机械设计 机械零件的计算准则 课件

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1、机械零件的计算准则及强度计算参赛选手：*******基本要求1、掌握载荷和应力的分类、含义及其确定方法2、掌握静应力下零件的强度计算判据，计算应力，许用应力和安全系数的确定方法3、了解疲劳现象和疲劳曲线的来源、意义和用途4、了解疲劳损伤积累的概念、意义及其应用5、了解疲劳极限线图的来源、意义和用途，能根据材料的极限应力绘制简化疲劳极限线图6、掌握变应力下机械零件的疲劳强度安全系数校核计算方法7、了解接触疲劳强度的概念和接触应力的计算方法重点内容1、机械零件的失效分析2、静应力下机械零件强度计算准则、计算应力、材料极限应力和安全系数的确定3、疲劳现象及其断口特征、疲劳曲线及其表达式4、

2、线性疲劳损伤积累理论及其表达式5、材料极限线图的功用、常用的简化疲劳极限线图的绘制及其数学表达式6、变应力下机械零件的疲劳强度计算第一节机械零件的主要失效形式及计算准则一、机械零件的主要失效形式失效的概念机械零件在规定的使用期间内，在规定的条件下，不能完成规定的功能而丧失工作能力时机械零件常见的失效形式:1．整体断裂静强度断裂——静应力过大产生的疲劳断裂——变应力的反复作用下产生的机械零件整体断裂中，80%属于疲劳断裂2．表面破坏表面磨粒磨损、胶合、疲劳点蚀、腐蚀磨损、表面压溃、表面塑性流动等3．变形量过大弹性变形塑性变形4．破坏正常工作条件引起的失效有些零件只有在一定的工作条件下

3、才能正常地工作。如带传动和摩擦轮传动，高速转动的零件同一种零件发生失效的形式可能有数种齿轮的失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面或齿体塑性变形、齿轮其他部分的破坏主要失效形式将由零件的材料、具体的结构及工作条件等决定工作能力零件不发生失效时的安全工作的限度同一种零件可能有数种不同的失效形式，显然，起决定作用的将是承载能力中的较小值二、机械零件的计算准则计算准则——用于计算并确定零件基本尺寸的主要依据常用的计算准则有：1．强度准则强度是零件在载荷作用下抵抗整体断裂、表面接触疲劳及塑性变形的能力2．刚度准则刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力3．寿命准则影响零件

4、寿命的主要失效形式：腐蚀、磨损、疲劳腐蚀寿命、磨损寿命没有提出实用有效的或通行的定量计算的方法疲劳寿命计算通常是求出使用寿命时的疲劳极限来作为计算的依据4．耐磨性准则耐磨性是指磨损过程中材料抵抗脱落的能力——采用条件性计算滑动速度低，载荷大时可只限制工作表面的压强p——防止过快磨损滑动速度u较高时还要限制摩擦功耗——防止加剧磨损或胶合高速时还要限制滑动速度u——防止加速磨损5．振动稳定性准则失稳零件的自振频率f与激振源的激振频率fp相等或相接近时，零件发生共振的现象，即丧失振动稳定性振动稳定性准则使机器中各零件的自振频率与激振源的激振频率错开6．可靠性准则设一批相同零件的件数为N0，

5、如在t时间后仍有N件在正常地工作，则此零件在工作时间t的可靠度R零件的可靠度是时间的函数如果时间t到t+dt的间隔中，又有dN件零件发生失效，则在此时间间隔内失效的比率式中：l（t）称为失效率，负号表示dN的增大将使N减小分离变量并积分，得即浴盆曲线零件或部件的失效率l（t）与时间t的关系，一般是用试验的方法求得该曲线分为三段：第Ⅰ段：早期失效阶段失效率由开始的很高的数值急剧地下降到某一稳定的数值原因是零、部件中所存在的初始缺陷第Ⅱ段：正常使用阶段失效的发生是随机性的，失效率则表现为一常数第Ⅲ段：损坏阶段由于长时间的使用而使零件发生磨损、疲劳等原因，使失效率急剧增加第二节静应力下机械

6、零件的强度计算一、载荷及应力的分类1．载荷的分类静载荷大小和方向不随时间变化或变化缓慢的载荷变载荷随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷名义载荷根据机器原动机的额定功率或稳定和理想工作条件下的工作阻力，用力学公式计算出作用在零件上的载荷计算载荷载荷系数K与名义载荷的乘积。如FC=KF，PC=KP，TC=KT载荷系数K（或工作情况系数）概略估计实际载荷随时间作用的不均匀性、载荷在零件上分布的不均匀性及其他因素的综合影响2．应力的分类静应力不随时间变化或变化缓慢的应力，它只能在静载荷下产生变应力随时间变化的应力，它可由变载荷产生，也可由静载荷产生变应力稳定变应力非稳定变应力非对称循环变应

7、力脉动循环变应力对称循环变应力规律性非稳定变应力无规律性非稳定变应力（随机变应力）1）变应力参数最大应力：σmax最小应力：σmin应力循环特性用来表示应力的变化情况平均应力：应力幅：σmaxσmσminσaσatσ2）典型变应力及应力循环特性ra）静应力：r=+1变应力特例b）非对称循环变应力r在（+1～-1）间变化σmaxσmσminσaσatσσtσ=常数c）对称循环变应力r=-1σtσaσmaxσmind）脉动循环变应力r=0σtσaσaσmaxσ