机械零件的强度和刚度通常采用什么计算

第三章机械零件的强度

简介

载荷和应力概念 材料的疲劳曲线 极限应力线图

单向稳定变应力时零件的疲劳强度计算 提高零件疲劳强度的措施 机械零件的接触强度 复习题

简 介

强度准则是设计机械零件的最基本准则。强度问题分为静应力强度和变应力强度。绝大多数通用零件都是在变应力下工作的，各式各样的疲劳破坏是通用零件的主要失效形式。本章讨论零件在变应力下的疲劳强度问题。

第一节 载荷和应力概念

一、载荷

机械工作时所受的力或力矩统称为载荷。

1、静载荷：载荷的大小或方向不随时间变化或变化极缓慢时，称为静载荷。 2、变载荷：载荷大小或方向不断随时间变化时，称为变载荷。

3、名义载荷 ：Fn 依据原动机械或负荷额定功率计算出零件的载荷，称为名义载荷。

4、计算载荷：名义载荷乘载荷系数。 二、应力

载荷作用在零件上将产生应力。

1、静应力：不随时间而变或随时间缓慢变化的应力称为静应力；(失效—塑性破坏）

2、变应力：不断地随时间而变的应力称为变应力。（失效—疲劳破坏） 静载荷和变载荷均可能产生变应力。

3、工作应力：计算载荷作用在零件上的应力

4、

第二章 机械零件的强度§2—1 载荷与应力的分类 一、载荷的分类静载荷

变载荷： 1)循环变载荷 a) 稳定循环变载荷 b) 不稳定循环变载荷 2)随机变载荷载荷：1)名义载荷 2)计算载荷1

二、应力的分类1、应力种类 静应力 变应力： 稳定循环变应力 不稳定变应力： 一个循环

O

t

O

t

规律性不稳定变应力

随机变应力2

2、稳定循环变应力的基本参数和种类 a) 基本参数 最大应力 最小应力 平均应力 应力幅 应力循环特性

max m a min m a m max m2 m a max 2

min max

1 1

b) 稳定循环变应力种类： γ = –1 ——对称循环变应力 -1< γ<+1——不对称循环变应力 γ =+1 —— 静应力3

γ = 0 —— 脉动循环变应力

注意：静应力只能由静载荷产生，而变应力可能由变载荷产生， 也可能由静载荷产生

a O O t

a

t

3)名义应力和计算应力 名义应力——由名义载荷产生的应力

( )4

计算应力——由计算载荷产生的应力 ca ( ca )

§ 2—2 静应力时机械零件的

第二章 机械零件的强度§2—1 载荷与应力的分类 一、载荷的分类静载荷

变载荷： 1)循环变载荷 a) 稳定循环变载荷 b) 不稳定循环变载荷 2)随机变载荷载荷：1)名义载荷 2)计算载荷1

二、应力的分类1、应力种类 静应力 变应力： 稳定循环变应力 不稳定变应力： 一个循环

O

t

O

t

规律性不稳定变应力

随机变应力2

2、稳定循环变应力的基本参数和种类 a) 基本参数 最大应力 最小应力 平均应力 应力幅 应力循环特性

max m a min m a m max m2 m a max 2

min max

1 1

b) 稳定循环变应力种类： γ = –1 ——对称循环变应力 -1< γ<+1——不对称循环变应力 γ =+1 —— 静应力3

γ = 0 —— 脉动循环变应力

注意：静应力只能由静载荷产生，而变应力可能由变载荷产生， 也可能由静载荷产生

a O O t

a

t

3)名义应力和计算应力 名义应力——由名义载荷产生的应力

( )4

计算应力——由计算载荷产生的应力 ca ( ca )

§ 2—2 静应力时机械零件的

疲劳强度的

第二章 机械零件的疲劳强度§2—1 载荷与应力的分类 一、载荷的分类载荷大小和方向是否变化 静载荷

变载荷： 1)循环变载荷 2)随机变载荷 载荷理论值和实际作用效果载荷：1)名义载荷P 2)计算载荷 Pca=KP1

疲劳强度的

二、应力的分类1、应力种类 静应力：静应力只能由静载荷产生 变应力： 1) 稳定循环变应力:应力随时间按一定规律周期 性变化,而且变化幅度保持常数的变应力 2)非稳定变应力：a)规律性非稳定变应力、b)随机性非稳定变应 力，应用书p18 一个循环

O

t

O

t

规律性非稳定变应力

随机变应力

疲劳强度的

2、稳定循环变应力的基本参数和种类

a) 稳定循环变应力种类：应力循环特性

min max

1 1-1< γ<+1——不对称循环变应力

γ = –1 ——对称循环变应力

γ = 0 —— 脉动循环变应力 b) 基本参数最大应力 最小应力 平均应力 应力幅

γ =+1 —— 静应力 应力幅 a: 动载分量

max m a 平均应力 m :静载分量 min m a max m in m 2 a max m in

23

疲劳强度的

第二章 机械零件的疲劳强度§2—1 载荷与应力的分类 一、载荷的分类载荷大小和方向是否变化 静载荷

变载荷： 1)循环变载荷 2)随机变载荷 载荷理论值和实际作用效果载荷：1)名义载荷P 2)计算载荷 Pca=KP1

疲劳强度的

二、应力的分类1、应力种类 静应力：静应力只能由静载荷产生 变应力： 1) 稳定循环变应力:应力随时间按一定规律周期 性变化,而且变化幅度保持常数的变应力 2)非稳定变应力：a)规律性非稳定变应力、b)随机性非稳定变应 力，应用书p18 一个循环

O

t

O

t

规律性非稳定变应力

随机变应力

疲劳强度的

2、稳定循环变应力的基本参数和种类

a) 稳定循环变应力种类：应力循环特性

min max

1 1-1< γ<+1——不对称循环变应力

γ = –1 ——对称循环变应力

γ = 0 —— 脉动循环变应力 b) 基本参数最大应力 最小应力 平均应力 应力幅

γ =+1 —— 静应力 应力幅 a: 动载分量

max m a 平均应力 m :静载分量 min m a max m in m 2 a max m in

23

机械零件的强度

一 名词解释

(1) 静应力：静应力:大小和方向不随转移而产生变化或变化较缓慢的应力，其作用下零件可能产生静断裂或过大的塑性变形，即应按静强度进行计算。

(2) 变应力：大小和方向均可能随时间转移产生变化者，它可以是由变载荷引起的，也可能因静载荷产生(如电动机重量给梁带来的弯曲应力)变应力作用的零件主要发生疲劳失效。

(3) 工作应力：用计算载荷按材料力学基本公式求得作用在零件剖面上的内力:?p　,?c,等。

(4) 计算应力：根据零件危险断面的复杂应力状态，按适当的强度理论确定的，有相当破坏作用的应力。

(5) 极限应力：根据材料性质及应力种类用试件试验得到的机械性能失效时应力极限值，常分为用光滑试件进行试验得到的材料极限应力及用零件试验得到的零件的极限应力。

(6) 许用应力：设计零件时，按相应强度准则、计算应力允许达到的最大值[?]??lim/[S]??ca。 (7) 计算安全系数：零件 (材料)的极限应力与计算应力的比值Sca??lim/?ca，以衡量安全程度。 (8) 安全系数许用值：根据零件重要程度及计算方法精确度给出设计零件安全程度的许用范围[S]，力求Sca?[S]。

?F,?,?T二 选择题

(1) 零

第二章 机械零件的强度

（一）教学要求

掌握极限应力图和单向稳定变应力时强度计算

（二）教学的重点与难点

极限应力图绘制及应用

（三）教学内容

§2—1 载荷与应力的分类

一、载荷的分类 静载荷：载荷的大小与方向不随时间变化或随时间变化缓慢

变载荷：1）循环变载荷（载荷循环变化）

2）随机（变）载荷——载荷的频率和幅值均随机变化

循环变载荷：

a) 稳定循环变载荷——每个循环内载荷不变，各循环周期又相同（往复式动力机曲轴） b) 不稳定循环变载荷——每一个循环内载荷是变动的 载荷：1）名义载荷；2）计算载荷。（如前章所述） 二、应力的分类

1、应力种类 应力 静应力

不稳定变应力——变应力中，每次应力变化的周期T、?m和应力幅 变应力 ?a三者之一不为常数

稳定循环变应力——T、?m、?a均不变

不稳定变应力 规律性不稳定变应力 图2-2a 随机变应力—统计 图2-2b 稳定循环变应力的基本参数和种类：（参数间的关系：图示） 2、稳定循环变应力的基本参数和种类 a) 基本参数

最大应力?min、?m??a、最小应力?m

第二章 机械零件的强度

（一）教学要求

掌握极限应力图和单向稳定变应力时强度计算

（二）教学的重点与难点

极限应力图绘制及应用

（三）教学内容

§2—1 载荷与应力的分类

一、载荷的分类 静载荷：载荷的大小与方向不随时间变化或随时间变化缓慢

变载荷：1）循环变载荷（载荷循环变化）

2）随机（变）载荷——载荷的频率和幅值均随机变化

循环变载荷：

a) 稳定循环变载荷——每个循环内载荷不变，各循环周期又相同（往复式动力机曲轴） b) 不稳定循环变载荷——每一个循环内载荷是变动的 载荷：1）名义载荷；2）计算载荷。（如前章所述） 二、应力的分类

1、应力种类 应力 静应力

不稳定变应力——变应力中，每次应力变化的周期T、?m和应力幅 变应力 ?a三者之一不为常数

稳定循环变应力——T、?m、?a均不变

不稳定变应力 规律性不稳定变应力 图2-2a 随机变应力—统计 图2-2b 稳定循环变应力的基本参数和种类：（参数间的关系：图示） 2、稳定循环变应力的基本参数和种类 a) 基本参数

最大应力?min、?m??a、最小应力?m

机械设计

Design of Machinery

第三章 机械零件的强度1.载荷和应力的分类 静载荷、变载荷 静应力、变应力

静载荷：大小和方向不随时间变化或变化缓慢的载荷。

变载荷：随时间周期性变化或非周期性变化的载荷。静应力：不随时间变化或变化缓慢的应力。 (只在静载荷作用下产生) 变应力：随时间变化的应力。 (可由变载荷产生，也可由静载荷产生) σ

t

Well begun is half done. 好的开始等于成功的一半。

机械设计

Design of Machinery材料疲劳的两种类别

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) s s min s m max 2 s min s max s min r sa s max 2 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。

r = -1 对称循环应力

r=0 脉动循环应力

r=1 静应力

Well begun is half done. 好的开始等于成功的一半。

机械设计

Design of Machinery

§3.1 材料的疲劳特性 1. s N 疲劳曲线(★ ★ )

描述了某种应力比下，疲劳

线齿廓的范成原理实验

一、实验目的：

1、掌握用范成法加工渐开线齿廓的切齿原理，观察齿廓的渐开线及过渡曲线的形成过程；

2、了解渐开线齿轮产生根切现象和齿顶变尖现象的原因及用变位来避免发生根切的方法；

3、分析、比较渐开线标准齿轮和变位齿轮齿形的异同点。 4、（选作）分析、比较分度圆相同、模数不同的两种标准渐开线齿轮的异同点。

二、实验设备和用具： 1、齿轮范成仪；

2、自备：220mm圆形绘图纸一张（圆心要标记清楚）； 3、HB铅笔、橡皮、（带延伸杆）、三角尺、剪刀、计算器。 三、实验原理：

范成法是利用一对齿轮（或齿条与齿轮）相互啮合时其共轭齿廓

互为包络线的原理来加工齿廓的方法。刀具刃廓为渐开线齿轮齿条的齿形，它与被切削齿轮坯 的相对运动，完全与相互啮合的一对齿轮（或齿条与齿轮）的啮合传动一样，显然这样切制得到齿轮齿廓就是刀具的刃廓在各个位置时的包络线。 四、实验步骤

本范成仪所用的两把刀具模型为齿条型插齿刀，其参数为m1＝20mm和m2＝8，α＝20°，ha*＝1，c*＝0.25。仪器构造简图如图1所示。

圆盘1代表齿轮加工机床的工作台；固定在它上面的圆形纸代表被加工齿轮坯，它们可以绕机架上的轴线转动。齿条3代表切齿刀具,安装