第2章 机械零件的工作能力和计算准则.ppt

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1、第2章机械零件的工作能力和计算准则机械零件的工作能力反映了零件的抗失效能力。计算准则是设计机械零件的最基本准则。设计人员的任务：设计出合格的零件，使它具有一定的工作能力，抵抗失效。重点、难点主要内容1.失效：零件不发生失效时的安全工作限度。为防止失效而制定的判断条件。2.工作能力：3.工作能力计算准则：机械零件丧失工作能力或达不到设计者要求的性能。一、术语2.1载荷和应力的分类计算准则:计算量≤许用量不同的失效形式不同的工作能力不同的计算准则。断裂或塑性变形；弹性变形过大；表面磨损、胶合；打滑

2、；联接松动等。3、常见失效形式整体断裂正常工作条件破坏过大的残余变形零件的表面破坏零件在外载荷作用下，由于某一危险截面的应力超过零件的强度极限而发生的断裂。零件上的应力超过了材料的屈服极限产生的过大残余变形而导致的失效。零件表面在受到各种腐蚀、磨损和接触疲劳而产生的表面破坏失效。滑动轴承的润滑得不到保障将产生过热、胶合、磨损等形式的失效；带传动在外载荷超过极限摩擦力时将发生打滑失效等。二载荷与应力的分类1.载荷的分类2.应力的分类σt静应力描述变应力特性的主要参数有：－应力循环特性。应力分类不变

3、稳定变应力---其中之一变非稳定变应力---零件的尺寸常取决于危险截面的最大计算应力（最大应力）零件工作—→承受载荷—→载荷欲使零件失效零件据自身结构、材料反抗失效—→反抗失效＞失效—→解决办法：合理设计遵循设计准则三、设计准则1、刚度准则刚度：抵抗弹性变形的能力。机床主轴等弹性变形过大将影响加工精度。2、寿命准则实际使用寿命大于或等于预期寿命，L≥[L]。3、温升准则Δt≤[Δt]4、强度准则强度：零件抵抗断裂、塑变、疲劳破坏的能力。(2.2机械零件的强度)或（公式2.1）（公式2.2）2.2

4、.1两种判断零件强度的方法（1）判断危险截面处的最大应力是否小于许用应力（正应力或切应力）（2）判断危险截面处的安全系数是否大于或等于许用安全系数。2.2机械零件的强度2.2.2静应力强度在静应力下工作的零件，主要失效形式：塑性变形或断裂。按照不发生塑性变形的条件进行强度计算。公式用（2.1）或（2.2）。其中。2.复合应力时的塑性材料零件根据第三或第四强度理论来确定其强度条件。(2.3)1.单向应力时的塑性材料零件或(2.4)复合安全系数：3.允许少量塑性变形的零件可根据允许达到一定塑性变形时

5、的载荷进行强度计算。4.脆性材料和低塑性材料的零件公式（2.1）和（2.2）中的极限应力应为材料的强度极限。对组织不均匀的材料，在计算时不考虑应力集中。组织均匀的低塑性材料应考虑应力集中。2.2.3变应力强度在变应力下工作的零件，其主要失效形式是疲劳断裂。应用（2.1）--(2.4)计算疲劳强度(第三章)时，其极限应力为疲劳极限。循环特性r一定时，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力，称为疲劳极限。安全系数的选择原则：在保证安全、可靠的前提下，尽可能选用较小的许用安全系数。安全系数过小

6、，机器可能不够安全；安全系数过大，在材料、加工、运输等方面不符合经济原则，且机器笨重。不同的机器制造部门，常有自己制定的许用应力和许用安全系数的专用规范。没有规范的可遵循一定原则选用许用安全系数：自学内容P15。2.2.4许用安全系数2.2.5提高机械零件强度的措施P16合理布置零件，减少所受载荷。降低载荷集中，均匀载荷分布。采用等强度结构选用合理截面减小应力集中2.3机械零件的表面强度整体强度表面强度静强度疲劳强度静应力下的强度变应力下的强度表面磨损强度表面挤压强度表面接触强度表面接触应力下的

7、强度在滑动摩擦下工作的零件挤压应力下的强度一些依靠表面接触工作的零件，如齿轮传动、滚动轴承、摩擦离合器等，它们的工作能力决定于接触表面的强度。应力的分布规律：ρ1ρ22.3.1表面接触强度表面接触应力：局部小面积上（两圆柱体或两球体）产生的接触应力赫兹（1881）bFF式中，E为材料的弹性模量。表面疲劳磨损——疲劳点蚀，简称点蚀。其主要失效形式：1）静应力下：脆性材料——表面压溃；塑性材料——表面塑性变形2）变应力下：后果：零件的有效面积减少，传递载荷的能力降低；工作时引起振动和噪声。是闭式齿轮

8、传动、滚动轴承等的主要失效形式。点蚀的形成和润滑油的关系：（1）润滑油从裂纹开口处渗入裂纹中，在载荷作用下，导致裂纹内产生巨大油压，从而促进裂纹的发展和表层剥落。油的粘度愈低，油便易于渗入裂纹，点蚀发展愈快。（2）如果没有润滑油，表面直接接触，引起磨粒磨损。不发生失效的强度条件：例2.2求图2.10所示三种圆柱体接触的最大接触应力之比，其他工作条件均相同，尺寸已知。解：图2.102.3.2提高表面接触强度的主要措施——增大接触表面的综合曲率半径。——将外接触改为内接触。——将点接触改为线接触。—