机械零件的强度计算

第1节强度计算中的基本定义

一．载荷

1.按载荷性质分类：

1)静载荷：大小方向不随时间变化或变化缓慢的载荷。

2)变载荷：大小和（或）方向随时间变化的载荷。

2.按使用情况分：

1)公称载荷（名义载荷）： 按原动机或工作机的额定功率计算出的载荷。 

2)计算载荷：设计零件时所用到的载荷。

计算载荷与公称载荷的关系：

Fca=kFn  Mca=kMn    Tca=kTn

3)载荷系数：设计计算时，将额定载荷放大的系数。

由原动机、工作机等条件确定。

二．应力

2．按强度计算使用分

1)工作应力：由计算载荷按力学公式求得的应力。

2)计算应力：由强度理论求得的应力。

3)极限应力：根据强度准则、材料性质和应力种类所选择的机械性能极限值σlim。

4)许用应力：等效应力允许达到的最大值。[σ]=σlim/[sσ]

第2节材料的疲劳特性

一．疲劳曲线

1．疲劳曲线

给定循环特征γ=σlim/σmax，表示应力循

环次数N与疲劳极限σγ的关系曲线称为疲

劳曲线（或σ-N）。

2．疲劳曲线方程

1)方程中参数说明

a)低硬度≤350HB，N0=107            高硬度>350HB，N0=25×107

b)指数m：

二、限应力线图

1)定义：同一材料，对于不同的循环特征进行试验，求得疲劳极限，并将其绘在 m- a坐标系上，所得的曲线称为极限应力线图。

2) 简化曲线

3)σ-N与σm-σa关系

a) σ-N曲线：同一循环特征下、不同循环次数。

b) σm-σa：不同循环特征、相同循环次数。

第二节机械零件的疲劳强度计算

一、影响疲劳强度的因素

影响机械零件疲劳强度的主要因素有：应力集中、尺寸大小、表面质量等。

它们零件疲劳极限的影响用综合影响系数Kσ=σ-1/σ-1e、Kτ=τ-1/τ-1e来表示。

它与应力集中关系为：

Kσ=(kσ/εσ+1/βσ-1)/βq

Kτ=(kτ/ετ+1/βτ-1)/βq           

其中：

kσ、kσ---零件有效应力集中系数

kσ=1+qσ(ασ-1)

kτ=1+qτ(ατ-1)

qσ、qτ---材料的敏感系数

ασ、ατ---理论应力集中系数

εσ、εσ---零件的尺寸系数

βσ、βτ---表面状态系数

βq---表面强化系数

二、考虑应力综合影响系数时极限应力线图

三、向稳定变应力下的机械零件疲劳强度

何谓单向..、复杂..、稳定变应力..？、

s=σlim/σmax>[sσ]

1.作应力的增长规律

1)应力循环特征为常数 =C   例：只受弯矩的转动轴。

2)平均应力为常数常数 m=C  例：弹簧。

3)最小应力为常数 min=C      例：螺纹联结

2.循环特征为常数时的强度计算

1）求极限应力：

σm/σa =（σmax-σmin ）/（σmax+σmin ）=（1-γ）/（1+γ）=常数因为γ常数

联解AD和OC得零件极限应力：

σa'= kNσ-1σa/σae

σm'= kNσ-1σm/σae

其中：σae=kσσa+ψσσm

ψσ=(2σ-1-σ0)/σ0

2）强度计算

（1）按应力幅计算安全系数C'在A'E'上

sσa=σa'/σa=kNσ-1/[kσσa+ψσσm]= kNσ-1/σae

σae－－等效应力幅

ψσ---平均应力折合为应力幅的等效系数

（2）按静强度计算C'在E'S上

sσ=σs/(σa+σm)

第4节械零件的接触强度

机械零件的表面强度分：表面接触强度、表面挤压强度、表面磨损强度

1.表面接触强度的计算

1)接触应力的概念

两零件构成高副接触，接触处形成较小的接触面积，产生很大的应力，该应力称为接触应力。

2)接触应力的计算

接触应力按弹性力学中赫兹公式计算

a)线接触                               b点接触