sa 和ta时,由实验得出的极限应力关系式为:
有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为:
式中, sr、N0及m的值由材料试验确定。
二、 s-N疲劳曲线
s-N疲劳曲线
详细说明


m
材料的疲劳强度
三、等寿命疲劳曲线(极限应力线图)
机械零件材料的疲劳特性除用s-N曲线表示外,还可用等寿命曲线来描述。该曲线表达了不同应力比时疲劳极限的特性。
接触应力是不同于以往所学过的挤压应力的。挤压应力是面接触引起的应力,是二向应力状态,而接触应力是三向应力状态。接触应力的特点是仅在局部很小的区域内产生较大的应力。
式中,ρ1和ρ2分别为两零件初始接触线处的曲率半径, 其中正号用于外接触,负号用于内接触。
对于线接触的情况,其接触应力可 用赫兹应力公式计算。
更多图片
§3-1 材料的疲劳强度
§3-2 机械零件的疲劳强度
§3-3 机械零件的抗断裂强度
§3-4 机械零件的接触强度
第三章 机械零件的强度
材料的疲劳强度
一、交变应力的描述
sm——平均应力; sa ——应力幅值;
smax ——最大应力; smin ——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。
为了度量含裂纹结构体的强度,在断裂力学中运用了应力强度因子KI(或KⅡ、KⅢ)和断裂韧度KIC (或KⅡC、KⅢC)这两个新的度量指标来判别结构安全性,即:

《机械设计》讲义(第八版)机械零件强度

《机械设计》讲义(第八版)机械零件强度

第三章 机械零件的强度一.静应力及其极限应力:1.静应力: 在使用期内恒定或变化次数很少(<103次)的应力。

2.极限应力σlim: 静应力作用下的σlim取决于材料性质。

1)塑性材料: σlim =σs (屈服极限)2)脆性材料: σlim=σB (强度极限)3.静强度准则: σ≤σlim/S (S —静强度安全系数)-10max§3-1 材料的疲劳特性:1.材料的疲劳特性:可用最大应力σmax、应力循环次数N和应力比r表示。

2.材料疲劳特性的确定:用实验测定,实验方法是:1)在材料标准试件上加上一定应力比的等幅变应力,应力比通常为:r=-1或r=02)记录不同最大应力σmax下试件破坏前经历的循环次数N,并绘出疲劳曲线。

3.材料的疲劳特性曲线:有二种1)σ—N疲劳曲线:即一定应力比r下最大应力σmax与应力循环次数N的关系曲线2)等寿命曲线:即一定应力循环次数N下应力幅σa 与平均应力σm的关系曲线2)C点对应的N约为:NC≈1043)这一阶段的疲劳称为应变疲劳或低周疲劳4、CD段:有限寿命疲劳阶段。

试件经历一定的循环次数N后会疲劳破坏实验表明,有限疲劳寿命σrN与相应的循环次数N之间有如下关系:σm rN ·N = C ( N ≤N D ) (3-1)5、D 点以后: 无限寿命疲劳阶段。

1)无论经历多少次应力循环都不会疲劳破坏。

2)D 点对应的循环次数N 约为:N D =106~25×107 3)D 点对应的应力记为:σr ∞—— 叫持久疲劳极限。

σrN =σr∞( N >N D ) (3-2)4)循环基数N O 和疲劳极限σrN D 很大,疲劳试验很费时,为方便起见,常用人为规定一个循环次数N O (称 为循环基数)和与之对应的疲劳极限σrNo(简记为σr )近似代替N D 和σr ∞6、有限寿命疲劳极限σrN : 按式(3-1)应有: σm rN·N = σm r ·N O = C (3-1a )于是:K N ──寿命系数m, N O ──1)钢材(材料): m = 6~20 , N O =(1~10)×106 2)中等尺寸零件: m = 9 , N O = 5×106 3)大尺寸零件: m = 9 , N O = 107 注: 高周疲劳——曲线CD 及D 点以后的疲劳称作高周疲劳二、等寿命疲劳曲线 图3-2等寿命疲劳曲线——一定循环次数下的疲劳极限的特性。

机械设计课件(完整版本)

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如图2-10所示,取D’点坐标 为(0/2=383, 0/2=383),A’
点坐标为(0, -1=460)。过C
点(s=920, 0)与横坐标成
m
C
135 作直线,与AD的延长
线相交于G’,则直线化的
极限应力图为A’D’G’。
§3-2 机械零件的疲劳强度计算
一、零件的极限应力线图
σa
由于材料试件是一种特殊 σ-1 A‟ D‟ G‟ 的结构,而实际零件的几何 σ -1e A D G 形状、尺寸大小、加工质量 及强化因素等与材料试件有 45˚ 区别,使得零件的疲劳极限 要小于材料试件的疲劳极限。 o σ0 /2 σS 设材料的对称循环弯曲疲 劳极限为: σ-1 零件的对称循环弯曲疲劳极限为:σ-1e 1 定义弯曲疲劳极限的综合影响系数Kσ : K
(1)一个;(2)两个;(3)三个;(4)四个。
来描述。
6、图示各应力随时间变化的图形分别表示什么类型的应力?它们的 应力比分别是多少?

max t
0
max
t 0
a mi
n
m
a) max m t
b)

0 m=0 d) max a t
a 0 min= 0
c)
解:a)静应力r=1;b)非对称(或稳定)循环变应力 0< r <+1; c)脉动循环r = 0;d)对称循环r=-1。
2
变应力的循环特性: -1 ----对称循环变应力 0 ----脉动循环变应力 r min = max +1 ----静应力
σ σmax o 循环变应力 T σa
静应力是变应力的特例
σ =常数 o t σmax to r =0 σa

机械设计机械零件的强度

第3章 机械零件的强度 §3-1 材料的疲劳特性 §3-2 机械零件的疲劳强度计算
§3-3 机械零件的抗断裂强度
§3-4 机械零件的接触强度
教学目的﹑要求
• 了解疲劳曲线与极限应力线图的来源、意义和用途; • 掌握绘制零件的极限应力简化线图的方法 ; • 掌握单向稳定变应力与双向稳定变应力的强度计算方 法; • 了解疲劳损伤累计假设的意义与用途; • 了解接触疲劳强度及其计算公式。
σ’a
σm C
当循环应力参数( σm,σa )落在OA’G’C以内 时,表示不会发生疲劳破坏。 σa
当应力点落在OA’G’C以外 时,一定会发生疲劳破坏。
而正好落在A’G’C折线上 时,表示应力状况达到疲 劳破坏的极限值。
σ0 /2 σ-1
A’
D’
G’
潘存云教授研制
45˚
45˚
O
σ0 /2
σS
Cσm
σ

循环变应力
tO
tO
σmin t 脉动循环变应力
σm
σ
变应力下,零件的损坏形式是疲劳断裂。 表面光滑 疲劳断裂过程: ▲零件表层产生微小裂纹 潘存云教授研制 ▲随着循环次数增加,微裂 纹逐渐扩展 ▲当剩余材料不足以承受载 荷时,突然脆性断裂 表面粗糙 疲劳断裂是与应力循环次数(即使用寿命)有关的断裂。 疲劳断裂具有以下特征:
1.50 2.57 1.89 1.68 1.56 1.49 1.43
3.0 2.40 1.80 1.59 1.46 1.37 1.31
弯 曲
σb=
32M πd3
D/d 1.30 1.20 1.15 1.10 2.39 2.28 2.14 1.99 1.79 1.69 1.63 1.56 1.59 1.53 1.48 1.44 1.49 1.44 1.40 1.37 1.43 1.37 1.34 1.31 1.39 1.33 1.30 1.28 D/d 2.0 1.50 1.20 1.10 2.33 2.21 2.09 2.00 1.73 1.68 1.62 1.59 1.55 1.52 1.48 1.46 1.44 1.42 1.39 1.38 1.35 1.34 1.33 1.31 1.30 1.29 1.27 1.26

机械设计第三章机械零件的强度

第三章 机械零件的强度
学习要求:
1. 了解疲劳曲线及极限应力曲线的来源,意义及用途, 能从材料的几个基本机械性能及零件的几何特性,绘 制零件的极限应力简化线图
2. 学会单向变应力时的强度计算方法 3. 了解疲劳损伤累积假说的意义及其应用
4. 学会双向变应力时的强度校核方法
学习重点:
极限应力线图的绘制及含义
强度准则是设计机械零件的最基本准则。
通用机械零件的强度分为静应力强度和变应力 强度两个范畴。
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。
即使是承受变应力的零件,在按疲劳强度进行 设计的同时,还有不少情况需要根据受载过程 中作用次数很少而数值很大的峰值载荷作静应 力强度校核。本章以下只讨论零件在变应力下的疲劳、低应力下 的脆断和接触强度等问题。
根据零件载荷的变化规律以及零件与相邻零件互相约 束情况的不同,可能发生的典型的应力变化规律通常 有下述三种:
a)变应力的应力比保持不变,即r=C(例如绝大 多数转轴中的应力状态);
b)变应力的平均应力保持不变,即σm=C(例如 振动着的受载弹簧中的应力状态);
c)变应力的最小应力保持不变, σmin=C(例如 紧螺栓联接中螺栓受轴向变载荷时的应力状 态)。以下分别讨论这三种情况。
e 可用下式计算
e
K
1 K
2 1 0 0
(3 11)
Kσ——弯曲疲劳极限的综合影响系数
K
k
1
1
1
q
(3 12)
式中:kσ——零件的有效应力集中系数 εσ——零件的尺寸系数; βσ——零件的表面质量系数; βq——零件的强化系数。
(一)单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算

机械设计第03章 机械零件的强度

的受载弹簧应力状态) 的受载弹簧应力状态)
• • •
• •
当σm =C时,需找到一个其平均应力与零件工作应力的平均 时 应力相同的极限应力。 应力相同的极限应力。 在图3- 中 作平行线MM’2(或NN’2),则该 ),则该 在图 -7中,过M(或N)点,作平行线 或 ) 线上的任何点所代表的应力循环都具有相同的平均应力值。 线上的任何点所代表的应力循环都具有相同的平均应力值。 σ 联解MM’2和AG两直线方程,求出 2的坐标的: me 、 σ ′ 两直线方程, 联解 两直线方程 求出M’ 的坐标的: ′ ae 点的疲劳极限应力: 则M点的疲劳极限应力: 点的疲劳极限应力 ψσ σ −1 + ( K σ − ψ σ )σ m ′ ′ ′ σ max = σ ae + σ me = σ −1e + σ m (1 − )= Kσ Kσ σ −ψ σ ′ σ ae = −1 σ m 零件的极限应力幅: 零件的极限应力幅: Kσ 计算安全系数: 计算安全系数:

E1、E2--为零件1、零件2材料的弹性模量。
在接触点、线连续改变位置时,显然 对于零件上任一点处的接触应力只能在 0~σH之间变化。 • 接触应力是脉动循环变应力。 • 在作接触疲劳计算时,极限应力也应 是脉动循环的极限接触应力。 •
总结: 1.材料的极限应力线图帮助我们了解零件的失 效的可能形式,要记住三个区域的意义,它是 讨论其它线图的基础。 σ−1 2.Sca = ≥ S 适用于各种循环特性的疲劳破坏。
§3-1 材料的疲劳特性
• 材料疲劳特性描述:最大应力 σ max • 应力循环次数 N σ min • 应力比(循环特性) r = σ • 其它符号:极限平均应力 • 极限应力幅值 • • 材料屈服极限

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26、要使整个人生都过得舒适、愉快,这是不可能的,因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭

27、只有把抱怨环境的心情,化为上进的力量,才是成功的保证。——罗曼·罗兰

28、知之者不如好之者,好9、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇

30、意志是一个强壮的盲人,倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
机械零件的强度
56、死去何所道,托体同山阿。 57、春秋多佳日,登高赋新诗。 58、种豆南山下,草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ,带月 荷锄归 。道狭 草木长 ,夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ,但使 愿无违 。 59、相见无杂言,但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕,亭亭月将圆。

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