机械设计课件濮良贵3概要优秀PPT.ppt

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1、第三章第三章 机械零件的强度机械零件的强度零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则外载荷引起零件的内应力不超过允许的数值。外载荷引起零件的内应力不超过允许的数值。作用在零件上的载荷作用在零件上的载荷静载荷静载荷变载荷变载荷变应力变应力？静静 载荷载荷 停止：静应力停止：静应力 行驶：变应力行驶：变应力 静应力静应力 ts ss sm变应力变应力稳定循环变应力稳定循环变应力不稳定循环变应力不稳定循环变应力随机变应力随机变应力变应力零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则变应力变应力稳定循环稳定循环非稳定循环非稳定循环随机随机ts s周期周期a)稳定循环变应力稳定循环变应力

2、c)随机变应力随机变应力尖峰应力尖峰应力ts s周期周期s stb)不稳定循环变应力不稳定循环变应力tss smts s对称对称 脉动脉动 变应力性质行驶时行驶时对称稳定循环变应力对称稳定循环变应力 变应力的特性变应力的特性 最大应力最大应力 s smax 最小应力最小应力 s smin 平均应力平均应力 s sm 应应 力力 幅幅 s sasminsmaxsmsatso循环特性循环特性规定规定:用确定值最大者作为用确定值最大者作为smax静应力静应力 r=+1零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则稳定循环变应力零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则tss smts

3、 sts s5个参数个参数,已知已知2个个,可求其它可求其它3个个tt轮齿弯曲应力轮齿弯曲应力惰轮轮齿弯曲应力惰轮轮齿弯曲应力 切纸机连杆强度准则强度准则外载荷引起零件的内应力不超过允许的数值。外载荷引起零件的内应力不超过允许的数值。零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则零件标准试件标准试件dL零件的工作实力设计零件的工作实力设计机械零件机械零件 受力不同受力不同形态不同形态不同尺寸不同尺寸不同与其他零件有连接与其他零件有连接所处环境不同所处环境不同强度准则强度准则静强度（工程力学课程）静强度（工程力学课程）疲惫强度疲惫强度早期的飞机失事早期的飞机失事 2010.6.29深圳大峡

4、谷景区游乐深圳大峡谷景区游乐设备中有一设备中有一M16螺栓疲惫断裂，螺栓疲惫断裂，6人死亡人死亡10人受伤人受伤疲惫强度疲惫断裂的过程疲惫断裂的过程第一阶段第一阶段疲惫裂纹的产生疲惫裂纹的产生其次阶段其次阶段疲惫裂纹的扩展疲惫裂纹的扩展第三阶段第三阶段发生疲惫断裂发生疲惫断裂零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则强度设计准则强度设计准则变应力下，变应力下，静应力下，静应力下，s smaxNNA=1/4ANB 103BNC 104CNDD-N疲惫曲线疲惫曲线原点：原点：N=1/4AB段：当作静应力段：当作静应力BC段：低周疲惫段：低周疲惫C：高周疲惫：高周疲惫 CD有限寿命；有限寿

5、命；D无限寿命无限寿命高周疲惫零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则有限寿命区无限寿命区CD段（高周疲惫）曲线方程段（高周疲惫）曲线方程 特定点特定点 寿命系数寿命系数 循环基数循环基数N0 疲惫极限疲惫极限 疲惫极限 钢钢 m=9 中等尺寸中等尺寸 N0=5*106 大尺寸大尺寸 N0=107s smaxNNA=1/4ANB 103BNC 104CNDD零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则-N-N 疲惫曲线疲惫曲线同一种应力变更规律同一种应力变更规律不同次数的循环后破坏不同次数的循环后破坏s sas sm0 0等寿命曲线等寿命曲线同一个循环次数同一个循环次数不同

6、的应力变更规律不同的应力变更规律 极限应力线图循环基数循环基数N0 塑性材料塑性材料 特定寿命下，最大应力特定寿命下，最大应力maxmax与应力循环特性与应力循环特性r的关系的关系等寿命疲惫曲线等寿命疲惫曲线材料的极限应力图 C （S，0）：r=+1 A（0，-1）：r=-1 D（0/2，0/2）：r=0 G：交点交点在OA G C 内为平安区CsAD（0/2，0/2）Gma-14545Os-1amOAC等寿命疲惫曲线（极限应力线图）等寿命疲惫曲线（极限应力线图）同一种材料同一种材料,不同应力特性下的各疲惫极限不同应力特性下的各疲惫极限rr之间的内在关系之间的内在关系仅利用少数几个仅利用少数几

7、个(-1、0、+1)，求其它随意的，求其它随意的rs s-1s s1s sas sm0 0N相等情况下讨论相等情况下讨论 破坏前的最大破坏前的最大 零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则塑性材料塑性材料 45tss smts s极限应力线图s s-1s sss sas sm0 0s s0/2A ADGCs s0/245 零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则极限应力线图极限应力线图零件零件的极限应力线图零件的极限应力线图-1e-1e零件对称循环时的疲惫极限零件对称循环时的疲惫极限-1-1 材料对称循环时的疲惫极限材料对称循环时的疲惫极限0 0Cs s-1s sss

8、sas sms s0/245 45 A ADGs s0/2A ADG综合影响系数综合影响系数 k：零件的有效应力集中系数：零件的有效应力集中系数：零件的尺寸系数：零件的尺寸系数：零件的表面质量系数：零件的表面质量系数 q：零件的强化系数：零件的强化系数零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则查机械设计手册查机械设计手册书本书本P.3845变应力种类变应力性质变应力性质 零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则单向稳定变应力单向稳定变应力单向不稳定变应力单向不稳定变应力 单向单向 双向（正应力、切应力）双向（正应力、切应力）强度设计准则强度设计准则ts ss st双向稳定

9、变应力双向稳定变应力 单向稳定变应力零件强度校核零件强度校核 1、确定零件应力特征、确定零件应力特征2、确定零件的危急截面、确定零件的危急截面 3、计算平均应力和应力幅、计算平均应力和应力幅 4、计算极限应力、计算极限应力零件强度设计零件强度设计1、确定零件应力特征、确定零件应力特征2、估计、估计K、a/m3、计算极限应力、计算极限应力4、选择平安系数、选择平安系数5、计算最大应力、计算最大应力零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则s sms saODAGC1.r=C 的状况的状况Ms sms saM1求极限应力求极限应力 OGC区域内依据静强度计算区域内依据静强度计算 单向稳定

10、变应力疲惫平安区疲惫平安区塑性平安区塑性平安区单向稳定变应力单向稳定变应力 零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则求极限应力求极限应力 2.m=C的状况的状况s sms saODAGCMM2疲惫平安区疲惫平安区塑性平安区塑性平安区3.min=C的状况的状况s sms saODAGCMM3J疲惫平安区疲惫平安区塑性平安区塑性平安区minMminNIN3N45 不稳定变应力不稳定变应力下机械零件的疲惫强度计算不稳定变应力下机械零件的疲惫强度计算零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则疲惫损伤累积假说疲惫损伤累积假说 在每一次应力作用下在每一次应力作用下,零件都零件都会造成

11、确定的疲惫损伤，当会造成确定的疲惫损伤，当疲惫损伤累积到确定程度疲惫损伤累积到确定程度,便便发生疲惫破坏。发生疲惫破坏。nn1max1234n2n3n4os st仅有仅有1时，极限循环应力循环时，极限循环应力循环次数为次数为N1，则每作用，则每作用1次，疲次，疲惫损伤率为惫损伤率为1/N1，现作用现作用n1次，次，则疲惫损伤率为则疲惫损伤率为n1/N1；N1N3N2123n1n2n3rNNoN0rr2，疲惫损伤率为，疲惫损伤率为n2/N2；3，疲惫损伤率为，疲惫损伤率为n3/N3；4 不考虑不考虑不稳定变应力总损伤总损伤 零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则理论上，损伤率达到理

12、论上，损伤率达到1时，便发生时，便发生疲惫破坏，事实上许可范围：疲惫破坏，事实上许可范围：（0.72.2)N1N3N2123n1n2n3rNNoN0r疲惫极限条件疲惫极限条件:材料材料(试件试件)的的r,若为实际零件若为实际零件,则则max取代取代 r接触疲惫强度 按疲惫强度设计的零件，若存在次数很少、按疲惫强度设计的零件，若存在次数很少、峰值很大的状况，也要进行静强度校核峰值很大的状况，也要进行静强度校核机械零件的接触疲惫强度机械零件的接触疲惫强度零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则弹性力学弹性力学最大接触应力最大接触应力H赫兹赫兹(Hertz)公式公式:式中式中:1 1、2 2：曲率半径：曲率半径1 1、2 2：材料泊松比：材料泊松比E E1 1、E E2 2：材料的弹性模量：材料的弹性模量sH接触疲惫强度 FFH122bO1O22112FFH H2bO1O2212112零件的工作实力设计零件的工作实力设计强度准则强度准则弹性力学弹性力学最大接触应力最大接触应力H工程上，当工程上，当E1=E2，1=2=0.3 R1、R2是零件的半径是零件的半径 齿轮O1r1rb1rb2r2B1B2N2N11Ov1Ov2P2凸轮