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：载荷与应力的分类；机械零件的强度。机械零件的表面强度。1.失效：机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时。了解几个概念失效并不单纯意味着破坏。常见的失效形式有：因强度不足而断裂；过大的弹性变形或塑性变形；摩擦表面的过度磨损；联接松动；打滑或过热；压力容器、管道等的泄漏；运动精度达不到要求等。同一零件发生失效的形式可能有数种：如

2、齿轮的失效形式有：齿面粘着磨损和胶合、磨粒磨损；齿面疲劳点蚀和剥落；软齿疲劳折断和过载折断；齿面或齿体塑性变形；齿轮其他部分的破坏等。2.工作能力：零件不发生失效时的安全工作限度。3.工作能力计算准则：为防止失效而制定的判断条件。对应于不同的失效形式不同的工作能力不同的计算准则。总之：计算量≤许用量对载荷而言的工作能力称为承载能力了解几个概念如：轴的失效形式：可能是疲劳断裂，也可能是过大的弹性变形。轴的工作能力：轴的疲劳强度轴的刚度2.1载荷与应力的分类2.应力的分类按应力随时间变化的特性不同静应力变应力静应力：不随

3、时间变化或变化缓慢的应力变应力：随时间变化的应力1.载荷的分类载荷可分为静载荷和变载荷静载荷：不随时间变化或变化缓慢的载荷变载荷：随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷名义载荷：计算载荷：计算载荷等于名义载荷乘以载荷系数K。规律性非稳定变应力随机性非稳定变应力汽车弹簧otσσ=常数σmax脉动循环变应力r=0σm静应力:σ=常数变应力:σ随时间变化平均应力:应力幅:Tσmaxσminσaσaσm循环变应力otσ变应力的循环特性:σmaxσminσaσa对称循环变应力r=-1otσ----脉动循环变应力----对称循环

4、变应力-1=0+1----静应力otσσaσaσminr=+1描述变应力特性的主要参数有：－应力循环特性。变应力特性可用五个参数中的任意两个来描述----脉动循环变应力----对称循环变应力-1=0+1----静应力r载荷与应力应力计算应力名义应力þýü计算载荷名义载荷载荷îíì应力变应力静应力þýü变载荷静载荷载荷îíì在静载荷下，随时间变化的变应力aσ0tt0σa2.2机械零件的强度2.2.1判断零件强度的方法（1）判断危险截面处的最大计算应力是否小于或等于许用应力。强度条件：（2.1）（2）判断危险截面处的实际

5、安全系数是否大于或等于许用安全系数。（2.2）强度条件：脆性材料和低塑性材料的零件塑性材料零件2.2.2静应力强度在静应力下工作的零件，其主要失效形式是: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。强度条件公式为（2.1）或（2.2）1.单向应力时的塑性材料零件（弯或者是扭）塑性材料零件脆性材料和低塑性材料的零件根据第三或第四强度理论来确定其强度条件。（弯扭复合应力）强度条件：(2.3)复合安全系数：(2.4)2.复合应力时的塑性材料零件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的载荷进行强度计

6、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(ch3)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)计算疲劳强度时，其极限应力为疲劳极限。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。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。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

7、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→零件尺寸大，结构笨重。S↓→可能不安全。S↑2.2.5提高机械零件强度的措施提高零件强度可以从结构和制造工艺两方面着手。﹖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，它们的工作能力决定于接触表面的强度。若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，由于变形其接触处为

8、一小面积，通常此面积甚小而表层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力。这时零件强度称为接触强度。如齿轮，滚动轴承等2.3.1表面接触强度ρ1ρ2由弹性力学知，表面接触应力：令“+”用于外接触，“-”用于内接触。μ1=μ2=μ=0.3初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹裂纹的扩展与断裂油金属剥落出现小坑后果：减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、降低了承