第章强度刚度设计Word文档下载推荐.docx

1、 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） ， （2）SS ，SS3、强度设计中的基本概念（1）零件的载荷 ：力、力矩（转矩 弯矩）.

2、 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 = K F（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

3、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

4、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k，k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 ， 。（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。 （

5、整体强度、表面接触强度）如：A3材料 静应力 S = 240 N/ mm2 对称循环变应力 -1 = 200 N/ 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 = S2、脆性材料和低塑性材料的零件脆性材料： lim= B1、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k或k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

6、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。尺寸系数或（4）表面状态的影响表面粗糙度表面处理表面质量系数和强化系数综合影响系数：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- NN0在有限寿命区：103（104） N N0 范围内疲劳曲线方程为：mrNN=mrN0=C

7、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：mr=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= lim a /S9.1.4 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；-综合曲率半径；1、2-泊松比；E1、E2-弹性模量。表面接触强度条件： H max H2、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 pF -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

8、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）pp ，pvpv， vv 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 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 1.15 f 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。