第章强度刚度设计Word文档下载推荐.docx

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4根据失效形式列出工作计算公式，

求出零件的主要参数或尺寸；

5进行结构设计，绘出工作图。

1、强度计算

强度分析--零件的强度与载荷、材料、几

何因素、使用工况等有关。

强度分体积强度和表面强度。

静强度—静应力；

疲劳强度—变应力。

零件主要失效形式

失效——零件不满足设计要求或不能正常工作。

（不一定损坏）

（1）断裂：

韧断，脆断，疲劳断裂。

疲劳断裂——长时间在循环变应力状态下工作，断裂时无明显塑性变形。

（2）过量变形：

过量弹性变形、塑性变形。

（3）表面失效：

磨损，腐蚀，表面疲劳（疲劳点蚀）。

2、强度条件

（1）σ≤[σ]，τ≤[τ]

（2）Sσ≥[Sσ]，Sτ≥[Sτ]

3、强度设计中的基本概念

（1）零件的载荷：

力、力矩（转矩弯矩）.

载荷分类：

静载荷——载荷不随时间变化或变化缓慢。

变载荷——载荷随时间周期性变化或非周期性变化。

计算载荷：

Fc=KF（理论载荷）

式中K—载荷系数。

（2）零件的应力

静应力：

不随时间变化或变化缓慢的应力。

变应力:

随时间做周期性变化或非周期性变化的应力。

变应力中最基本的形式是稳定变应力（在每次循环中，循环参数和周期都不随时间变化）

单向稳定变应力可归纳为三种形式：

如图所示：

对称循环应力脉动循环应力静应力

稳定变应力有五个参数：

最大应力：

max=m+a

最小应力：

min=m-a

平均应力：

m=0.5（max+min）

应力幅：

a=（max-min）

应力循环特性：

r=min/max

非稳定变应力：

零件受载后，其内部的变应力参数随时间变化。

非稳定变应力分类：

（1）规律性—变应力参数有简单的变化规律；

（2）非规律性--变应力参数随机变化，无变化规律。

（3）零件的几何因素

几何因素--长度、宽度、直径、面积、剖面的惯性矩以及体积等，以长度或以长度的方次为单位的量。

（4）零件的许用应力和许用安全系数

许用安全系数见表9.1-1。

9.1.2静应力状态下的强度计算

1、塑性材料零件

强度条件为：

当零件受双向复合应力时，

根据材料力学第三强度理论

第四强度理论

2、脆性材料和低塑性材料的零件

，

对于组织不均匀的材料（如灰铸铁），在计算时不考虑应力集中；

组织均匀的低塑性材料（如低温回火的高强度钢），则应考虑应力集中。

9.1.3变应力状态下的强度计算

微观裂纹—宏观裂纹---临界裂纹长度—断裂。

1、影响零件疲劳强度的因素

（1）材料的极限应力是疲劳极限。

（2）应力集中造成疲劳强度降低。

应力集中系数kσ，kτ不仅与零件的几何形状有关，而且与材料的性质有关。

随着材料强度极限的提高，对应力集中的敏感性也增加。

如高强度碳钢和合金钢。

（3）尺寸效应的影响

尺寸越大，疲劳强度越低。

因产生缺陷的可能性越大。

尺寸系数εσ，ετ。

（4）表面状态的影响

表面粗糙度和表面处理。

综合影响系数

2、疲劳极限应力

（1）材料的疲劳曲线

3、疲劳强度条件

强度——抵抗断裂和塑性变形的能力。

（整体强度、表面接触强度）

如：

A3材料静应力S=240N/mm2

对称循环变应力-1=200N/mm2

安全系数：

反映了认识与实际尽量接近，但又不能完全反映实际的

客观事实。

1、塑性材料零件

静应力：

≤［］=lim/S

塑性材料：

lim=S　

2、脆性材料和低塑性材料的零件

脆性材料：

lim=B

1、影响零件疲劳强度的因素

（变应力：

对称循环变应力

-1与循环次数有关。

）

（1）材料的极限应力

塑性材料---屈服极限；

脆性材料---强度极限。

（2）应力集中的影响

应力集中系数kα或kτ

应力集中系数与零件的几何形状有关；

与材料的性质也有关。

随着强度极限的提高，材料的应力集中敏感性增强。

要特别注意高强度钢的应力集中问题。

（3）尺寸效应的影响

尺寸越大，产生缺陷的可能性越大，对疲劳强度的影响越大。

尺寸系数εα或ετ

（4）表面状态的影响

表面粗糙度

表面处理

表面质量系数βα和强化系数βτ

综合影响系数：

K=

（1）材料的疲劳曲线

1）无限寿命区--N>

N0

在该区内，疲劳曲线为水平线。

对应于N0时材料的极限应力即为一定循环特性下材料的疲劳极限，记为r。

在r=-1时为对称疲劳极限-1；

在r=0时为脉动疲劳极限0。

在相应的循环特性r下，只要工作应力小于等于r，材料就不会发生疲劳破坏，寿命无限长。

2）有限寿命区--N<

N0

在有限寿命区：

103（104）≤N<

N0范围内疲劳曲线方程为：

σmrNN=σmrN0=C

已知循环基数N0和疲劳极限r，则N次循环时的疲劳极限为：

σmr=

式中：

N0—循环基数。

材料不同，N0也不同。

m—指数。

KN—寿命指数。

（2）材料的疲劳极限应力图

（3）零件的极限应力

max≤[]=lim/[S]

a≤[a]=lima/[S]

9.1.4表面强度计算

1、表面接触强度

F----法向载荷；

b----矩形接触面积的长度；

ρ----综合曲率半径；

μ1、μ2---泊松比；

E1、E2----弹性模量。

表面接触强度条件：

Hmax≤[H]

2、表面挤压强度

挤压力的产生：

载荷通过接触面（面间无相对运动）来传递会产生挤压力。

条件性计算：

接触表面平均应力：

p=F/A≤[p]

F---载荷；

A---挤压接触面积；

p----挤压应力；

[p]---许用挤压应力。

3、表面磨损强度

磨损的产生：

相互接触承受法向载荷，同时有相对运动，接触表面发生摩擦磨损。

耐磨性——控制零件的磨损量。

（磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损）

通过控制正压力、发热量来限定磨损量。

（条件性计算）

p≤[p]，pv≤[pv]，v≤[v]

p---工作表面压强；

v----工作表面相对速度

[p]、[pv]、[v]---许用值。

9.1.5机械零件的刚度和振动计算

1、刚度计算

刚度——零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。

刚度条件：

y≤［y］

θ≤［θ］

φ≤［φ］

影响刚度的因素：

弹性模量、截面形状、支撑方式和结构形式。

金属的弹性模量远大于非金属；

常温下碳素钢和合金钢的弹性模量数值很接近，因此，用合金钢代替碳素钢并不能提高零件的刚度。

2、振动计算

共振：

零件的自振频率（固有频率）f和周期性载荷的作用频率fp接近时会发生共振。

避免共振条件：

fp<

0.85f或fp>

1.15f

抗振性——防止高速振动产生。

额外的变应力，或发生共振而使零件损坏。

分析固有频率，确定临界转速，采取防振措施，

增加阻尼。