机械设计手册-销轴-接触应力计算全面讨论
传递动力的高副机构，如摩擦轮、凸轮齿轮、链轮传动、滚动轴承、滚动螺旋等，都有接触强度问题，自然也涉及到接触应力。在此对接触应力计算作较为全面的讨论。
两曲面的弹性体在压力作用下，相互接触时，都会产生接触应力，传递动力的高副机构在工作中往往出现的是交变应力，受交变接触应力的机器零件在一定的条件下会出现疲劳点蚀的现象，点蚀扩散到一定程度，零件就不能再用了，也就是说失效了，这样失效的形式称之为疲劳点蚀破坏，在ISO标准中是以赫兹应力公式为基础的。本文较为集中地讨论了几种常见曲面的赫兹应力公式及常用机械零件的接触应力计算方法，便于此类零件的设计及强度验算。
1 任意两曲面体的接触应力
1.1 坐标系
图1所示为一曲面体的一部分，它在E点与另外一曲面体相接触，E点称为初始接触点。取曲面在E点的法线为z轴，包括z轴可以有无限多个剖切平面，每个剖切平面与曲面相交，其交线为一条平面曲线，每条平面曲线在E点有一个曲率半径。不同的剖切平面上的平面曲线在E
点的曲率半径一般是不相等的。这些曲率半径中，有一个最大和最小的曲率半径，称之为主曲率半径，分别用R′和R表示，这两个曲率半径所在的方向，数学上可以证明是相互垂直的。平面曲线AEB所在的平面为yz平面，由此得出坐标轴x和y的位置。任何相接触的曲面都可以用这种方法来确定坐标系。由于z轴是法线方向，所以两曲面在E点接触时，z轴是相互重合的，而x1和x2之间、y1和y2之间的夹角用Φ表示(图2所示)。
图1 曲面体的坐标
图2 坐标关系及接触椭圆
1.2 接触应力
两曲面接触并压紧，压力P 沿z 轴作用，在初始接触点的附近，材料发生局部的变形，靠接触点形成一个小的椭圆形平面，椭圆的长半轴a 在x 轴上，短半轴b 在y 轴上。椭圆形接触面上各点的单位压力大小与材料的变形量有关，z 轴上的变形量大，沿z 轴将产生最大单位压力P 0。其余各点的单位压力P 是按椭圆球规律分布的。
其方程为
单位压力
总压力 P 总＝∫PdF ∫dF 从几何意义上讲等于半椭球的体积，故
接触面上的最大单位压力P 0称为接触应力σH
（1）
a 、
b 的大小与二接触面的材料和几何形状有关。
2 两球体的接触应力
半径为R1、R2的两球体相互接触时，在压力P的作用下，形成一个半径为a的圆形接触面积即a＝b(图4)，由赫兹公式得
式中：E1、E2为两球体材料的弹性模量；μ1、μ2为两球体材料的泊松。
图4 两球体外接触
取综合曲率半径为R，则
若两球体的材料均为钢时，E1＝E2＝E，μ1＝μ2＝μ＝0．3，则
（2）
如果是两球体内接触(图5)，综合曲率半径为，代入式(2)计算即可求出接触应力σH。如果是球体与平面接触，即R2＝∞，则R＝R1代入式(2)计算即可。
图5 两球体内接触
3 轴线平行的两圆柱体相接触时的接触应力
轴线平行的两圆柱体接触时，变形前二者沿一条直线接触，压受力P后，接触处发生了弹性变形，接触线变成宽度为2b的矩形面(图6)，接触面上的单位压力按椭圆柱规律分布。变形最大的x轴上压力最大，以P0表示，接触面上其余各点的压力按半椭圆规律分布，如图7
，
半椭圆柱的体积等于总压力P ，故
图6 两圆柱体接触
图7 轴线平行的两圆柱体相接触的压力分布
最大单位压力
（3）
由赫兹公式知
代入式(3)，得
若两圆柱体均为钢时，E1＝E2＝E，μ1＝μ2＝0．3，取则接触应力为
若为两圆柱体内接触(图8)，则以代入式(4)计算。若是圆柱体与平面接触，则R2＝∞，R＝R1代入式(4)计算。
4 机械零件的接触应力计算
4.1 摩擦轮传动
金属摩擦轮传动失效的主要形式是滚动体表面的疲劳点蚀，常按接触疲劳强度设计，来验算
滚动体接触表面上的接触应力。对于圆盘与摩擦轮的传动(图9)，将滚动体的压紧力代入赫兹应力公式，可得
图8 两圆柱体内接触
图9 圆盘与摩擦轮接触
式中：T 为摩擦轮轴上转矩；f 为摩擦系数；b 为接触长度；S 为摩擦力裕度，在动力传动中取1.25～1.5，在仪器传动中取不大于3。
4.2 齿轮传动
一对齿轮在节点外接触，相当于半径为ρ1、ρ2的两个圆柱体相接触(图10)，因此也用式
(4)来求接触应力
图10 一对齿轮在节点处接触的接触应力
代入式(4)，便可得出轮齿表面的接触应力公式，进而导出齿轮传动接触强度的设计计算式。
4.3 凸轮机构
凸轮机械中滚子与凸轮工作面也存在着接触应力，也可以用式(4)进行校核
式中：q ＝P ／L ，P 为凸轮与推杆间在所校核的接触处的法向压力，常见的直动滚子推杆盘形凸轮机构法向压力如图11所示。
式中：Q 为推杆上的载荷；α为压力角；f 为导槽与推杆间摩擦系数；L a 为推杆上滚子中心伸出导槽的长度。
4.4 滚柱式离合器(图12)
当离合器进入接合状态时，滚柱被楔紧在星轮和套筒间，靠套筒随星轮一同回转。
图11 凸轮机构的受力
图12 滚柱式定向离合器简图
星轮工作面的坐标为作用在滚柱的力对离合器轴心的力臂为
若传递的传矩为M k 时，作用在滚柱上的力为
滚柱和星轮的接触是圆柱体和平面相接触，所以综合曲率半径单位长度的载荷q＝Q／L，代入式(4)即可得出滚柱和星轮间的接触应力公式
式中：L为滚柱长度；d为滚柱直径。
4.5 滚动轴承的滚动体与滚道间的接触应力
滚子轴承的滚子与内环的接触相当于两圆柱体外接触(图13)，综合曲率半径
单位长度上的载荷代入式(4)，便可得出受力最大的滚子与内环接触处的接触应力
式中：P为受力最大的滚子所承受的力；L为滚子工作长度。
图13
5 结语
(1)通过对曲面间高副接触应力的分析，对赫兹公式进一步作了改进，得到了4个接触应力计算公式。
(2)有些机械零件，如上述讨论的齿轮，摩擦轮、滚动轴承等都是工作在高的接触压力作用下，经过多次接触应力循环下，局部表面将发生小片或小块金属剥落，形成麻点或凹坑，使零件工作时噪音增大，振动加剧。本文对以上这类零件的接触应力都给出了具体的计算公式。
机械设计手册-销轴-接触应力计算全面讨论
传递动力的高副机构，如摩擦轮、凸轮齿轮、链轮传动、滚动轴承、滚动螺旋等，都有接触强度问题，自然也涉及到接触应力。在此对接触应力计算作较为全面的讨论。 两曲面的弹性体在压力作用下，相互接触时，都会产生接触应力，传递动力的高副机构在工作中往往出现的是交变应力，受交变接触应力的机器零件在一定的条件下会出现疲劳点蚀的现象，点蚀扩散到一定程度，零件就不能再用了，也就是说失效了，这样失效的形式称之为疲劳点蚀破坏，在ISO 标准中是以赫兹应力公式为基础的。本文较为集中地讨论了几种常见曲面的赫兹应力公式及常用机械零件的接触应力计算方法，便于此类零件的设计及强度验算。 1 任意两曲面体的接触应力 1.1 坐标系 图1所示为一曲面体的一部分，它在E点与另外一曲面体相接触，E点称为初始接触点。取 曲面在E点的法线为z轴，包括z轴可以有无限多个剖切平面，每个剖切平面与曲面相交，其交线为一条平面曲线，每条平面曲线在E点有一个曲率半径。不同的剖切平面上的平面曲线在E 点的曲率半径一般是不相等的。这些曲率半径中，有一个最大和最小的曲率半径，称之为主曲率半径，分别用R 和R表示，这两个曲率半径所在的方向，数学上可以证明是相互垂直的。平面曲线AEB所在的平面为y平面，由此得岀坐标轴x和y的位置。任何相接触的曲面都可以用这种方法来确定坐标系。由于z轴是法线方向，所以两曲面在E点接触时，z轴是相互重合的，而x i和X2之间、y和y之间的夹角用①表示（图2所示）
(1) 1.2 接触应力 两曲面接触并压紧，压力 P 沿z 轴作用，在初始接触点的附近，材料发生局部的变形， 靠接 触点形成一个小的椭圆形平面， 椭圆的长半轴 a 在x 轴上，短半轴b 在y 轴上。椭圆形接触面上 各点的单位压力大小与材料的变形量有关， z 轴上的变形量大，沿 z 轴将产生最大单位压力 P o o 其余各点的单位压力 P 是按椭圆球规律分布的。 / dF 从几何意义上讲等于半椭球的体积，故 二 2血珂 总一 3 接触面上的最大单位压力 P o 称为接触应力（T H a 、 b 的大小与二接触面的材料和几何形状有关。 2两球体的接触应力 图1曲面体的坐标 图2坐标关系及接触椭圆 其方程为 单位压力 总压力
等效应力计算公式(习题教学)
stress intensity （应力强度），是由第三强度理论得到的当量应力，其值为第一主应力减去第三主应力。Von Mises是一种屈服准则,屈服准则的值我们通常叫等效应力。Ansys后处理中"Von Mises Stress"我们习惯称Mises等效应力，它遵循材料力学第四强度理论(形状改变比能理论)。 一般脆性材料，如铸铁、石料、混凝土，多用第一强度理论。考察绝对值最大的主应力。 一般材料在外力作用下产生塑性变形，以流动形式破坏时，应该采用第三或第四强度理论。压力容器上用第三强度理论（安全第一），其它多用第四强度理论。 von mises stress的确是一种等效应力，它用应力等值线来表示模型内部的应力分布情况，它可以清晰描述出一种结果在整个模型中的变化，从而使分析人员可以快速的确定模型中的最危险区域。 一．屈服准则的概念 1 ．屈服准则 A.受力物体内质点处于单向应力状态时，只要单向应力大到材料的屈服点时，则该质点开始由弹性状态进入塑性状态，即处于屈服。 B.受力物体内质点处于多向应力状态时，必须同时考虑所有的应力分量。在一定的变形条件（变形温度、变形速度等）下，只有当各应力分量之间符合一定关系时，质点才开始进入塑性状态，这种关系称为屈服准则，也称塑性条件。它是描述受力物体中不同应力状态下的质点进入塑性状态并使塑性变形继续进行所必须遵守的力学条件，这种力学条件一般可表示为 f（σij）＝ C 又称为屈服函数，式中 C 是与材料性质有关而与应力状态无关的常数，可通过试验求得。 屈服准则是求解塑性成形问题必要的补充方程。 屈雷斯加（ H.Tresca ）屈服准则 当受力物体（质点）中的最大切应力达到某一定值时，该物体就发生屈服。或者说，材料处于塑性状态时，其最大切应力是一不变的定值，该定值只取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。所以又称最大切应力不变条件。 屈雷斯加屈服准则的数学表达式：
荷载计算公式
荷载计算公式
100mm钢筋混凝土板0.1x25=2.5KN/m2 板底20mm石灰砂浆0.02x17=0.34KN/m2 考虑装修面层0.7KN/m2 总计3.94KN/m2取4.1KN/m2 活载：住宅楼面活载取2.0KN/m2 90mm厚板：
恒载：20mm水泥砂浆面层0.02x20=0.4KN/m2 90mm钢筋混凝土板0.09x25=2.25KN/m2 板底20mm石灰砂浆0.02x17=0.34KN/m2 考虑装修面层0.7KN/m2 总计3.69KN/m2取3.9KN/m2 活载：住宅楼面活载取2.0KN/m2 2屋面荷载 =9.84x0.6=5.91取5.91KN/m q 2 q =9.84x0.7=6.89取6.89KN/m 3 墙高(3.0-0.5)=2.5m取层高3000mm， =2.5x4.1=10.25取10.25KN/m 无窗时：q 1 有窗时： =10.25x0.9=9.23取9.23KN/m q 2
q =10.25x0.7=7.18取7.18KN/m 3 q =10.25x0.6=6.15取6.15KN/m 4 墙高(3.00-0.4)=2.6m取层高3000mm， =2.7x4.1=10.66取10.66KN/m 无窗时：q 1 =10.66x0.9=9.6取9.6KN/m 有窗时：q 2 =10.66x0.7=7.47取7.47KN/m q 3 =10.66x0.6=6.34取6.34KN/m q 4 （3）方式1.1×3.1×15×2.5=128Kg 铝单板重量=面积×厚度×密度2.7 =1.2×1.1×2.5×2.7=9Kg 玻璃的重量比铝单板要大，故载荷计算以较重的玻璃为例； 荷载计算：内部荷载=玻璃重量+工人体重+工具重量 =216Kg+75Kg×2+20Kg=386Kg<体重按平均75Kg一人>
计算斜齿圆柱齿轮传动的接触应力
计算斜齿圆柱齿轮传动的接触应力时，推导计算公式的出发点和直齿圆柱齿轮相似，但要考虑其以下特点：啮合的接触线是倾斜的，有利于提高接触强度 ；重合度大，传动平稳。 齿轮的计算载荷 为了便于分析计算，通常取沿齿面接触线单位长度上所受的载荷进行计算。沿齿面接触线单位长度上的平均载荷P （单位为N/mm ）为 P= L F n Fn ——作用在齿面接触线上的法向载荷 L ——沿齿面的接触线长，单位mm 法向载荷Fn 为公称载荷，在实际传动中，由于齿轮的制造误差，特别是基节误差和齿形误差的影响，会使法面载荷增大。此外，在同时啮合的齿对间，载荷的分配不是均匀的，即使在一对齿上， 载荷也不可能沿接触线均匀分布。因此在计算载荷的强度时，应按接触线单位长度上的最大载荷，即计算P ca 位N/mm ）进行计算。即 Pca = KP =K L F n K ——载荷系数 载荷系数K 包括 ：使用系数AK ，动载系数VK ，齿间载荷分配系数αK 及齿向载荷分布数βK ，即 K =K A K V K αK β 使用系数K A 是考虑齿轮啮合时外部领接装置引起的附加动载荷影响的系数。 查表的K A =1.35 动载系数K V 齿轮传动制造和装配误差是不可避免的，齿轮受载后还要发生弹性变形，因此引入了动载系数 取K V =1.05 齿间载荷系数K α 齿轮的制造精度8精度 K α= 1.1 齿向荷分配系数K β 载荷系数 1.7152A V K K K K K αβ==齿轮： 齿轮： d 1=m n z/cos β=15.2 齿轮齿顶高：h a1= (h *a1+X n )*m n =2.5
机械零件的强度计算.
第三章 机械零件的强度计算 第0节 强度计算中的基本定义 一． 载荷 1. 按载荷性质分类： 1) 静载荷：大小方向不随时间变化或变化缓 慢的载荷。 2) 变载荷：大小和（或）方向随时间变化的 载荷。 2. 按使用情况分： 1) 公称载荷（名义载荷）： 按原动机或工作机的额定功率计算出的载荷。 2) 计算载荷：设计零件时所用到的载荷。 计算载荷与公称载荷的关系： F ca =kF n M ca =kM n T ca =kT n 3) 载荷系数：设计计算时，将额定载荷放大 的系数。 由原动机、工作机等条件确定。 二． 应力 2．按强度计算使用分 1) 工作应力：由计算载荷按力学公式求得的应力。 2) 计算应力：由强度理论求得的应力。 3) 极限应力：根据强度准则 、材料性质和 应力种类所选择的机械性能极限值σlim 。 4) 许用应力：等效应力允许达到的最大值。[σ]= σlim /[s σ] 稳定变应力 非稳定变应力 对称循环变应力 脉动应力 规律性非稳定变应力 随机性非稳定变应力 静应力 对称循环变应力 脉动应力 σ周期变应力
第1节 材料的疲劳特性 一． 疲劳曲线 1． 疲劳曲线 给定循环特征γ=σlim /σmax ，表示应力循 环次数N 与疲劳极限σγ的关系曲线称为疲 劳曲线（或σ-N ）。 2． 疲劳曲线方程 1) 方程中参数说明 a) 低硬度≤350HB ，N 0=107 高硬度>350HB ，N 0=25×107 b) 指数m ： c) 不同γ，σ-N 不同；γ越大，σ也越大。… 二、 限应力线图 1) 定义：同一材料，对于不同的循环特征进行试验， 求得疲劳极限，并将其绘在σm -σa 坐标系上，所得的曲线称为极限应力线图。 C N N m m N ==0γγσσr N N k m N N σσσγγ==0 m N N k N 0=整理： 即： 其中： N 0--循环基数 σγ--N 0时的疲劳极限 k N --寿命系数 用线性坐标表示的 疲劳曲线 N D
钢筋的等效应力计算
在荷载效应的标准组合下，钢筋混凝土构件受拉区纵向钢筋的应力或预应力混凝土构件受拉区纵向钢筋的等效应力可按下列公式计算： 1钢筋混凝土构件受拉区纵向钢筋的应力 1)轴心受拉构件 σsk=N k/A s 2)偏心受拉构件 σsk=N k e'/A s(h0-a's) 3)受弯构件 σsk=M k/0.87h0A s 4)偏心受压构件 σsk=N k(e-z)/A s z z=[0.87-0.12(1-r'f)(h0/e)2]h0 e=ηs e0+y s γ'f=(b'f-b)h'f/bh0 ηs=1+1/4000e0/h0(l0/h)2 式中 A s--受拉区纵向钢筋截面面积：对轴心受拉构件，取全部纵向钢筋截面面积；对偏心受拉构件，取受拉较大边的纵向钢筋截面面积；对受弯、偏心受压构件，取受拉区纵向钢筋截面面积； e'--轴向拉力作用点至受压区或受拉较小边纵向钢筋合力点的距离； e--轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离； z--纵向受拉钢筋合力点至截面受压区合力点的距离，且不大于0.87h0; ηs--使用阶段的轴向压力偏心距增大系数，当l0/h≤14时，取ηs=1.0； y s--截面重心至纵向受拉钢筋合力点的距离； γ'f--受压翼缘截面面积与腹板有效截面面积的比值； b'f、h'f--受压区翼缘的宽度、高度；在公式(8.1.3-7)中，当h'f>0.2h0时，取h'f=0.2h0; N k、M k--按荷载效应的标准组合计算的轴向力值、弯矩值。 2预应力混凝土构件受拉区纵向钢筋的等效应力 1)轴心受拉构件 σsk=N k-N p0/A p+A s 2)受弯构件 σsk=M k±M2-N p0(z-e p)/(A p+A s)z ，e=e p+M k±M2/N p0 式中 A p--受拉区纵向预应力钢筋截面面积：对轴心受拉构件，取全部纵向预应力钢筋截面面积；对受弯构件，取受拉区纵向预应力钢筋截面面积； z--受拉区纵向非预应力钢筋和预应力钢筋合力点至截面受压区合力点的距
机械零件的接触应力计算
机械零件的接触应力计算 摘要：传递动力的高副机构，如摩擦轮、凸轮齿轮、链轮传动、滚动轴承、滚动螺旋等，都有接触强度问题，自然也涉及到接触应力。在此对接触应力计算作较为全面的讨论。 关键词：接触应力 赫兹应力公式 高副 两曲面的弹性体在压力作用下，相互接触时，都会产生接触应力，传递动力的高副机构在工作中往往出现的是交变应力，受交变接触应力的机器零件在一定的条件下会出现疲劳点蚀的现象，点蚀扩散到一定程度，零件就不能再用了，也就是说失效了，这样失效的形式称之为疲劳点蚀破坏，在ISO 标准中是以赫兹应力公式为基础的。本文较为集中地讨论了几种常见曲面的赫兹应力公式及常用机械零件的接触应力计算方法，便于此类零件的设计及强度验算。 1 任意两曲面体的接触应力 1.1 坐标系 图1所示为一曲面体的一部分，它在E 点与另外一曲面体相接触，E 点称为初始接触点。取曲面在E 点的法线为z 轴，包括z 轴可以有无限多个剖切平面，每个剖切平面与曲面相交，其交线为一条平面曲线，每条平面曲线在E 点有一个曲率半径。不同的剖切平面上的平面曲线在E 点的曲率半径一般是不相等的。这些曲率半径中，有一个最大和最小的曲率半径，称之为主曲率半径，分别用R′和R 表示，这两个曲率半径所在的方向，数学上可以证明是相互垂直的。平面曲线AEB 所在的平面为yz 平面，由此得出坐标轴x 和y 的位置。任何相接触的曲面都可以用这种方法来确定坐标系。由于z 轴是法线方向，所以两曲面在E 点接触时，z 轴是相互重合的，而x 1和x 2之间、y 1和y 2之间的夹角用Φ表示(图2所示)。 图1 曲面体的坐标 图2 坐标关系及接触椭圆 1.2 接触应力 两曲面接触并压紧，压力P 沿z 轴作用，在初始接触点的附近，材料发生局部的变形，靠接触点形成一个小的椭圆形平面，椭圆的长半轴a 在x 轴上，短半轴b 在y 轴上。椭圆形接触面上各点的单位压力大小与材料的变形量有关，z 轴上的变形量大，沿z 轴将产生最大单位压力P 0。其余各点的单位压力P 是按椭圆球规律分布的。
疲劳分析计算的流程
疲劳分析，从零开始 1 测量应变、应力谱图 （1）衡量应力集中的区域，布置应变片 可以通过模拟（有限元）或试验（原型上涂上一层油漆，待油漆干后施加载荷，油漆剥落的地方应力集中），确定应力集中的区域，然后按左下图在应力集中区域布置三个应变片： 因为材料是各向同性，所以x,y方向并不一定是水平和竖直方向，但两者一定要垂直，中间一个一定要和x,y方向成45°角。三个应变片也可以重叠在一起（见右上图）。 （2）根据测的应变和材料性能，计算应力 测得的三个应变，分别记为ε x , ε y , ε xy 。两个主应力（假设只有弹性变 形）：
其中，E 为材料的杨氏模量，μ为泊松比。根据这两个主应力，可以计算出有些方法可能需要的等效应力（主要目的是将多分量的应力状态转化为一个数值，以方便应用材料的疲劳数据），如米塞斯等效应力： ()() 222122121σσσσσ++-= m 或最大剪应力： ()212 1σσστ-= 实际测量的是应变-时间谱图，应力（或等效应力）-时间谱图可由上述公式计算。 （３）分解谱图 就是对上面测得的应力（应变）－时间谱图进行分解统计，计算出不同应力（包括幅度和平均值）循环下的次数，以便计算累积的损伤。最常用的是雨流法（rainflow counting method ）。 2 获取材料数据 如果载荷频率不高，可以做一组简单的疲劳测试（正弦应力，拉压或弯曲均可，有国家标准）： 得到一条应力-寿命（即循环次数）曲线，即所谓的S-N 曲线：
如果载荷频率较高或温度变化较大，还要测量不同平均应力和不同温度下的S-N 载荷，以便进行插值计算，因为此时平均应力对寿命有影响。也可以根据不同的经验公式（如Ｇｏｏｄｍａｎ准则，Ｇｅｒｂｅｒ准则等），以及其他材料性能（如拉伸强度，破坏强度等），由普通的Ｓ－Ｎ曲线（即平均应力为０）来计算平均应力不为零时对应的疲劳寿命。 如果材料数据极为有限，或者公司很穷很懒不愿做疲劳试验，也可以由材料的强度估算疲劳性能。 如果出现塑性应变，累计损伤一般基于应变－寿命曲线（即Ｅ－Ｎ曲线），所以需要施加应变载荷。 3 损伤计算 到目前为止，疲劳分析基本上是基于经验公式，还没有完全统一的理论。损伤累积的计算方法有很多种，最常用的是线性累计损伤（即Ｍｉｎｅｒ准则），但其结果不保守，计算得到的寿命偏高。 准确度比较高的累计准则是双线性准则，并且计算比“破坏曲线法”要容易，所以，是一个很好的折衷选择。 ４软件开发 很适合使用面向对象语言（如Ｃ＋＋）来设计疲劳分析软件或专家系统。材料，载荷和损伤累计各一个模块，便于扩充。
等效应力计算公式
" stress intensity （应力强度），是由第三强度理论得到的当量应力，其值为第一主应力减去第三主应力。Von Mises是一种屈服准则,屈服准则的值我们通常叫等效应力。Ansys后处理中"Von Mises Stress"我们习惯称Mises等效应力，它遵循材料力学第四强度理论(形状改变比能理论)。 一般脆性材料，如铸铁、石料、混凝土，多用第一强度理论。考察绝对值最大的主应力。 一般材料在外力作用下产生塑性变形，以流动形式破坏时，应该采用第三或第四强度理论。压力容器上用第三强度理论（安全第一），其它多用第四强度理论。 von mises stress的确是一种等效应力，它用应力等值线来表示模型内部的应力分布情况，它可以清晰描述出一种结果在整个模型中的变化，从而使分析人员可以快速的确定模型中的最危险区域。 一．屈服准则的概念 1 ．屈服准则 A.受力物体内质点处于单向应力状态时，只要单向应力大到材料的屈服点时，则该质点开始由弹性状态进入塑性状态，即处于屈服。 B.受力物体内质点处于多向应力状态时，必须同时考虑所有的应力分量。在一定的变形条件（变形温度、变形速度等）下，只有当各应力分量之间符合一定关系时，质点才开始进入塑性状态，这种关系称为屈服准则，也称塑性条件。它是描述受力物体中不同应力状态下的质点进入塑性状态并使塑性变形继续进行所必须遵守的力学条件，这种力学条件一般可表示为 — f（σij）＝ C 又称为屈服函数，式中 C 是与材料性质有关而与应力状态无关的常数，可通过试验求得。 屈服准则是求解塑性成形问题必要的补充方程。 屈雷斯加（）屈服准则 当受力物体（质点）中的最大切应力达到某一定值时，该物体就发生屈服。或者说，材料处于塑性状态时，其最大切应力是一不变的定值，该定值只取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。所以又称最大切应力不变条件。
接触应力计算全面讨论
接触应力计算全面讨论
图1 曲面体的坐标 图2 坐标关系及接触椭圆 1.2 接触应力 两曲面接触并压紧，压力P 沿z 轴作用，在初始接触点的附近，材料发生局部的变形，靠接触点形成一个小的椭圆形平面，椭圆的长半轴a 在x 轴上，短半轴b 在y 轴上。椭圆形接触面上各点的单位压力大小与材料的变形量有关，z 轴上的变形量大，沿z 轴将产生最大单位压力P 0。其余各点的单位压力P 是按椭圆球规律分布的。 其方程为 单位压力 总压力 P 总＝∫PdF ∫dF 从几何意义上讲等于半椭球的体积，故 接触面上的最大单位压力P 0称为接触应力σH （1） a 、 b 的大小与二接触面的材料和几何形状有关。 2 两球体的接触应力
半径为R1、R2的两球体相互接触时，在压力P的作用下，形成一个半径为a的圆形接触面积即a＝b(图4)，由赫兹公式得 式中：E1、E2为两球体材料的弹性模量；μ1、μ2为两球体材料的泊松。 图4 两球体外接触 取综合曲率半径为R，则 若两球体的材料均为钢时，E1＝E2＝E，μ1＝μ2＝μ＝0．3，则 （2） 如果是两球体内接触(图5)，综合曲率半径为，代入式(2)计算即可求出接触应力σH。如果是球体与平面接触，即R2＝∞，则R＝R1代入式(2)计算即可。
图5 两球体内接触 3 轴线平行的两圆柱体相接触时的接触应力 轴线平行的两圆柱体接触时，变形前二者沿一条直线接触，压受力P 后，接触处发生了弹性变形，接触线变成宽度为2b 的矩形面(图6)，接触面上的单位压力按椭圆柱规律分布。变形最大的x 轴上压力最大，以P 0表示，接触面上其余各点的压力按半椭圆规律分布，如图7 ， 半椭圆柱的体积等于总压力P ，故 图6 两圆柱体接触 图7 轴线平行的两圆柱体相接触的压力分布 最大单位压力 （3）
机械结构分析中的等效载荷与等效结构反求方法
机械结构分析中的等效载荷与等效结构反求方法 摘 要：本文研究分析了机械结构等效载荷反求法与等效结构反求法两种原始参数反求的方法。等效载荷反求法通过应用有限元刚度方程进行解析求解，反求出未知结构对已知结构的作用载荷，获得结构分析所需的原始参数，该方法计算简单可靠。而等效结构法是对原始结构还原的一种方法，结合有限元与优化技术进行迭代求解，该方法能够反求出更多的信息，适用范围更广。 关键词：反求；有限元；优化；等效我荷；等效结构 机械结构分析是机械设计过程中重要的一环。无论在新产品开发还是原产品的改进中，尤其是在模仿设计时，容易存在技术资料缺失的情况，要保证设计的可靠进行，如何获取结构分析所需的原始参数是一个有待研究的问题。原始参数还原是再设计进行的基础，只有通过参数还原才能提炼出再设计需要的基本参考数据。原始设计参数还原受到诸多随机因素的影响，也许无法找到原始值，但可以使反求参数在满足工程需要的精度内接近于原始参数。 目前参数反求集中在材料参数反求与结构参数反求。其反求方法大都采用有限元软件与优化算法相结合，即用优化方法不断调整参数值，最终使一定参数下有限元的计算结果与试验测量值之差在最小二乘意义下最小。对简单问题一般采用基于梯度的优化算法，对复杂而局部最优点多的问题采用遗传算法。文中结合桥吊扩轨改造的工程实际问题，根据结构分析的特点，得出原始参数反求的两种方法：等效载荷反求法和等效结构反求法。等效载荷反求法是通过反求出未知结构对已知结构的等效载荷，从而获得设计所需的原始载荷数据资料。等效结构反求法则是反求出结构的未知几何尺寸，还原结构，为进一步结构分析作准备。文中叙述了这两种反求方法的思路及其特点。 1 等效载荷反求法 该方法实际上反求的是未知结构作用于已知结构上的等效载荷，即未知结构与已知结构间的相互作用力和力偶。把未知的结构力学参数用等效载荷来代替，而未知结构与已知结构问的相互作用载荷可以应用有限元建立刚度方程进行求解。把已知结构的位移分为3类：位移边界条件的节点位移0u 、内部的节点位移e u 与未知结构连接的界面位移j u ；，它们对应的节点荷载分别是0F 、e F 、j F 。将
计算公式
4.3.2 单筋矩形截面承载能力计算 矩形截面通常分为单筋矩形截面和双筋矩截面两种形式。只在截面的受拉区配有纵向受力钢筋的矩形截面，称为单筋矩形截面（图4-10）。不但在截面的受拉区，而且在截面的受压区同时配有纵向受力钢筋的矩形截面，称为双筋矩形截面。需要说明的是，为了构造上的原因（例如为了形成钢筋骨架），受压区通常也需要配置纵向钢筋。这种纵向钢筋称为架立钢筋。架立钢筋与受力钢筋的区别是：架立钢筋是根据构造要求设置，通常直径较细、根数较少；而受力钢筋则是根据受力要求按计算设置，通常直径较粗、根数较多。受压区配有架立钢筋的截面，不是双筋截面。 图4-10 单筋矩形截面 根据4.3.1的基本假定，单筋矩形截面的计算简图如图4-11所示。
图4-11 单筋矩形截面计算简图 为了简化计算，受压区混凝土的应力图形可进一步用一个等效的矩形应力图代替。矩形应力图的应力取为α1f c(图4-12），f c为混凝土轴心抗压强度设计值。所谓“等效”，是指这两个图不但压应力合力的大小相等，而且合力的作用位置完全相同。 图4-12 受压区混凝土等效矩形应力图 按等效矩形应力计算的受压区高度x与按平截面假定确定的受压区高度x o之间的关系为: (4-7) 系数α1和β1的取值见表4-2。 系数α1和β1的取值表表4-2
◆基本计算公式 由于截面在破坏前的一瞬间处于静力平衡状态，所以，对于图4-12 的受力状态可建立两个平衡方程：一个是所有各力的水平轴方向上的合力为零，即 (4-8) 式中b——矩形截面宽度； A s——受拉区纵向受力钢筋的截面面积。 另一个是所有各力对截面上任何一点的合力矩为零，当对受拉区纵向受力钢筋的合力作用点取矩时，有： (4-9a) 当对受压区混凝土压应力合力的作用点取矩时，有： (4-9b) 式中M——荷载在该截面上产生的弯矩设计值； h o——截面的有效高度，按下计算h o=h-a s。 h为截面高度，a s为受拉区边缘到受拉钢筋合力作用点的距离。 按构造要求，对于处于室内正常使用环境的梁和板，当混凝土的强度等级不低于C20时，梁内钢筋的混凝土保护层最小厚度（指从构件边缘至钢筋边缘的距离）不得小于25mm，板内钢筋的混凝土保护层不得小于15mm（当混凝土的强度等级小于和等于C20时，梁和板的混凝保护层最小厚度分别为30mm和 20mm）。因此，截面的有效高度在构件设计时一般可按下面方法估算（图4-13）。
ansys接触应力
一般的接触分类 (2) ANSYS接触能力 (2) 点─点接触单元 (2) 点─面接触单元 (2) 面─面的接触单元 (3) 执行接触分析 (4) 面─面的接触分析 (4) 接触分析的步骤： (4) 步骤1：建立模型，并划分网格 (4) 步骤二：识别接触对 (4) 步骤三：定义刚性目标面 (5) 步骤4：定义柔性体的接触面 (8) 步骤5：设置实常数和单元关键字 (10) 步骤六： (21) 步骤7：给变形体单元加必要的边界条件 (21) 步骤8：定义求解和载步选项 (22) 第十步：检查结果 (23) 点─面接触分析 (25) 点─面接触分析的步骤 (26) 点－点的接触 (35) 接触分析实例（GUI方法） (38) 非线性静态实例分析（命令流方式） (42) 接触分析 接触问题是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，为了进行实为有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。 接触问题存在两个较大的难点：其一，在你求解问题之前，你不知道接触区域，表面之间是接触或分开是未知的，突然变化的，这随载荷、材料、边界条件和其它因素而定；其二，大多的接触问题需要计算摩擦，有几种摩擦和模型供你挑选，它们都是非线性的，摩擦使问题的收敛性变得困难。
一般的接触分类 接触问题分为两种基本类型：刚体─柔体的接触，半柔体─柔体的接触，在刚体─柔体的接触问题中，接触面的一个或多个被当作刚体，（与它接触的变形体相比，有大得多的刚度），一般情况下，一种软材料和一种硬材料接触时，问题可以被假定为刚体─柔体的接触，许多金属成形问题归为此类接触，另一类，柔体─柔体的接触，是一种更普遍的类型，在这种情况下，两个接触体都是变形体（有近似的刚度）。 ANSYS接触能力 ANSYS支持三种接触方式：点─点，点─面，平面─面，每种接触方式使用的接触单元适用于某类问题。 为了给接触问题建模，首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触，如果相互作用的其中之一是一点，模型的对立应组元是一个结点。如果相互作用的其中之一是一个面，模型的对应组元是单元，例如梁单元，壳单元或实体单元，有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的接触匹对，接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元，至于ANSTS使用的接触单元和使用它们的过程，下面分类详述。 点─点接触单元 点─点接触单元主要用于模拟点─点的接触行为，为了使用点─点的接触单元，你需要预先知道接触位置，这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况（即使在几何非线性情况下） 如果两个面上的结点一一对应，相对滑动又以忽略不计，两个面挠度（转动）保持小量，那么可以用点─点的接触单元来求解面─面的接触问题，过盈装配问题是一个用点─点的接触单元来模拟面─与的接触问题的典型例子。 点─面接触单元 点─面接触单元主要用于给点─面的接触行为建模，例如两根梁的相互接触。 如果通过一组结点来定义接触面，生成多个单元，那么可以通过点─面的接触单元来模拟面─面的接触问题，面即可以是刚性体也可以是柔性体，这类接触问题的一个典型例子是插头到插座里。
接触应力
一、概述 两个物体相互压紧时，在接触区附近产生的应力和变形，称为接触应力和接触变形。接触应力和接触变形具有明显的局部性，随着离开接触处的距离增加而迅速减小。材料在接触处的变形受到各方向的限制，接触区附近处在三向应力状态。在齿轮、滚动轴承、凸轮和机车车轮等机械零件的强度计算中，接触应力具有重要意义。 接触问题最先是由赫兹（H、Hertz）解决的，他得出了两个接触体之间由于法向力引起接触表面的应力和变形，其他研究者先后研究了接触面下的应力和切向力引起的接触问题等。 通常的接触问题计算，是建立在以下假设基础上的，即 1.接触区处于弹性应力状态。 2.接触面尺寸比物体接触点处的曲率半径小得多。 计算结果表明，接触面上的主应力大于接触面下的主应力，但最大切应力通常发生在接触面下某处 由于接触应力具有高度局部性和三轴性，在固定接触状态下，实际应力强度可能很高而没有引起明显的损伤。但接触应力往往具有周期性，可能引疲劳破坏、点蚀或表面剥落，因此，在确定接触许用应力时要考虑接触和线接触。当用接触面上最大应力建立强度条件时，许用应力与接触类型有关，点接触的许用应力是线接触的许用应力的1.3～1.4倍。 二、弹性接触应力与变形 1.符号说明 E1，E2——两接触体的弹性模量 v1,，v2——两接触体的泊松比 a——接触椭圆的长半轴 b——接触椭圆的短半轴 k=b/a=cosθ R1，R1’——物体1表面在接触点处的主曲率半径。R1和R1所在的平面相互垂直。若曲率中心位于物体内，则半径为正，若曲率中心位于物体外，则半径为负。 R2， R2’——同上，但属物体2的 ψ——两接触体相应主曲率平面间的夹角 k(z/b)=cotυ——接触表面下到Z轴上要计算应力的一点相对深度 Z1——任一物体中从表面到Z轴产生最大切应力点的深度
ansys后处理各种应力解释
ANSYS后处理中应力查看总结 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- SX：X-Component of stress;SY： Y-Component of stress;SZ： Z-Component of stress，X,Y,Z轴方向应力 SXY：XY Shear stress;SYZ：YZ Shear stress;，SXZ：XZ Shear stress，X，Y,Z三个方向的剪应力。 S1：1st Principal stress;S2： 2st Principal stress;，S3： 3st Principal stress第一、二、三主应力。区分：首先把一个微元看成是一个正方体，那么假设三个主
应力分别是F1 F2 F3，那么如果三个力中哪个力最大，就是F1,也是最大主应力，也叫第一主应力，第二大的叫第二主应力，最小的叫第三主应力，因此，是根据大小来定的。 SINT：stress intensity（应力强度），是由第三强度理论得到的当量应力，其值为第一主应力减去第三主应力。 SEVQ:Von Mises是一种屈服准则,屈服准则的值我 们通常叫等效应力。Ansys后处理中 'Von Mises Stress'我们习惯称Mises等效应力，它遵循材料力学第四强度理论(形状改变比能理论)。 我们分析后查看应力，目的就是在于确定该结构的承载能力是否足够。那么承载能力是如何定义的呢？比如混凝土、钢材，应该就是用万能压力机进行的单轴破坏试验吧。也就是说，我们在ANSYS计算中得到的应力，总是要和单轴破坏试验得到的结果进行比对的。所以，当有限元模型本身是一维或二维结构时，通过查看某一个方向，如plnsol,s,x等，是有意义的。但三维实体结构中，应力分布要复杂得多，不能仅用单一方向上的应力来代表结构此处的确切应力值——于是就出现了强度理论学说。
第三章 土中应力计算习题与答案复习过程
第三章土中应力计算 一、填空题 1.由土筑成的梯形断面路堤，因自重引起的基底压力分布图形是梯形，桥梁墩台等刚性基础在中心荷载作用下，基底的沉降是相同的。 2.地基中附加应力分布随深度增加呈曲线减小，同一深度处，在基底中心点下，附加应力最大。 3.单向偏心荷载作用下的矩形基础，当偏心距e > l/6时，基底与地基局部脱开，产生应力重分部。 4.在地基中，矩形荷载所引起的附加应力，其影响深度比相同宽度的条形基础浅，比相同宽度的方形基础深。 5.上层坚硬、下层软弱的双层地基，在荷载作用下，将发生应力扩散现象，反之，将发生应力集中现象。 6.土中应力按成因可分为自重应力和附加应力。 7.计算土的自重应力时，地下水位以下的重度应取有效重度（浮重度）。 8.长期抽取地下水位，导致地下水位大幅度下降，从而使原水位以下土的有效自重应力增加，而造成地基沉降的严重后果。 9.饱和土体所受到的总应力为有效应力与孔隙水压力之和。 二、名词解释 1.基底附加应力：基底压应力与基底标高处原土层自重应力之差。 2.自重应力：由土层自身重力引起的土中应力。 3.基底压力：建筑物荷载通过基础传给地基，在基础底面与地基之间的接触应力。 三、选择题 1.成层土中竖向自重应力沿深度的增大而发生的变化为：（B ） （A）折线减小（B）折线增大（C）斜线减小（D）斜线增大2.宽度均为b，基底附加应力均为P0的基础，同一深度处，附加应力数值最大的是：（C ）（A）方形基础（B）矩形基础（C）条形基础（D）圆形基础（b为直径）3.可按平面问题求解地基中附加应力的基础是：（B ） （A）柱下独立基础（B）墙下条形基础（C）片筏基础（D）箱形基础4.基底附加应力P0作用下，地基中附加应力随深度Z增大而减小，Z的起算点为：（A ）（A）基础底面（B）天然地面（C）室内设计地面（D）室外设计地面5.土中自重应力起算点位置为：（B ） （A）基础底面（B）天然地面（C）室内设计地面（D）室外设计地面6.地下水位下降，土中有效自重应力发生的变化是：（A ） （A）原水位以上不变，原水位以下增大（B）原水位以上不变，原水位以下减小（C）变动后水位以上不变，变动后水位以下减小 （D）变动后水位以上不变，变动后水位以下增大 7.深度相同时，随着离基础中心点距离的增大，地基中竖向附加应力：（D ） （A）斜线增大（B）斜线减小（C）曲线增大（D）曲线减小 8.单向偏心的矩形基础，当偏心距e < l/6（l为偏心一侧基底边长）时，基底压应力分布图简化为：（B ） （A）矩形（B）梯形（C）三角形（D）抛物线形 9.宽度为3m的条形基础，作用在基础底面的竖向荷载N＝1000kN/m ，偏心距e＝0.7m，基
等效应力计算公式
一般脆性材料，如铸铁、石料、混凝土，多用第一强度理论。考察绝对值最大的主应力。 一般材料在外力作用下产生塑性变形，以流动形式破坏时，应该采用第三或第四强度理论。压力容器上用第三强度理论（安全第一），其它多用第四强度理论。 von mises stress的确是一种等效应力，它用应力等值线来表示模型内部的应力分布情况，它可以清晰描述出一种结果在整个模型中的变化，从而使分析人员可以快速的确定模型中的最危险区域。 一．屈服准则的概念 1 ．屈服准则 A.受力物体内质点处于单向应力状态时，只要单向应力大到材料的屈服点时，则该质点开始由弹性状态进入塑性状态，即处于屈服。 B.受力物体内质点处于多向应力状态时，必须同时考虑所有的应力分量。在一定的变形条件（变形温度、变形速度等）下，只有当各应力分量之间符合一定关系时，质点才开始进入塑性状态，这种关系称为屈服准则，也称塑性条件。它是描述受力物体中不同应力状态下的质点进入塑性状态并使塑性变形继续进行所必须遵守的力学条件，这种力学条件一般可表示为 f（σij）＝ C 又称为屈服函数，式中 C 是与材料性质有关而与应力状态无关的常数，可通过试验求得。 屈服准则是求解塑性成形问题必要的补充方程。
屈雷斯加（）屈服准则 当受力物体（质点）中的最大切应力达到某一定值时，该物体就发生屈服。或者说，材料处于塑性状态时，其最大切应力是一不变的定值，该定值只取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。所以又称最大切应力不变条件。 屈雷斯加屈服准则的数学表达式： 或 |σmax －σmin| ＝σs ＝ 2K K 为材料屈服时的最大切应力值，也称剪切屈服强度。 若规定主应力大小顺序为σ1≥σ2≥σ3 ，有 |σ1 －σ3|＝ 2K 如果不知道主应力大小顺序时，则屈雷斯加屈服准则表达式为 左边为主应力之差，故又称主应力差不变条件。式中三个式子只要满足一个，该点即进入塑性状态。 米塞斯（）屈服准则 1.米塞斯屈服准则的数学表达式
接触应力计算全面讨论
传递动力的商副机构，如摩擦轮、凸轮齿轮、链轮传动、滚动轴承、滚动螺旋等，都有接触强度问题，自然也涉及到接触应力C在此对接触应力计算作较为全而的讨论。 两曲面的弹性体在压力作用下，相互接触时，都会产生接触应力，传递动力的高副机构在工作中往往出现的是交变应力，受交变接触应力的机器零件在一定的条件下会出现疲劳点蚀的现象，点蚀扩散到一定程度, 零件就不能再用了，也就是说失效了，这样失效的形式称之为疲劳点蚀破环，在ISO标准中是以赫兹应力公式为基础的。木文较为集中地讨论r几种常见曲面的赫兹应力公式及常用机械零件的接触应力计算方法, 便于此类零件的设计及强度验算。 1任意两曲面体的接触应力 L 1坐标系 图1所示为?曲而体的?部分，它在占点与另外?曲而体相接触，万点称为初始接触点。取曲而在￡点的法线为Z轴，包括z轴可以有无限多个剖切平而，每个剖切平面与曲面相交，其交线为?条平面曲线，每条平面曲线在E点有?个曲率半径。不同的剖切平而上的平面曲线在E 点的曲率半径?般是不相等的。这些曲率半径中，有?个最大和最小的曲率半径，称之为主曲率半径，分别用R'和R表示，这两个曲率半径所在的方向，数学上可以证明是相互垂直的。平而曲线AEB所在的平而为yz平面，由此得出坐标轴x和y的位置。任何相接触的曲面都可以用这种方法来确定坐标系。由于z轴是法线方向，所以两曲面在E点接触时，z轴是相互重合的，而 &和x,之间、y,和y,之间的夹角用中表示（图2所示）。
1.2接触应力 两曲而接触并压紧，压力P 沿z 轴作用，在初始接触点的附近，材料发生局部的变形，靠接 触点形成?个小的椭圆形平而，椭圆的长半轴a 在x 轴上，短半轴b 在y 轴上。椭圆形接触而上 各点的单位压力大小与材料的变形星有关，z 轴上的变形星大，沿z 轴将产生最大单位压力已。 其余各点的单位压力P 是按椭圆球规律分布的。 总压力 P^= JPdF J dF 从几何意义上讲等于半椭球的体积，故 P 莒=—^― 接触而上的最大单位压力P 。称为接触应力0H 3P# (1) a 、 b 的大小与二接触面的材料和几何形状有关。 2两球体的接触应力 图1曲面体的坐标 图2坐标关系及接触椭圆 其方程为 单位压力
机械设计手册销轴接触应力计算全面讨论
传递动力的高副机构,如摩擦轮、凸轮齿轮、链轮传动、滚动轴承、滚动螺旋等,都有接触强度问题,自然也涉及到接触应力。在此对接触应力计算作较为全面的讨论。 两曲面的弹性体在压力作用下,相互接触时,都会产生接触应力,传递动力的高副机构在工作中往往出现的就是交变应力,受交变接触应力的机器零件在一定的条件下会出现疲劳点蚀的现象,点蚀扩散到一定程度,零件就不能再用了,也就就是说失效了,这样失效的形式称之为疲劳点蚀破坏,在ISO 标准中就是以赫兹应力公式为基础的。本文较为集中地讨论了几种常见曲面的赫兹应力公式及常用机械零件的接触应力计算方法,便于此类零件的设计及强度验算。 1 任意两曲面体的接触应力 1、1 坐标系 图1所示为一曲面体的一部分,它在E 点与另外一曲面体相接触,E 点称为初始接触点。取曲面在E 点的法线为z 轴,包括z 轴可以有无限多个剖切平面,每个剖切平面与曲面相交,其交线为一条平面曲线,每条平面曲线在E 点有一个曲率半径。不同的剖切平面上的平面曲线在E 点的曲率半径一般就是不相等的。这些曲率半径中,有一个最大与最小的曲率半径,称之为主曲率半径,分别用R′与R 表示,这两个曲率半径所在的方向,数学上可以证明就是相互垂直的。平面曲线AEB 所在的平面为yz 平面,由此得出坐标轴x 与y 的位置。任何相接触的曲面都可以用这种方法来确定坐标系。由于z 轴就是法线方向,所以两曲面在E 点接触时,z 轴就是相互重合的,而x 1与x 2之间、y 1与y 2之间的夹角用Φ表示(图2所示)。 图1 曲面体的坐标 图2 坐标关系及接触椭圆
1、2 接触应力 两曲面接触并压紧,压力P沿z轴作用,在初始接触点的附近,材料发生局部的变形,靠接触点形成一个小的椭圆形平面,椭圆的长半轴a在x轴上,短半轴b在y轴上。椭圆形接触面上各点的单位压力大小与材料的变形量有关,z轴上的变形量大,沿z轴将产生最大单位压力P0。其余各点的单位压力P就是按椭圆球规律分布的。 其方程为 单位压力 总压力P总＝∫PdF ∫dF从几何意义上讲等于半椭球的体积,故 接触面上的最大单位压力P0称为接触应力σH (1) a、b的大小与二接触面的材料与几何形状有关。 2 两球体的接触应力 半径为R1、R2的两球体相互接触时,在压力P的作用下,形成一个半径为a的圆形接触面积即a＝b(图4),由赫兹公式得