第2章 机械零件的工作能力和计算准则

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1、第二章机械零件的工作能力和计算准则㈠基本内容：1.载荷和应力的分类2.机械零件强度3.机械零件表面强度4.机械零件刚度5.其他：要点提示，布置学生自学.㈡教学重点与难点：1重点：零件失效和工作能力的概念；载荷与应力的分类及其相互关系；机械零件强度的概念；提高机械零件强度的措施.2难点：载荷与应力的相互对应关系；零件的极限应力和许用应力；零件强度的表达方法；结构设计与工艺设计对零件强度的影响；零件结构设计方面的某些禁忌问题.㈢基本要求：1掌握零件失效和工作能力的概念；2掌握载荷与应力的分类及其相互关系

2、；3掌握机械零件强度的概念及相关的影响因素；4了解提高机械零件强度的措施.　失效——机械零件丧失工作能力或达不到设计要求的性能。工作能力——零件不发生失效时的安全工作限度。§2.1载荷与应力的分类7载荷分类相关的名词定义：静载荷——不随时间变化或变化缓慢的载荷。变载荷——随时间作周期性或非周期性变化的载荷。名义载荷——由额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷。计算载荷——用于机械零件的设计计算、校核计算的载荷值；数值上等于名义载荷乘以载荷系数。载荷系数——用来估计实际载荷随时间作用的不均匀性和在

3、零件上分布不均匀性及其它影响零件受力情况的系数。应力分类相关的名词定义：静应力——不随时间变化或变化缓慢的应力；只能在静载荷下产生。变应力——随时间变化的应力；不仅可由变载荷产生，也可由静载荷产生。变应力的参数：可由 中的任意两个来表示。；；稳定变应力——平均应力、应力幅和周期不随时间变化。稳定变应力分三种，分别是对称循环变应力r=-1;非对称循环变应力-1

4、力和随机性非稳定变应力。随机性非稳定变应力可以通过“数理统计”的方法转变成规律性非稳定变应力，而规律性非稳定变应力又可以通过“疲劳损伤积累假说”的Miner定律转变成“等效的稳定变应力”。因此，在稳定变应力状态下工作的零件，其疲劳强度的分析、计算成为本课程重点掌握的内容（详见第三章）。 §2.2机械零件强度机械零件强度的两种表示方式；或者以上不等式称为“强度条件”。式中：——零件危险剖面处的最大应力；——零件材料的极限应力；——零件危险剖面处的实际安全系数；7——许用安全系数。静应力下的强度静应力下

5、工作的塑性材料零件，失效形式为断裂和塑性变形。单向静应力下，强度条件为“不产生塑性变形”。复合静应力下工作的塑性材料零件，根据第三、第四强度理论来确定强度条件。允许少量变形的零件，根据允许达到一定塑性变形时的载荷进行强度计算，F≤Flim。脆性、低塑性材料制成的零件，极限应力为材料的强度极限 变应力下零件的强度：在变应力下工作的零件，失效形式为疲劳断裂。当r一定，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力，成为“疲劳极限”。影响零件的疲劳强度的因素，除了循环特征r、循环次数N外，还有应力集中、零

6、件尺寸、零件表面状态。详见第三章。许用安全系数在零件的计算过程中引入安全系数，主要是出于以下几方面考虑：材料的均匀性；计算的精确性；零件的重要性；工艺水平；运行条件；工作环境等。在保证安全可靠的前提下，为减轻零件的重量和缩小零件的尺寸，应尽可能地选用零件的许用安全系数可参考课本的第15页。应当指出的是，各行业可能有专用的许用应力和许用安全系数标准、规范。7§2.3机械零件的表面强度机械零件的表面强度包括表面接触强度：失效为压碎或塑性变形。高副接触的零件在接触处形成弹性变形面，接触面上的尺寸及接触应力

7、可按Hertz公式计算。参见课本第19页的表2.3。表面接触疲劳强度：循环接触时，“表面疲劳磨损”，亦称“点蚀”。表面接触强度、表面接触疲劳强度的强度条件均为 σH≤[σH]提高表面接触强度的措施主要有：加大零件接触表面的综合曲率半径；变点接触为线接触；提高零件表面硬度；降低零件表面粗糙度；适当加大润滑油的黏度等。表面挤压强度：由局部配合面来接触传递载荷，接触面上有挤压应力。表面磨损强度：滑动摩擦（低副接触运动）零件，失效形式为“过度磨损”。强度条件：低速重载：限制压强；    p≤[p]高速重载：

8、限制摩擦功耗；pv≤[pv]高速轻载：限制运行速度。v≤[v]7提高表面磨损强度的措施：选择合适的摩擦副材料；提高零件表面硬度；降低零件表面粗糙度值；改善润滑条件（润滑剂和润滑方法）；采用表面涂覆工艺；防尘；限温等。 §2.4机械零件的刚度刚度——零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。单位“力（力矩）/单位变形”。柔度——刚度之倒数。刚度的影响刚度不足将影响机器的正常工作，或影响加工精度；有时刚度是保证强度的重要条件；对弹性零件满足柔度要求是前提；刚度影响自振频率。刚度