第2章 机械零件的强度分析.ppt

四、许用安全系数的选取 安全系数定得正确与否对零件尺寸有很大影响 1）静应力下，塑性材料的零件：[S ] =1.2～１.5 　　　　　　　　　　 铸钢件：[S ]=1.５～２.5 [S]↑ 典型机械的 [S ]可通过查表求得。 无表可查时，按以下原则取： → 零件尺寸大，结构笨重。 [S]↓ → 可能不安全。 ２）静应力下，脆性材料，如高强度钢或铸铁： [S ]=3～4 3）变应力下， [S ]=1.3～1.7 材料不均匀，或计算不准时取： [S ]=1.7～2.5 潘存云教授研制 五、提高机械零件疲劳强度的措施 ▲ 在综合考虑零件的性能要求和经济性后，采用具有高疲劳强度的材料，并配以适当的热处理和各种表面强化处理。 ▲ 适当提高零件的表面质量，特别是提高有应力集中部位的表面加工质量，必要时表面作适当的防护处理。 ▲ 尽可能降低零件上的应力集中的影响，是提高零件疲劳强度的首要措施。 ▲ 尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。 减载槽 ▲ 在不可避免地要产生较大应力集中的结构处，可采用减载槽来降低应力集中的作用。 潘存云教授研制 潘存云教授研制 §2－4 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。 潘存云教授研制 潘存云教授研制 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。 F F ρ2 O2 ρ1 O1 ρ2 O2 ρ1 O1 F F ω2 2b sH ω1 变形量 B 接触失效形式常表现为： 疲劳点蚀 后果：减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、降低了承载能力、引起振动和噪音。 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 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，使裂纹加快扩展，终于使表层金属呈小片状剥落下来，而在零件表面形成一些小坑 ，这种现象称为渡劳点蚀。 潘存云教授研制 潘存云教授研制 b 由弹性力学可知，应力为： 对于钢或铸铁取泊松比： μ1=μ2=μ=0.3 , 则有简化公式。 上述公式称为赫兹(H·Hertz)公式 “+”用于外接触， “-”用于内接触。 σH σH ρ2 ρ1 Fn ρ1 Fn b ρ2 σH σH 潘存云教授研制 σH -------最大接触应力或赫兹应力; b -------接触长度; Fn -------作用在圆柱体上的载荷; -----综合曲率半径; -----综合弹性模量; E1、 E2 分别为两 圆柱体的弹性模量。 接触疲劳强度的判定条件为： b Fn §2-5 机械设计中的摩擦、磨损和润滑 摩擦学----研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。 ▲ 摩擦--相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象； ▲ 磨损--由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移； ▲ 润滑--减轻摩擦和磨损所应采取的措施。 关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学(Tribology)。 世界上使用的能源大约有 1/3~1/2 消耗于摩擦。 机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的。 减少摩擦 节省能源； 减少磨损 降低设备维修次数和费用，节省制造零 件及其所需材料的费用。 随着科学技术的发展，摩擦学的理论和应用必将由宏观进入微观，由静态进入动态，由定性进入定量，成为系统综合研究的领域。 二）摩擦的分类 内 摩 擦：在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运 动的现象。 外 摩 擦：在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍 作用现象。 静 摩 擦：仅有相对运动趋势时的摩擦。 动 摩 擦：在相对运动进行中的摩擦。 滑动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滑动。 滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动。 ▲ “机械说” --摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用； ▲ “分子说” --摩擦原因是表面材料分子间的吸力作用； 一）摩擦的机理 ▲ “