机械设计中零件的载荷应力

s
s
Байду номын сангаас
σlim 、τlim — 极限正应力
s — 安全系数
塑性材料：σlim = σs ；τlim = τs 脆性材料：σlim = σb ；τlim = τb
σs、τs— 材料屈服极限 σb、τb— 材料强度极限
3、变应力作用下的强度问题
变应力下零件的损坏形式是疲劳断裂。疲劳断裂具有以下
特征：
（1） 疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极
三、寿命准则
：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。
四、 振动稳定性准则 ：高速运转机械的设计应重视该准则。
五、 可靠性准则 ：确保零件在规定的使用寿命内正常工作的准则。
Rt ：可靠度——表示零件在规定的条件下和规定的时
间内完成规定功能的概率。
➢循环特征(应力比)： r
m in max
——表示应力变化的情况
对称循环— r = -1
脉动循环— r = 0
非对称循环— r≠ 0 且 |r| ≠ 1
静应力— r = +1
用σr 表示循环特征为 r 的变应力。如 σ-1、σ0等
1、载荷和应力
（3）几个应力参数
➢平均应力：
m
max min
二、刚度准则
零件在载荷作用下产生的弹性变形量y，小于或等于机器 工作性能所允许的极限值[y]（许用变形量），就叫做满 足了刚度要求，或符合刚度计算准则。其表达式为 y≤[y]
y——可以是挠度、偏转角或扭转角
弹性变形量y可按各种变形量的理论或实验方法来确定， 而许用变形量[y]则应随不同的使用场合，根据理论或经 验来确定其合理的数值。
N
N0
N — 应力循环次数
有限寿命区
无限
σrN — 疲劳极限（对应于N）
N0 — 循环基数
σr — 持久极限
rN m N 常数 r m N0
则 [ ] r 或 rN
s
s
m为随应力状态而不同的幂指数
由此得： rN r m N0 / N
变应力时，取 σlim = σr（无限寿命） 或 σlim = σrN（有限寿命）
限低，甚至比屈服极限低；
初始裂纹
（2） 不管脆性材料或塑性 轴 材料，其最终的断口均表现为无 明显塑性变形的脆性断裂；
疲劳区 (光滑)
（3） 疲劳断裂是损伤的积累
粗糙区
3、变应力作用下的强度问题
σ
疲劳曲线
强度条件：σ≤ [σ] lim
σrN
s
σlim = ？
σr
N
疲劳破坏与零件的变应力循环次数有关
功率 kW 转速 r/min
变载荷 ——随时间作周期性或非周期性变化
（2）应力
静应力 ——不随时间改变或变化缓慢 变应力 ——随时间作周期性或非周期性变化
变应力
稳定变应力—周期性循环变应力
对称循环变应力 脉动循环变应力 非对称循环变应力
非稳定变应力—非周期性循环变应力
图3-1
（3）几个应力参数
2
对称循环: σm=
0;
σa=σmax
➢应力幅： a
m ax m in
2
脉动循环: σm=σa=σmax / 2
注意： 变载荷 → 变应力 静载荷 → 静应力？ 或变应力
n
P ●a
n
2、静应力作用下的强度问题
主要失效形式：断裂或塑性变形
强度条件：σ≤ [σ] 或 τ≤ [τ]
许用应力： [ ] lim ; [ ] lim
机械零件的设计准则
一、强度准则
1、载荷和应力
（1）载荷 工作载荷：机器正常工作时所受的实际载荷 (一般难以确定)
名义载荷： 按原动机功率求得 T 9.55106 P (N • mm)(理想状态)
n
计算载荷： TC KT 载荷系数 (考虑各种附加载荷)
FC KF
静载荷 ——不随时间改变或变化缓慢