第2章+机械零件的工作能力和计算准则.ppt

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1、§2-1载荷和应力的分类§2-3机械零件的强度(整体强度)§2-4机械零件的表面强度§2-5机械零件的刚度§2-2机械的工作能力第2章机械零件的工作能力和计算准则§2-6机械现代设计方法简介第2章机械零件的工作能力和计算准则§2-1载荷和应力的分类二、应力的种类静应力:σ=常数变应力:σ随时间变化一、载荷:静/变名义计算Ｏtσσ=常数脉动循环变应力r=0平均应力:应力幅:循环变应力对称循环变应力r=-1——脉动循环变应力——对称循环变应力-1=0+1——静应力ＯtσＯtσr=+1静应力是变应力的特例σmaxσminσaσaσmaxσmσaσaTσmaxσminσmＯtσ一、机械

2、零件的失效机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。工作能力——在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上又称为承载能力。例如，发生强烈的振动，联接的松弛，摩擦传动的打滑等。§2-2机械零件的工作能力整体断裂过大的残余变形工作表面的过度磨损或损伤破坏正常的工作条件零件的失效形式如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带传动等。机械零件虽然有多种可能的失效形式，归纳起来最主要的为机械零件失效实例：潘存云教授研制轮齿塑性变形潘存云教授研制齿轮轮齿折断潘存云教授研制轴承内圈破裂潘存云教授研制轴承外圈塑性变形失效原因:强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度

3、等原因。统计结果显示：断裂仅占4.79%;腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%。这是主要失效原因。潘存云教授研制齿面接触疲劳潘存云教授研制轴瓦磨损二、机械零件的计算准则▲强度准则▲刚度准则设计零件时，首先应根据零件的失效形式确定其设计准则以及相应的设计计算方法。一般来讲，有以下几种准则：▲寿命准则▲振动稳定性准则▲可靠性准则强度准则是指零件中的应力不得超过许用值。即：1、强度准则σlim——材料的极限应力脆性材料σlim=σB(强度极限)塑性材料σlim=σS(屈服极限)为了安全起见，引入安全系数S，得σ≤σlim/S或σ≤[σ]S为大于1的数，S过大，虽安全但浪费材料；S过小，

4、虽节省材料，但趋于危险。——许用应力2、刚度准则是指零件在力作用下的弹性变形量不得超过许用值。即y≤[y]σ≤[σ]3、寿命准则影响零件使用寿命的因素主要是腐蚀、磨损和疲劳。前两者还没有成熟的计算方法，工程中通常是求出使用寿命时的疲劳极限作为计算的依据。4、振动稳定性准则保证机器中受激振零件的固有频率与激振源的频率错开，即要求：0.85f>fp或1.15f

5、件在该试验环境条件下工作时间t的可靠度定义为R=N/N0若t↑R↓N↓——R是时间的函数。若在时间t+dt内，又有dN个零件失效，则dt内零件的失效的比率定义为——失效率“-”表示dN的增大将使N减少。分离变量并积分得§2-3机械零件的强度(整体强度)一、强度判别式(计算准则)：应力：；安全系数：.①极限应力　：a.塑性；b.脆性；c.少许塑性　极限载荷；：二、静应力下的强度计算:1.失效形式：断裂或塑性变形；2.分析：②计算应力：a.单向；b.复合：③应力集中：塑性或组织不均匀材料不考虑：因为塑性变形可弥补应力变化．组织均匀的低塑性材料：考虑（第三、四强度理论）三、变应力

6、下的强度计算（第三章中详讲）1．失效：疲劳断裂2．疲劳极限：　　零件在变应力作用下到应力循环N次材料不发生疲劳破坏的最大应力，和r、N有关.3．判别式（分析）：　　　．四、许用安全系数[S]1．目的：使零件工作更可靠，留有余量.2．取法总则：在保证安全可靠的前提下，取得越小越好.3．取决于：①　的计算精确度②材料性能③零件的重要程度（理想状态，往往做不到）4．取值：[S]=（1.2~4）查P15表2.2五、提高零件强度的措施：　　　　　（改进措施）1、改善零件结构形状①机械：喷丸2、改善零件表面的物理状态②化学：热处理（渗碳、渗氮）③物理：热处理（调质、正火）①集中载荷：均布载

7、荷②等强度：③合理截面④减少应力集中（σ）（[σ]）§2-4机械零件的表面强度静止面接触表面挤压强度动面接触表面磨损强度动静面(点/线)接触表面接触疲劳强度潘存云教授研制潘存云教授研制一、机械零件的接触强度如齿轮、凸轮、滚动轴承等。B机械零件中各零件之间的力的传递，总是通过两个零件的接触形式来实现的。常见两机械零件的接触形式为点接触或线接触。机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的，在载荷重复作用下，首先在表层内约20μm处产生初始疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展(润滑油被挤迸裂纹中将产生高压