【课程】河南广播电视大学_机械设计基础6_2.4

2.4 机械零件的强度

 

想一想：

1.如下图所示，机械手需要夹紧一定的重量，如何确保机械手臂能够有足够的强度呢？

一、 载荷和应力

1.载荷的分类：载荷按其大小和方向是否随时间变化，可分为两类：

（1）静载荷：不随时间变化(或变化缓慢)的载荷. 如零件的自重，锅炉中的蒸汽压力等。

（2）变载荷：随时变化的载荷。如内燃机活塞受的压力是周期变化的变载荷，汽车车身悬挂弹簧受的压力是非周期变化的变载荷。

2.应力的分类：按其大小和方向是否变化可分为：

（1）静应力：随时间变化(或缓慢变化)的应力。如拧紧螺栓后产生的应力，锅炉炉体所受的压力。

（2）变应力：随时间变化的应力。如齿轮齿根处的弯曲应力是随齿轮转动而有规律变化的变应力，汽车上行走机构中零件的应力是随行驶过程而随机变化的变应力。

注意：(1)静应力只能在静载荷下产生。静应力下零件的失效形式主要是断裂和过大塑性变形。

    (2)变载产生变应力，静载也能产生变应力。

    (3)变应力下零件的失效形式主要是疲劳断裂。

在变应力中，周期、应力幅和平均应力都不随时间变化的变应力称为稳定变应力。它有非对称循环变应力、脉动循环变应力和对称循环变应力三种基本类型。各参数的计算或数值如下图所示.

二、 机械零件的静强度

在静应力作用下的零件，其主要失效形式是塑性变形或断裂。

强度计算准则

和

中，

和

是材料的极限应力。极限应力的取值与零件的工作应力性质和材料性质有关。

1.静应力下用塑性材料制造的零件，为防止过大的塑性变形失效，取材料的屈服极限(

或

)为极限应力。

即强度计算准则为：

或

。

2.静应力下脆性材料制造的零件，为防止断裂失效，取材料的强度极限(

或

)为极限应力。即强度计算准则为：

或

。

3.变应力下，为防止疲劳断裂失效，取材料的疲劳极限(持久极限)为极限应力。以正应力为例：

对称循环时极限应力为

，强度计算准则为

 

三、 机械零件的疲劳强度

绝大多数机械零件在变应力下工作，其失效形式是疲劳断裂。表面无宏观缺陷的金属材料，其疲劳过程可分为三个阶段：(1)在变应力作用下形成初始裂纹；(2)裂纹尖端在切应力作用下发生反复塑性变形，使裂纹扩展；(3)当裂纹达到临界尺寸后，发生瞬时断裂。疲劳断裂面由光滑的疲劳发展区和粗粒状的瞬断区组成(见左下图)。

金属的疲劳断裂面

两圆柱体的接触应力

四、机械零件的接触强度

1.接触应力

如右上图所示，平行的两圆柱体的接触为线接触。在力

作用下压紧时，由于弹性变形，形成狭长矩形区域上的面接触。最大接触应力

发生在接触区中线上。若两圆柱体材料为钢或铸铁，根据弹性力学的赫兹( Hertz )公式，可得最大接触应力

2.接触强度

为防止疲劳点蚀，须满足接触疲劳强度，强度条件为：