机械零件工作能力理论基础.ppt

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1、机械设计基础之第一部分机械零件材料及结构强度基础（2）1第二章机械零件工作能力计算的理论基础2本章主要内容：§2-1机械零件的工作能力及其变形的基本形式§2-2轴的拉伸和压缩§2-3剪切和挤压§2-4圆轴的扭转§2-5弯曲§2-6应力状态理论及强度理论概述§2-7疲劳强度概述§2-8接触强度概述3§2-1机械零件的工作能力及其变形的基本形式一、机械零件的工作能力设计的使用条件下设计的寿命期限内不能完成设计的功能失效零件齿轮轴断裂1、机械零件的失效4失效形式（Failuretypes）(1)整体断裂过载断裂疲劳断裂(

2、2)表面破坏磨损冷胶合热胶合点蚀塑性变形过大弹性变形(5)功能失效(3)变形过大胶合(4)过大振动腐蚀52、机械零件的工作能力——机械零件不发生失效的安全工作限度称为工作能力。影响机械零件工作能力的主要因素有：载荷、变形、速度、温度、压力和零件的形状、加工质量等。同一种零件对应于不同的失效形式有不同的工作能力。对于载荷而言，工作能力又称为承载能力。6在确定机械零件的承载能力时，主要要考虑机械零件的强度和刚度。强度：指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。刚度：指机械零件在载荷作用下抵抗弹性变形的

3、能力。如果零件的刚度不足，有些零件则会因为产生过大的弹性变形而失效。7强度准则刚度准则稳定性准则耐热性准则可靠性准则耐磨性准则……3、机械零件设计准则/设计基本要求因为失效类型不同，所以机械零件的工作能力类型也不同，故机械零件的计算准则也不同。8二、机械零件变形的基本形式各种机械零件在不同的载荷作用下．可能产生不同形式的变形，但其最基本的有拉压、剪切、扭转、弯曲等四种形式。拉伸变细变长压缩变短变粗9拉压变形10挤压变形剪切变形11扭转变形弯曲变形MeMegjMeMe12§2-2轴的拉伸和压缩一、横截面上的内力与应力

4、受力特征：外力合力的作用线与杆件的轴线重合变形特征：轴向伸长或缩短1、轴的拉伸与压缩的基本特征13内力是指在外力作用下物体内各个部分之间的作用力---可理解为材料颗粒之间因相对位置改变而产生的相互作用力。2、内力的概念内力与变形有关内力特点：1、有限性2、分布性3、成对性143、轴力及其求法——截面法轴向拉压杆的内力称为轴力.其作用线与杆的轴线重合,用符号ＦＮ表示15内力的正负号规则同一位置处左、右侧截面上内力分量必须具有相同的正负号。拉力为正压力为负164、应力的概念受力杆件某截面上一点的内力分布疏密程度，内力集

5、度。F1FnF3F2应力就是单位面积上的内力?(工程构件，大多数情形下，内力并非均匀分布，集度的定义不仅准确而且重要，因为“破坏”或“失效”往往从内力集度最大处开始。)17F1F2ΔADFΔFQyΔFQzΔFN垂直于截面的应力称为“正应力”与截面相切的应力称为“切应力”应力的国际单位为N/m2（帕斯卡）1N/m2=1Pa1MPa=106Pa＝1N/mm21GPa=109Pa18几何变形平面假设静力关系原为平面的横截面在杆变形后仍为平面拉(压)杆横截面上的应力19σ——正应力FN——轴力A——横截面面积σ的符号与FN

6、轴力符号相同20二、金属材料的力学性能金属材料的性能：使用性能：指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能。工艺性能：指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能。金属材料力学性能：包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能和热处理工艺性能等。指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。由试验获得！211、低碳钢拉伸时的力学性能221)弹性阶段：在oa段，应力-应变曲线为直线，为弹性变形；ab段为近似直线，a为比例极限，b

7、为弹性极限。2)屈服阶段：过b点后，水平线（略有波动），明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。4)径缩阶段：过d点后，出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。3)强化阶段：弹性变形+均匀塑性变形，材料强化。23强度指标：（2）抗拉强度：指试样拉断前所承受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。（1）屈服点：σb=Fb/A0当材料的内应力σ＞σb时，材料将产生断裂。σb常用作脆性材料的选材和设计的依据。σs：材料产生屈服现象时的最小应力

8、（MPa）σs=Fs/A0Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N）A0：试样原始横截面积（mm）24塑性指标：塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。（1）断后伸长率：（2）断面收缩率：δ=(L1-L0)/L0x100%Ψ=(A0-A1)/A0x100%一般定义：δ>5％的材料为塑性材料;δ<5％的材料为脆性材料。2