《浅谈机械零件的强度.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《浅谈机械零件的强度.doc(23页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 机械零件的强度 3 1 材料的疲劳特性一、交变应力的描述静应力,变应力smax最大应力;smin最小应力sm平均应力;sa应力幅值 r 应力比(循环特性)【注意】1)已知任意两个参数,可确定其他三个参数。一般已知smax ,r;2)smax ,smin指代数值;sa为绝对值;3)-1 r +1;sa=0,r =+1,为静应力r = -1 对称循环应力 r=0 脉动循环应力 r=1静应力二、 疲劳曲线(s-N曲线)1.材料的疲劳极限:srN 在一定应力比为的循环变应力作用下,应力循环N次后,材料不发生疲劳破坏时,所能承受的最大应力smax。2.疲劳寿命:N材料疲劳失效前所经历的应力循环次
2、数。sN疲劳曲线不同或N不同时,疲劳极限srN不同。即srN与r、N有关。疲劳强度计算中,就是以疲劳极限作为slim。即slim =srN。通过试验可得,疲劳极限srN与循环次数N之间关系的曲线,如上图所示。AB段曲线:N103,计算零件强度时按静强度计算。(srN ss)BC段曲线: 103 N N D 时,srN=sr=sr (简记)疲劳曲线以N0为界分为两个区:1)有限寿命区把曲线CD段上的疲劳极限sr称为有限疲劳极限(条件)。当材料受到的工作应力超过sr 时,在疲劳破坏之前,只能经受有限次的应力循环。即寿命是有限的。【说明】不同应力比时的疲劳曲线具有相似的形状。但,srN。2)无限寿命
3、区当NN0时,曲线为水平直线,对应的疲劳极限是一个定值,称为持久疲劳极限,用表示 (简写为sr)。在工程设计中,一般认为:当材料受到的应力不超过sr 时,则可以经受无限次的循环应力而不疲劳破坏即寿命是无限的。-设计中经常用到的是s-N曲线的高周疲劳段(CD段)。CD段曲线方程为: (Nc N ND)称为疲劳曲线方程显然D(N0,sr),也符合上述方程,即: 代入上式得: (3-3)式中:KN 寿命系数m 材料常数【说明】1.计算KN时,如NN0,则取N=N0 此时KN=12. 对钢件:受拉、压、弯、扭时:m=6 20;N0=(110)106。初步计算,受弯曲疲劳时,中等尺寸零件取m=9,N0=
4、5106;大尺寸零件取m=9,N0=107。3无限寿命设计:零件的寿命N N0,(强度指标为sr )有限寿命设计:零件的寿命N Sslim 为零件的极限应力线AGC上的点。即:slim=smaxsmax为零件的最大工作应力。计算强度时,slim用AGC线上的哪一点呢?这要根据零件载荷的变化规律决定。典型的应力变化规律通常有三种:1. r=C (绝大多数转轴的应力状态)(常数)连接OM,并延长,交AG于M1。射线O M1上任何一点的应力比都相同。M1点的应力值就是我们要的极限应力 M1 (sme, sae) 在极限应力曲线AG上,smax =sae +sme OM方程: (1)AG方程: (2)
5、由(1)得 (3) 将(3) 代入(2)得 (4)将(4)代入(3)得(5)将(4)与(5)相加smax =sae +sme=强度条件:Sca= S (317)N点的极限应力点N在CG上,此时的极限应力为ss,属于屈服失效。静强度条件: Sca= S (318)【强调】凡是工作应力点位于OGC区域时,在r=C的条件下,都只进行静强度计算。2. sm =C(常数)(振动着的受载弹簧的应力状态)过M点作MM2纵轴,交直线AG于点M2 (sme, sae)直线MM2的方程为:sme=sm (1)直线AG的方程为: (2)(1)代入 (2) 得: (3)(1)+(3)得:smax =sae +sme=
6、强度条件:Sca= = S (321)N点的极限应力N位于CG上,仍按(318)计算【强调】凡是工作应力点位于GHC区域时,在sm=C的条件下,都只进行静强度计算。3. smin =C(常数)(受轴向变载荷的紧螺栓联接) smin=sm-sa sa=sm-smin AG的方程: (1)MM4的方程:由sa=sm-smin 得 sae=sme-smin (2)(2)代入(1)得: (3) 将(3)代入(2)得: (4)smax =sae +sme=smax = sm+sa =(smin+sa)+sa=2sa+smin 强度条件:Sca= = S (324)【强调】M点在AOJ区域内,很少,不讨论
7、;M点在CGI区域内,按静强度 ;M点只有在OJGI区域内,才按(324)计算。具体设计时,如难以确定应力变化的规律,按r=C计算Sca= S (317)进一步分析(317)式,分子:对称循环弯曲疲劳极限分母:第一项为应力幅;第二项jssm可以看成是应力幅,即js是把平均应力等效地折算成应力幅的折算系数。因此,把Kssa+Yssm看成是对称循环变应力。由于是对称循环,所以它是一个应力幅,记为sad。应力的等效转化。sad=Kssa+jssm (326)于是计算安全系数为:Sca= (327)当要求零件的寿命在104 N N0时,slim=srN二、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算不稳定变应力分为:非规律性的:用统计疲劳强度的方法。规律性的:疲劳损伤累积假说。规律性不稳定变应力如图所示,变应力s1 对称循环变应力的最大值,作用了n1次;s2 ,作用了n2次;与sN图合讲。假设每一次应力循