1、1 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 工业设计机械基础工业设计机械基础 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 第第三三章章 机械设计力学基础机械设计力学基础 1 2 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 1 1 机械零件机械零件工作能力及变形形式工作能力及变形形式 一、机械零件的工作能力一、机械零件的工作能力 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。 2 3
2、 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 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 3 4 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 二、机械零件变形的基本形式二、机械零件变形的基本形式 1. 拉伸2. 压缩 4 5 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 3. 挤压和剪切4. 扭转 5. 弯曲 5 6 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 2 2 轴的拉伸和压缩轴的拉伸和压缩 一一、横截面上的内力和
3、应力、横截面上的内力和应力 FF 受拉 拉伸变形 F F 受压 压缩变形 F F 6 7 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 外力 内力 平衡方程：Fx=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/mm2 根据应力也不能判断轴的强度。 7 8 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 二、金属材料的力学性能二、金属材料的力学性能 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/A0 l 应变 =l/L0 8 9 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 应力-
4、应变线图 弹性阶段弹性阶段：Oa段+ab段，弹性 变形，a点应力比例极限比例极限，b点 应力弹性极限弹性极限。 屈服阶段屈服阶段：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 力屈服极限屈服极限 s s 。 lim =s 强化阶段强化阶段：cd段，增大变形， 需增大拉力，称为材料的强化 ，最高点d点应力强强度度极限极限 b b 。 颈缩阶段颈缩阶段：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。 9 10 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 10 11 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 铸铁拉伸时的力学性能
5、 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 11 12 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 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。 12 13 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 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弹性模量弹性模量，碳钢一般E=190210 GPa 13 14 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 三三、轴向拉压的强度条件、轴向拉压的强度条件 零件轴向拉压时要满足强度条件： 名义载荷 Fca=KF，Tca=KT，Pca=KP K载
6、荷系数 26 27 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 应力的分类 应力 静应力 变应力 27 28 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 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 28 29 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 F n a a 0 t t 0 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 29 30 第三章第三章 机械设计力学基础机械设计力学基础 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 二、疲劳破坏二、疲劳破坏 30
