机械设计基础 力学基础

1 机械零件工作能力及变形形式2 轴的拉伸和压缩3 剪切和挤压4 圆轴的扭转5 弯曲6 疲劳强度概述 工作能力：机械零件不发生失效的安全工作限度。 失效：零件丧失工作能力或达不到设计要求。 破坏 常见失效形式：断裂、塑性变形、疲劳破坏、表面磨损、过大的弹性变形、连接松动、打滑等。 对受载零件而言，零件的工作能力为承载能力，主要包括强度和刚度两个方面。强度：指零件在外载下抵抗断裂和塑性变形的能力。刚度：指零件在外载下抵抗过大弹性变形的能力。 刚度不足影响强度刚度不足影响加工精度 1. 拉伸2. 压缩 3. 挤压和剪切4. 扭转5. 弯曲 F F受拉 拉伸变形FF受压 压缩变形FF 外力 内力平衡方程：F x=0 FA=F 根据内力并不能判断轴的强度。应力：截面上单位面积所受内力。应力单位：MPa=N/mm 2根据应力也不能判断轴的强度。 低碳钢拉伸时的力学性能 标准试样尺寸d0，L0拉伸试验力-伸长量线图消除尺寸影响： F 应力 =F/A 0 l 应变 =l/L0 应力-应变线图：Oa段+ab段，弹性变形，a点应力，b点应力。：bc段，不增大载荷时，应变明显增大，失去抵抗，称为屈服现象，最低点c点应力。 lim =s：cd段，增大变形，需增大拉力，称为材料的强化，最高点d点应力。：de段，试件局部变细，出现颈缩现象，继续变形所需拉力减小，e点试样断裂。 铸铁拉伸时的力学性能 弹性变形无直线部分无屈服现象和颈缩现象断裂时强度极限不高，应变小 lim =b 金属材料压缩时的力学性能 低碳钢受压 铸铁受压 铸铁抗压能力大于抗拉能力。 胡克定律和泊松比低碳钢拉伸试验时，在比例极限内，应力与应变成正比。E，碳钢一般E=190210 GPa 零件轴向拉压时要满足强度条件： 名义载荷Fca=KF，Tca=KT，Pca=KPK载荷系数 应力的分类应力静应力变应力 r=1 静应力 r = -1 对称循环应力 r=0 脉动循环应力 非对称循环应力 Fn a a0 tt0 静 应 力 只 能 由 静 载 荷 产 生 ，变 应 力 可 能 由 变 载 荷 或 静 载 荷产 生 。 在 变 应 力 下 ， 零 件 的 主 要失 效 形 式 为 ： 疲 劳 破 坏 u 最 大 应 力 远 小 于 材 料 极 限 应 力 。u 疲劳断口：无明显塑性变形的脆性突然断裂。u 疲劳断裂是微观损伤累积到一定程度的结果。产 生 微 小 裂 纹 疲劳断裂具有以下特征： u 断裂面累积损伤区：表面光滑；折断区：表面粗糙。表面光滑表面粗糙微 裂 纹 逐 渐 扩 展突 然 脆 性 断 裂