强度指标及其在机械零件设计中的应用

根据外力作用方式的不同，强度有多种指标，如抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等，常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。

1.屈服强度与规定残余延伸强度

金属材料产生屈服时的应力称为屈服强度，用符号Re表示。其大小可由下式求得，单位是MPa。

式中，Fe——试样产生屈服时的载荷，单位N。

So——试样原始横截面积，单位mm2。

屈服强度分为上屈服强度和下屈服强度，图1-6 所示为不同类型曲线上的上屈服强度和下屈服强度。

1)上屈服强度。试样发生屈服而力首次下降前的最大应力，用符号RcH表示。

2)下屈服强度。在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最小应力，用符号RcL表示。

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图1-6　不同类型曲线上的上屈服强度和下屈服强度

e—延伸率； R—应力； RcH—上屈服强度； RcL—下屈服强度； a—初始瞬时效应

对于没有明显屈服现象的脆性材料，可用规定残余延伸强度表示，符号为Rr。规定残余延伸强度是指卸除应力后残余延伸率等于规定的原始标距Lo 百分率时对应的应力。如Rr0.2，表示规定残余的延伸率为0.2%时的应力。

屈服强度或规定残余延伸强度是材料开始产生微量塑性变形时的应力。对于大多数零件而言，过量的塑性变形就意味着零件的尺寸精度下降或与其他零件的相互配合精度受到影响，因而会造成零件失效。当零件工作时所受到的应力低于材料的屈服强度或规定残余延伸强度时，则不会产生过量的塑性变形。材料的屈服强度或规定残余延伸强度越高，表示其抵抗微量塑性变形的能力越大，允许的工作应力也越高，因此零件的截面尺寸及自身质量就可以相应减小。所以屈服强度或规定残余延伸强度指标是设计机械零件时的重要依据，同时也是评定金属材料强度的重要指标。

2.抗拉强度

材料在断裂前所能承受的最大应力，称为抗拉强度或强度极限，用符号Rm表示。其值大小可由下式求得，单位是MPa。

式中，Fm——试样拉断前承受的最大载荷，单位N。

零件在工作中所承受的应力不允许超过抗拉强度，否则会产生断裂。可见抗拉强度指标也是机械零件设计时的重要依据之一，同时也是评定金属材料强度的重要指标。通常把屈服强度和抗拉强度的比值称为屈强比，其值越高，则强度的利用率越高。屈强比越小，工程构件的可靠性越高，也就是万一超载也不至于马上断裂。但屈强比小，材料强度有效利用率也低。一般以0.75 为宜。