文档介绍：第二章
静应力状态下的强度计算
变应力状态下的强度计算
表面强度计算
刚度和振动计算
机械零件设计计算基础
步骤1：绘制运动简图
步骤2：绘制结构简图
步骤3：分析载荷应力
步骤4：选择零件材料
步骤5：分析失效形式
步骤6：确定振
F
n
零件失效形式
失效
零件丧失工作能力或达不到设计要求的性能，不仅仅指破坏
主要失效形式
断裂：如轴、齿轮轮齿发生断裂
表面点蚀：工作表面片状剥落
塑性变形：零件发生永久性变形
过大弹性变形
表面破坏
过大振动和噪声、过热等
步骤1：绘制运动简图
步骤2：绘制结构简图
步骤3：分析载荷应力
步骤4：选择零件材料
步骤5：分析失效形式
步骤6：确定工作准则
步骤7：进行设计计算
步骤8：进行结构设计
步骤9：进行校核验算
机械零件设计的一般步骤
50 kN
零件工作能力准则
工作能力
不失效条件下零件的安全工作限度。该限度通常以零件承受载荷的大小来表示，又常称为“承载能力”。如：吊钩最大起重量50 kN，其工作能力或承载能力为50 kN
工作能力准则
衡量零件工作能力的指标。零件设计就是针对零件主要失效形式选择适合的工作能力准则进行设计。主要包括强度准则、刚度准则、耐磨性准则、振动稳定性准则、耐热性准则
强度准则
刚度准则
耐磨性准则
选择工作准则
主要失效形式与工作准则的对应
断裂：如轴、齿轮轮齿发生断裂
表面点蚀：工作表面片状剥落
塑性变形：零件发生永久性变形
过大弹性变形
表面破坏
过大振动和噪声、过热等
振动稳定性准则
步骤1：绘制运动简图
步骤2：绘制结构简图
步骤3：分析载荷应力
步骤4：选择零件材料
步骤5：分析失效形式
步骤6：确定工作准则
步骤7：进行设计计算
步骤8：进行结构设计
步骤9：进行校核验算
机械零件设计的一般步骤
强度计算
强度：材料抵抗断裂或残余变形的能力
强度准则：工作应力≤许用应力
σ≤ [σ] 或 τ≤ [τ]
失效形式：断裂、疲劳破坏、残余变形
典型零件：轴、齿轮、带轮等
正应力：
剪应力：
机械零件工作能力的最基本准则
静应力状态下的强度计算
塑性材料零件
  [] =
s
[S]
  [] =
 s
[S]
脆性或低塑性材料零件
  [] =
B
[S]
  [] =
 B
[S]
防止塑性变形
防止断裂
变应力状态下的强度计算（1）
疲劳破坏机理：零件产生微观裂纹；发展成宏观裂纹；宏观裂纹急剧扩展；到达材料极限强度时发生断裂
影响零件疲劳强度因素
材料极限应力
应力集中
尺寸效应
表面状态
疲劳失效：大多数机械零件工作时受变应力作用。即使应力值小于材料的屈服强度，也会在经受一定应力循环周期后突然断裂，而且断裂时没有明显的宏观塑性变形，这种破坏形式称为疲劳失效
变应力状态下的强度计算（2）
有限寿命区
无限寿命区
循环特性r一定时，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力，称为疲劳极限。
KN：寿命系数
N0: 循环基数
m：材料与应力指数
疲劳曲线（－N曲线）
rNmN = rmN0 = C
变应力状态下的强度计算（3）
lgN
lgrN
O
103(104)
N0
r
A
B
低周循环
高周循环
有限寿命区
无限寿命区
循环基数(107)
疲劳曲线一般是在对称循环变应力条件下的实验结果
变应力状态下的强度计算（4）
相同循环次数（通常取N0）和不同循环特性r下，材料有不同的疲劳极限，可从材料疲劳极限应力图求得。
a
m
F(B,0)
S(s,0)
A(0, -1)
B(0/2, 0/2)
E
安全区
塑性失效区
疲劳失效区
45o
135o
ABES
变应力状态下的强度计算（5）
a
m
S(s,0)
A
a
m
S(s,0)
A
a
m
S(s,0)
A
lim=
2-1
K(1-r)+ (1+r)
许用疲劳极限曲线
许用疲劳极限曲线
许用疲劳极限曲线
简化疲劳曲线
简化疲劳曲线
简化疲劳曲线
m1
min
K：疲劳强度综合影响系数
变应力状态下的强度计算（6）
max  [] =
lim
[S]
a  [a] =
lim-a
[S]
疲劳强度准则：
表面强度计算
表面接触强度
表面挤压强度
表面磨损强度
齿轮传动、蜗杆传动以及滚动轴承等依靠表面接触工作的零件，受到法向载荷