机械零件及强度计算

第三章 机械零件的强度计算
第0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=kT
n

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lim。
4) 许用应力：等效应力允许达到的最大值。[]=lim/[s

1.按应力性质分
稳定变应力
非稳定变应力

静应力

变应力
非对称循环变应力

对称循环变应力
脉动应力

规律性非稳定变应力
随机性非稳定变应力



t
静应力


t
对称循环变应力

F

A

t
脉动应力

A


m


max


min



t
周期变应力


a
第1节 材料的疲劳特性
一． 疲劳曲线
1． 疲劳曲线
给定循环特征=lim/max，表示应力循
环次数N与疲劳极限的关系曲线称为疲
劳曲线（或-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：
受应力状态 钢 青铜
拉、压、弯、扭应力
9 9
接触应力
6 8

c) 不同，-N不同；越大，也越大。…
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。

a


maA' G' D' mC 450

A' (0,-1)
D' (0/2,0/2)
C(s, 0)

CNNmmN
0



rNNkmNN0
m
N

N

kN0

整理：

即：
其中：

N0--循环基数


--时的疲劳极限






kN--寿命系数

用线性坐标表示的
疲劳曲线

A

N
B
C

D
C

高周疲劳
低周疲劳

0
103 10
4
N

D
2) 简化曲线
3) -N与m-a关系
a) -N曲线：同一循环特征下、不同循环次数。
b) m-a：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Ke、Ke来表示。
它与应力集中关系为：
K=(k/+1/-1)/q

K=(k/+1/-1)/q

其中：
k、k零件有效应力集中系数
k=1+q(-1)
k=1+q(-1)
q、q材料的敏感系数
、理论应力集中系数
、零件的尺寸系数
、表面状态系数
q---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=lim/max>[s]

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

A (0,kN-1/k)
D (kN0/2,kN0/2k)
C (s, 0)
零

件
有
限
寿
命
疲
劳
极
限


a

A
'
G
'
D
'


m

C

45
0

A
D


a

A
'
G
'
D
'


m

C

45
0

A' (0,kN-1/(k)D)
B'

(k
N

0/2,kN0/2(k)D)

S (s, 0)
A
D
G
2. 循环特征为常数时的强度计算
1）求极限应力：
m/a （max-min ）/（max+min ）=（）/（）=
常数因为
常数

联解AD和OC得零件极限应力：

a'= kNa/
ae



m'= kNm/
ae



其中：ae=ka+
m




2） 强度计算

（1）按应力幅计算安全系数C'在A'E'上
sa=a'/a=kNka+m]= kN
ae

ae－－等效应力幅

平均应力折合为应力幅的等效系数
（）按静强度计算C'在E'S上
s=s/(a+m)

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

A (0,kN-1/k)
D (kN0/2,kN0/2k)
C (s, 0)


m


a

A
D G

C
C

C

C'

C'

H G M L O

3
2
2212
1
max21116EEFH






为综合曲率半径 11121

两接触体材料的泊松比量两接触体材料的弹性模、、
2121EE


H
m
a
x

H
m
a
x

F







b

H
m
a
x


H
m
a
x
a







F

F









211
1

2212
1
maxEEbFH





