1 / 51

第 四 章

機 械 設 計. 第 四 章. 不同型態負荷的設計. 4-1 負荷型態. 靜態負荷. 完全反向覆變負荷. 變動負荷. 震動或衝擊負荷. 任意負荷. 4-2 應力型態. 一般變動應力. 靜態應力. 完全反向覆變應力. 材料疲勞試驗. V. =0. [ 例題 ] 對圖示 平板彈簧，求 其最大應力、 最小應力、平 均應力與交替 應力。 已知 L=65mm 、 t=0.80mm 、 b=6.0mm ， 撓度 y min =3.0mm 、 y max =8.0mm 。. [ 解 ] 附錄 6. 附錄 3 ：鋼之彈性

mulan
Download Presentation

第 四 章

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 機 械 設 計 第 四 章 不同型態負荷的設計

  2. 4-1 負荷型態 靜態負荷 完全反向覆變負荷 變動負荷 震動或衝擊負荷 任意負荷

  3. 4-2 應力型態 一般變動應力

  4. 靜態應力

  5. 完全反向覆變應力 材料疲勞試驗

  6. V =0

  7. [例題] 對圖示 平板彈簧，求 其最大應力、 最小應力、平 均應力與交替 應力。已知 L=65mm、 t=0.80mm、 b=6.0mm， 撓度 ymin=3.0mm、 ymax=8.0mm。

  8. [解] 附錄6 附錄3：鋼之彈性 模數 E=207GPa

  9. 4-3 疲勞強度 材料抵抗疲勞負荷的能力稱為疲勞強度。 疲勞強度 endurance strength 在疲勞應力作用下，材料可在某固定次數 週期性負荷下確保安全。 若此週期數為無限多次時，當時的應力值 稱為耐久限(endurance limit)。

  10. 對於沒有耐久限的材料(如鋁)，在某一疲勞強度對於沒有耐久限的材料(如鋁)，在某一疲勞強度 下致使破壞的週期數應該加以記錄。

  11. 4-4 影響疲勞強度的因素 ․斷面尺寸：尺寸因數 CS ․材料材質：材質因數 Cm

  12. ․表面光製：表面加工情況會影響疲勞強度

  13. ․應力型態：應力型式因數 Cst

  14. ․應力集中：疲勞破壞常發生在應力集中處 ․材料缺陷 ․溫度 ․不均勻的材料性質 ․殘留應力 ․腐蝕和環境因素 ․材料氮化處理可提高疲勞強度

  15. 4-5 估計真實疲勞強度 [例題4-2] 一直徑1.75 in，由AISI 1050冷拉鋼 切削而成的軸，在承受旋轉彎曲負荷下，估 算其疲勞強度為何？ [解] 附錄3：1050冷拉鋼之抗拉(極限)強度為100ksi 再利用圖5-9：切削加工曲線

  16. 38

  17. 直徑1.75 in 鍛鋼 彎曲負荷

  18. [例題4-3] 一極限強度為120 ksi之切削加工鑄鋼 拉力桿，斷面尺寸為1.50 in平方，若承受完全 反向覆變軸向力，試估算其疲勞強度為何？ [解] 利用圖5-9：切削加工曲線

  19. 44

  20. 直徑1.50 in 鑄鋼 軸向拉力

  21. [例題4-4] 一熱軋AISI 1137鋼製成之直徑25 mm圓 棒，若此棒用以承受完全反向扭轉負荷，試估算 其疲勞強度為何？ [解] 附錄3：1137熱軋鋼之抗拉(極限)強度為607 MPa 再利用圖5-9：熱軋曲線

  22. 180

  23. 直徑25 mm 鍛鋼 完全反向扭轉負荷

  24. 4-6 對不同型態負荷的設計 ․機械元件在使用時，實際應力應不大於 設計應力，即可達安全的要求。設計應 力亦可稱工作應力、容許應力，或安全 應力。

  25. 4-7 破壞的預估 預測破壞的理論： 最大正向應力理論 最大剪應力理論 (又稱 von Mises理論) 最大畸變能理論 Soderberg準則

  26. 最大正向應力理論 當最大正向應力超過材料的極限強度時， 材料將產生破壞。 適用於脆性材料的破壞預測。

  27. 最大剪應力理論 當最大剪應力超過材料在拉伸實驗中 試片開始降伏時的最大剪應力時，材 料將產生降伏。 常用於延性材料在完全反覆正向應力、 剪應力，或二者結合下的設計使用。

  28. (von Mises理論) 最大畸變能理論 可非常準確的預測延性材料在承受靜態負荷 或完全反覆正向應力、剪應力，或二者合成 應力時的破壞。

  29. 1 2 莫爾圓

  30. 對變動應力而言的Soderberg準則 變動應力是指零件承受一平均應力再加上 一交替應力。

  31. 4-8 設計因數，N 設計因數是一衡量元件受負載情況下的相對 安全性指標。 設計因數，N，的定義如下 設計應力有時也稱容許應力；機械元件在使 用時的實際應力應小於此設計應力。

  32. 在課本中建議的設計因數為 1. 對結構或機械元件在正常情況下。選用 延性材料，且材料性質、負荷及應力分 析的正確性仍有些疑問時，用N = 3。 2. 靜態結構。選用延性材料，且材料性質、 負荷及操作情況都已確知時，用N = 2。 3. 靜態結構。選用脆性材料，且材料性質、 負荷及操作情況都已確知時，用N = 3。

  33. 4. 機械元件。選用脆性材料，且材料性質、 負荷及應力分析都不確定時，用N = 4或更 高。 5. 機械元件。選用延性材料，且材料性質、 負荷及應力分析都不確定時，特別是在震 動或衝擊負荷下，用N = 4或更高。

  34. 4-9 決定設計因數或設計應力的方法 使用符號定義如下

  35. 情況A：靜態負荷下的脆性材料 情況A1：拉應力 設計應力 情況A2：壓應力

  36. 情況A：靜態負荷下的脆性材料 (續) 情況A3：雙軸向應力 先求出主應力 1 與 2 若 1 與 2 皆為拉應力  使用情況 A1 若 1 與 2 皆為壓應力  使用情況 A2 若 1 與 2 為一正一負，則

  37. 情況B：疲勞負荷下的脆性材料 疲勞負荷下通常都不使用脆性材料 ，故此 情況下無適當公式可用，僅能依實驗以確 保安全。

  38. 情況C：靜態負荷下的延性材料 情況C1：最大剪應力理論

  39. 情況C：靜態負荷下的延性材料 (續) 情況C2：畸變能理論 先求出主應力 1與 2

  40. 情況D：完全反向覆變正向應力 先求出覆變應力 的最大振幅值 (max)

  41. 情況E：完全反向扭轉剪應力 若最大振幅值為 max 情況E1：最大剪應力理論

  42. 情況E：完全反向扭轉剪應力 (續) 最大振幅值為 max max 情況E2：畸變能理論

  43. 情況F：完全反向合成應力 先求出最大剪應力 max 情況F1：最大剪應力理論 情況F2：畸變能理論

  44. 情況G：變動正向應力：Soderberg 準則

  45. 情況H：變動剪應力

  46. 情況 I：變動合成應力 情況 I1：最大剪應力理論 先求出最大平均剪應力 max及最大交替 剪應力 max

  47. 情況 I：變動合成應力 (續) 情況 I2：畸變能理論 先求出最大平均主應力 1m、最小平均 主應力 2m、最大交替主應力1a及最 小交替主應力2a

More Related