第1章机械设计的力学基础知识选读.ppt

机 械 学 基 础 * 绪 论 机械设计的力学基础知识 机械工程材料及钢的热处理 机械精度设计基础 机构的组成原理及 平面连杆机构 凸轮机构 弹簧 机械零件设计制造 的结构工艺性 带传动与链传动 齿轮传动机构 间歇运动机构 齿轮传动设计 轴与联轴器 轴承 连接 机械学基础 第1章 机械设计的力学基础知识 §1-1 载荷和应力 §1-2 机械零部件失效形式与设计准则 1.1.1 机械零部件的工作能力 工作能力 需求 强度、刚度 耐磨性 振动稳定性 …… 以传动为主的零件一般要求有一定的强度和刚度，即在工作负荷下不发生破坏和过大的变形；具有相对运动并传力的零件需要有较好的耐磨性；而高速转动的零件则要具有较高的振动稳定性。 §1-1 载荷和应力 在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为工作能力。 1.1.2 机械零件的强度 静强度疲劳强度 按工作条件分 整体强度表面强度 按破坏部位和破坏形式分 强度反映机械零件承受载荷时抵抗破坏的能力 §1-1 载荷和应力 1.1.3 载荷 静载荷变载荷 周期性变载荷非周期性变载荷 名义载荷计算载荷 额定功率或名义功率 引入载荷系数K 计算载荷=K*名义载荷 §1-1 载荷和应力 载荷指的是使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素。 1.1.4 应力 （a）对称循环 (b)脉动循环 (c)非对称循环 静应力 r=1 静应力变应力(循环变应力) 1.应力 循环特性系数 r=-1 r=0 -1r1 §1-1 载荷和应力 §1-1 载荷和应力 强度极限屈服极限疲劳极限 极限应力 脆性材料 脆性破坏 塑形材料 塑性变形 疲劳破坏 工作应力：按照材料力学的基本公式求出的、作用在零件剖面上的应力 计算应力：零件危险剖面上呈复杂应力状态时，按照某一强度理论求出、与单向应力等效的应力。 工作应力计算应力 2.应力 3.极限应力 按照强度准则设计机械零件时，根据材料性质及应力种类而采用材料的某个应力极限值。 §1-1 载荷和应力 4.标准试件的疲劳极限和疲劳曲线 疲劳破坏应力 循环次数 有限寿命疲劳极限 工程上常用对称循环 r=-1 的应力极限值 和 作为材料的疲劳极限 N0 循环基数，对应的 和 称为 疲劳极限 §1-1 载荷和应力 影响疲劳极限的因素 1.应力集中 2.绝对尺寸 3.表面状态 零件的对称循环疲劳极限应力 5.零件的疲劳极限 §1-1 载荷和应力 6.许用应力及（许用)安全系数 安全系数的采取原则：在保证安全的可靠的前提下，尽可能选择较小的安全系数 许用应力：计算应力允许达到的最大值。在实现条件下找出极限应力值，在现场情况下，考虑各方面的影响，加一个安全系数。 §1-1 载荷和应力 7.整体强度和表面强度 整体强度 零件受载时在本体内产生应力为整体强度问题，整体强度的形式有拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切 零件受载时，在传力的接触表面上产生应力，引起表面强度问题。 表面强度 §1-1 载荷和应力 8.接触强度 接触应力：是在两个零件通过点接触或线接触传递载荷时，在接触部位产生弹性变形，同时产生的很大的应力。此时，零件的工作能力取决于表面的接触强度。 §1-1 载荷和应力 两个平行轴圆柱体接触受压时，最大接触应力计算：弹性力学中的赫兹Hertz公式 ------作用在圆柱体上的压力，N ------接触线长度，mm ------综合曲率半径 ------两圆柱体材料的泊松比 ------材料弹性系数，E1 E2 圆柱体材 料的弹性模量 §1-1 载荷和应力 1.2.1 失效形式及对策 机械零部件由于某种原因丧失工作能力而不能正常工作时称为失效。 §1-2 机械零部件失效形式与设计准则 采用的对策 1. 控制零件尺寸2. 合理选择材料和热处理方式3. 确定合理的结构4. 合理使用和维护 §1-2 机械零部件失效形式与设计准则 1. 控制零件尺寸 按强度、刚度等工作能力准则计算零件尺寸，使在满足工作要求条件下尺寸尽量紧凑。 1）校验计