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Chapter 4 Strength of Machine Elements SEU-QRM 主讲教师钱瑞明 * * 第一页，共二十一页，2022年，8月28日 4.1 Loads and Stresses 载荷和应力 4.1.1 Classification of Loads 载荷的分类 作用在机械零件上的载荷： 静载荷(static load)——大小、作用位置和方向不随时间变化或变化缓慢 变载荷(variable or dynamic load)——大小、作用位置或方向随时间变化，如曲柄压力机的曲轴和汽车悬架弹簧等所受的载荷 机械设计计算中的载荷： 名义载荷(nominal load)——理想平稳工作条件下作用在零件上的载荷 计算载荷(calculated load)——载荷系数与名义载荷的乘积。在机器运转时，零件还会受到各种附加载荷作用，通常引入载荷系数[load factor] K，有时只考虑工作情况的影响，则用工作情况系数[working condition factor] KA来考虑估计这些因素的影响 * * 第二页，共二十一页，2022年，8月28日 4.1.2 Classification of Stresses 应力的分类 静应力(static stress)——不随时间变化或变化缓慢(图a) 变应力(variable stress)——随时间变化 变应力 非对称循环变应力(non-symmetric circulating variable stress)(图b) 脉动循环变应力(fluctuating circulating stress )(图d) 对称循环变应力(symmetric circulating variable stress)(图c) * * 第三页，共二十一页，2022年，8月28日 平均应力(mean or average stress) 应力幅(stress amplitude) 变应力的循环特性(stress ratio) 对称循环变应力(图c) 脉动循环变应力(图d) 静应力(图a) * * 第四页，共二十一页，2022年，8月28日 静应力只能在静载荷作用下产生。 变应力可能由变载荷产生，也可能由静载荷产生，如图所示，在静载荷作用下，转动心轴上a点的应力和滚动轴承外圈表面上a点的应力均为变应力。 * * 第五页，共二十一页，2022年，8月28日 4.2 Static Strength of Machine Elements 机械零件的静强度 在静应力作用下，机械零件的失效形式主要是断裂(fracture)和塑性变形(plastic deformation)，相应的强度条件可表示为 ? ——零件的最大正应力(maximum normal stress)，可由拉伸(tension)、压缩(compression)、弯曲(bending)等产生； ? ——零件的最大切应力(maximum shear stress)，可由扭转(torsion)、剪切(shear)等产生； [ ? ] 、[ ? ] ——许用正应力(allowable normal stress)、许用切应力(allowable shear stress)，也可用? P、? P表示； ? lim 、? lim ——材料的极限正应力(limit normal stress)、极限切应力(limit shear stress)； [ S? ] 、[ S? ] ——对应于正应力、切应力的许用安全系数(allowable safety factor)。 * * 第六页，共二十一页，2022年，8月28日 上述强度条件也可用安全系数来表示 S?、S? ——对应于正应力和切应力的计算安全系数(calculated safety factor)。 若材料为塑性材料，应力达到屈服应力(yield stress)时，材料就发生塑性变形(plastic deformation)，因此，取?lim=?S (屈服极限应力)，?lim=?S 。若材料为脆性材料(brittle materials)，则取?lim=?B (拉伸静强度极限应力) ，?lim=?B 。 如果零件所受的应力状态为双向、三向应力状态时，需按材料力学的强度理论来计算零件的最大工作应力。 * * 第七页，共二十一页，2022年，8月28日 在变应力作用下，机械零件的主要失效形式是疲劳断裂(fatigue fracture)。表面无缺陷的金属材料，其疲劳断裂过程分为两个阶段：第一阶段是零件表面上应力较大