机械零件的强度和设计准则

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1、第2章机械零件的强度和设计准则载荷及其产生的应力，是导致机械零件发生损伤甚至失效的最主要原因；对机械零件进行载荷和应力分析是进行机械设计过程中首先面临和要解决的问题。机械零件的载荷：一般是指它所受到的力（F）、弯矩（M）、扭矩（T）。静载荷：不随时间变化、变化缓慢或者变化幅度相对很小的载荷。如零件所受到的重力、锅炉稳定工作时所受到的压力等。变载荷：随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷。如汽车齿轮箱中的齿轮、轴、轴承等所受的载荷均为变载荷。在进行载荷计算过程中也常将载荷分为名义载荷（F、T、M）和计算载荷(Fc、Tc、Mc)，计算载荷等于名义载荷乘以载荷

2、系数K载荷系数K的数值主要取决于动力机和工作机的性质，动力机和工作机的工作越平稳，则冲击载荷越小，载荷系数就越小，反之则应该取大值。名义载荷：机器在平稳工作条件下作用在零件上的载荷；计算载荷：考虑载荷的时间不均匀性、分布的不均匀性以及其它影响因素对名义载荷进行修正得到的载荷名义载荷的计算一般运用公式来进行，比如十分常用的一种已知转动速度n和输入功率P计算旋转运动件所受到的扭矩：（Nmm）在进行载荷计算时往往要通过一些简化处理，这是因为实际载荷的作用往往都是作用在一定的范围面上。在载荷作用下，机械零件将承受某种应力;按应力在零件上的分布情况可分成体应力和表

3、面应力（接触应力）;通常所讲的拉伸或压缩应力σ、弯曲应力σb、扭转应力τ等都属于体应力;体应力又可以分为静应力和变应力;静应力是指不随时间变化或变化缓慢的应力，它只能由静载荷产生；变应力是指随时间变化的应力，变应力可由变载荷产生，也能由静载荷产生;变应力可以归纳为三种基本的类型:对称循环变应力、非对称循环变应力、脉动循环变应力;五个参数中任意取出两个就可以准确地描述一个应力的性质。。（1）横坐标以上为拉伸应力，数值为正，横坐标以下为压缩应力，数值为负。对于剪切应力，则可以自行规定一个方向为正值，另一个方向为负值。（2）根据绝对值大小判断和，绝对值大者为，

4、小者为。（3）循环特性的变化范围为。在实际问题中碰到的变应力很多处于一种不稳定变化状态，甚至是随机变应力静载荷也能产生变应力：2.2机械零件计算的准则计算准则----针对某种失效形式、为满足某种工作能力而建立的设计准则强度准则两种计算准则：一种是根据许用应力建立的计算准则，另一种是根据安全系数建立的计算准则；在实际使用中根据所掌握的数据情况确定选择使用哪种强度准则。1．通过判断危险截面的最大许用应力（σ，τ）是否小于或等于许用应力[σ]，[τ]。2．通过判断危险截面上实际的安全系数（Sσ，Sτ）是否大于或等于许用安全系数（[Sσ]，[Sτ]）强度准则安

5、全系数：零件所能承受的极限应力与实际应力的比值,它反映的是零件的安全工作程度；安全系数如果选择过大，则造成材料浪费、机器笨重、加工运输困难、成本提高等一系列问题。安全系数过小，则可能导致不安全；许用安全系数的确定要考虑：（1）载荷和应力的性质和计算的准确程度；（2）运行条件的平稳程度（是否有冲击载荷）；（3）材料的性质和材质的均匀程度；（4）零件的重要程度；（5）工艺和探伤水平；（6）环境是否具有腐蚀性。安全系数的选择原则：在保证安全、可靠的前提下，尽可能选用较小的安全系数。2.2.2刚度准则零件在载荷作用下产生的弹性变形分为挠度y、转角θ和扭角φ，刚度

6、计算准则就是要求零件在实际工作中所产生的弹性变形量小于或等于许用的弹性变形量2.2.3寿命准则决定零件寿命的有腐蚀、疲劳和磨损三种最为主要的因素；这三种因素的研究进程各不相同，关于磨损问题的研究目前还很不完善，还无法建立一个能够为广泛接受的计算准则；腐蚀问题的研究也存在同样的问题，至今还未出现能够具有通用性的计算准则，因而也无法建立明确的计算准则；疲劳问题是目前发展比较成熟的一个研究方向，已经可以较为定性地进行疲劳寿命计算，但是在一定可靠度的前提下进行的计算。2.2.4可靠性准则所谓可靠性，就是产品在规定的条件下、规定的时间内，完成规定功能的可靠程度；比

7、如：有N个同样零件在规定的时间t内有Nf个零件发生失效，剩下Nt个零件仍能继续工作，则可靠度为失效概率可靠性计算准则：保证零件在工作过程中能够满足规定的可靠性要求。如果试验时间不断延长，则Nf将不断增加，可靠度逐渐减少，这说明零件的可靠度是随时间发生改变的，是时间的函数。累积失效概率2.3机械零件的失效方式及提高强度的一般方法失效：机械零件在工作时出现丧失工作能力或达不到设计要求性能的现象；失效并不意味着破坏；常见的失效形式有：（1）整体断裂；（2）过大的弹性变形或残余变形；（3）零件表面的破坏（过度磨损、过度腐蚀、接触疲劳破坏、过热等）；（4）不能满足

8、工作条件所导致的失效（联接的松动、压力容器和管道的泄漏、运动精度达不到要求、皮带