机械零件及强度计算.doc

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：
Fca=kFn Mca=kMn Tca=kTn
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。

1.按应力性质分

稳定变应力
非稳定变应力
静应力
变应力
非对称循环变应力
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
二． 应力

s
t
静应力
s
t
对称循环变应力
F
w

A
t
脉动应力
A
sm
smax
smin
s
t
周期变应力
sa

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slim。
4) 许用应力：等效应力允许达到的最大值。[s]=slim/[ss]
用线性坐标表示的
疲劳曲线
A
s
N
B
C
D
C
高周疲劳
低周疲劳
0
103
104
ND

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g=slim/smax，表示应力循
环次数N与疲劳极限sg的关系曲线称为疲
劳曲线（或s-N）。

整理：

即：

其中：
N0--循环基数

sg--N0时的疲劳极限

kN--寿命系数
2． 疲劳曲线方程

1) 方程中参数说明
a) 低硬度≤350HB，N0=107 高硬度>350HB，N0=25×107
b) 指数m：
受应力状态
钢
青铜
拉、压、弯、扭应力
9
9
接触应力
6
8

c) 不同g，s-N不同；g越大，s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sm-sa坐标系上，所得的曲线称为极限应力线图。
sa
sm
sa
A'
G'
D'

sm
C
450
A' (0,s-1)
D' (s0/2,s0/2)
C(ss, 0)

2) 简化曲线
3) s-N与sm-sa关系
a) s-N曲线：同一循环特征下、不同循环次数。
b) sm-sa：不同循环特征、相同循环次数。
第二节机械零件的疲劳强度计算
一、影响疲劳强度的因素
影响机械零件疲劳强度的主要因素有：应力集中、尺寸大小、表面质量等。
它们零件疲劳极限的影响用综合影响系数Ks=s-1/s-1e、Kt=t-1/t-1e来表示。
它与应力集中关系为：
Ks=(ks/es+1/bs-1)/bq
Kt=(kt/et+1/bt-1)/bq
其中：
ks、ks---零件有效应力集中系数
ks=1+qs(as-1)
A (0,kNs-1/ks)
D (kNs0/2,kNs0/2ks)
C (ss, 0)
零件有限寿命疲劳极限
sa
A'
G'
D'

sm
C
450
A
D

kt=1+qt(at-1)
qs、qt---材料的敏感系数
as、at---理论应力集中系数
es、es---零件的尺寸系数
bs、bt---表面状态系数
bq---表面强化系数
二、考虑应力综合影响系数时极限应力线图

三、向稳定变应力下的机械零件疲劳强度
sa
A'
G'
D'

sm
C
450
A' (0,kNs-1/(ks)D)
B' (kNs0/2,kNs0/2(ks)D)
S (ss, 0)
A
D
G
何谓单向..、复杂..、稳定变应力..？、
s=slim/smax>[ss]

1. 作应力的增长规律
1)应力循环特征为常数g=C 例：只受弯矩的转动轴。
2)平均应力为常数常数sm=C 例：弹簧。
3)最小应力为常数smin=C 例：螺纹联结

2. 循环特征为常数时的强度计算
1）求极限应力：
sm/sa = （ smax-smin ）/（ smax+smin ）= （ 1-g）/（ 1+g）= 常数 因为 g常数
A (0,kNs-1/ks)
D (kNs0/2,kNs0/2ks)
C (ss, 0)
sm
sa
A
D
G
C
C
C
C'
C'
H
G
M
L
O
联解AD和OC得零件极限应力：
sa'= kNs-1sa/sae
sm'= kNs-1sm/ sae
其中： sae=kssa+yssm
ys=(2s-1-s0)/s0

2） 强度计算

（1）按应力幅计算安全系数C'在A'E'上
ssa=sa'/ sa=kNs-1/ [kssa+yssm]= kNs-1/ sae
sae－－等效应力幅
ys---平均应力折合为应力幅的等效系数
（2）按静强度计算C'在E'S上
ss=ss/(sa+sm)

第4节 械零件的接触强度
机械零件的表面强度分：表面接触强度、表面挤压强度、表面磨损强度
1. 表面接触强度的计算
1) 接触应力的概念
两零件构成高副接触，接触处形成较小的接触面积，产生很大的应力，该应力称为接触应力。
2) 接触应力的计算
sHmax
sHmax
F
r2
r2
b
sHmax
sHmax
a
r1
r2
F
F
接触应力按弹性力学中赫兹公式计算
a) 线接触 b点接触