机械设计中的约束问题

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1、第二章机械设计中的约束分析主要内容1、机械设计中的主要约束。2、机械设计中的强度问题：载荷及应力、静应力作用下的强度问题、变应力作用下的强度问题及接触应力。3、机械设计中的摩擦、磨损和润滑问题基本要求1、了解机械设计的主要约束。2、掌握静强度计算中的强度理论的概念和公式；了解疲劳曲线与极限应力曲线的来源、意义和用途，能绘制零件的极限应力简化线图；了解单向变应力的强度计算方法与双向变应力的强度校核方法；了解机械零件接触疲劳强度及其计算公式。3、扼要地了解各类摩擦的机理、物理特性及其影响因素；初步了解磨损的一般规律及各种磨损机理、物理特性和影响因素；了解润滑的作用

2、。§2-1概述机械设计的主要任务，就是要在由各种约束条件下，寻找设计方案。机械设计中的约束主要有：经济方面的约束、社会方面的约束和技术方面的约束。一、技术性能约束技术性能：包括产品的功能、制造和运行状况在内的一切性能，既指静态性能，也指动态性能。例如，产品所能传递的功率、效率、使用寿命、强度、刚度、抗摩擦、磨损性能、振动稳定性、热特性等。　　技术性能约束：是指相关的技术性能必须达到规定的要求。振动会产生额外的动载荷和变应力，尤其是当其频率接近机械系统或零件的固有频率时，将发生共振现象，这时，振幅将急剧增大，有可能导致零件甚至整个系统的迅速损坏。　　振动性稳

3、定约束：限制机械系统或零件的相关振动参数，如固有频率、振幅、噪声等在规定的允许范围之内。热特性：机器工作时的发热性能。可能会导致热应力、热应变，甚至会造成热损坏。　　热特性约束：限制各种相关的热参数(如热应力、热应变、温升等)在规定范围之内。二、标准化约束概念的标准化：设计过程中所涉及的名词术语、符号、计量单位等。　　实物形态的标准化：对产品、零部件、原材料、设备及能源等的结构形式、尺寸、性能等，都应按统一的规定选用。　　方法的标准化：与生产技术有关的操作方法、测量方法、试验方法等都应按相应规定实施。　　技术文件的标准化：在产品设计过程中，需要形成的各

4、种技术文件等，都应按相应的规定执行。三、可靠性约束可靠性：产品或零部件在规定的使用条件下，在预期的寿命内能完成规定功能的概率。四、安全性约束机器的安全性包括：　　零件安全性：指在规定外载荷和规定时间内零件不发生如断裂、过度变形、过度磨损和不丧失稳定性等等。　　整机安全性：指机器保证在规定条件下不出故障，能正常实现总功能的要求。　　工作安全性：指对操作人员的保护，保证人身安全和身心健康等等。　　环境安全性：指对机器的周围环境和人不造成危害和污染。1.载荷机器正常工作时所受的实际载荷(一般难以确定)一、载荷和应力名义载荷：静应力：工作载荷：按原动机功率求得

5、(理想状态)计算载荷：载荷系数(考虑各种附加载荷)2.应力不随时间而变的应力变应力：随时间而变的应力稳定循环：不稳定循环：随机：不随时间变之一随时间变变化无规律§2-2机械设计中的强度问题二、静应力作用下的强度问题强度是指零件在载荷作用下，抵抗断裂、塑性变形及表面失效的能力。强度约束条件有两种方式：1、危险剖面处的计算应力（σca、τca）不超过许用应力（[σ]、[τ]），即：；或(2-1)2、危险剖面处的计算安全系数[   ]、[   ]不应小于许用安全系数[S]，即：；或(2-2)式中：　 为极限正应力；为极限剪切应力；对于塑性材料：主要失效形式是塑性变形

6、，取其屈服极限（、    ）作为极限应力，即                    ，              ；对于脆性材料：主要失效形式是脆性破坏，取其强度极限（    、   ）作为极限应力，即                ，             。三、变应力作用下的强度问题（1）静载荷和变载荷均可能产生变应力。在静载荷F作用下，转动心轴上的a点所受的应力就是一个对称循环的变应力。（2）变应力参数（以正应力δ为例，可将τ替换δ）最大应力最小应力应力幅平均应力循环特征例2-1：设有一零件受变应力作用，已知变应力的平均应力      ＝189Mpa，

7、应力幅为     ＝129Mpa，试求该变应力的循环特征r。非对称循环变应力1、变应力的种类和特点（3）几种稳定循环变应力非对称循环变应力对称循环变应力脉动循环变应力静应力在变应力作用下，机械零件的损坏主要是疲劳断裂。疲劳断裂和静应力作用下的断裂机理不一样：疲劳断裂是零件表面最大应力处的应力若超过了某一极限值，就会出现疲劳裂纹，在变应力的反复作用下，裂纹不断扩展，扩展到一定程度后，突然发生断裂。这种区别在强度约束条件中，主要表现为极限应力的不同。　　静应力作用下：极限应力主要与材料的性能有关。　　变应力作用下：其极限应力除了与材料的性能有关外，还与应力的循

8、环特征r、应力循环次数N、应力集中、零