第2章___机械零件的工作能力和计算准则.ppt

* 第2章 机械零件的工作能力和计算准则 机械设计 2.1 载荷及应力的分类 2.1.1 载荷的分类 静载荷 变载荷 ——不随时间改变或变化缓慢 ——随时间作周期性或非周期性变化 名义载荷 计算载荷 ——理想工作条件下的载荷 ——作用于零件的实际载荷 计算载荷 名义载荷 = K × 载荷系数 ？ 2.1.2 应力的分类 静应力 变应力 ——不随时间改变或变化缓慢 ——随时间作周期性或非周期性变化 变应力 稳定变应力——周期性循环变应力 非稳定变应力——非周期性循环变应力 注意： 变载荷 → 变应力 静载荷 → 静应力 ？ 或变应力 n P ● a n σmax σmin σ t σa O σm σmax σa σ t O t σm σmax σa σmin σ O σ=常数 静应力 σ t O 稳定变应力 非对称循环变应力 对称循环变应力 脉动循环变应力 表达变应力的几个参数 循环特征： ——表示应力变化的情况 对称循环— r = －1； 脉动循环— r = 0； 非对称循环— r≠ 0 且 | r | ≠ 1; 静应力— r = +1 用σr 表示循环特征为 r 的变应力。如 σ-1、σ0等 平均应力： 应 力 幅： 对称循环:σm= 0; σa=σmax 脉动循环:σm=σa=σmax / 2 2.2 机械零件的强度 主要失效形式：断裂或塑性变形 强度条件：σ≤ [σ] 、τ≤ [τ] 或 S≥[ S ] 塑性材料： 许用应力： σlim = σs ；τlim = τs 脆性材料： σlim = σB ；τlim = τB 2.2.1 两种判断零件强度的方法 ① ② 2.2.2 静应力强度 2.2.3 变应力作用下的强度问题 主要失效形式：疲劳破坏 初始裂纹 疲劳区(光滑) 粗糙区 强度条件：σ≤ [σ] σlim = ？ 轴 变应力时，取 σlim = σrN（疲劳极限） 疲劳破坏与零件的变应力循环次数N有关 N σ σrN σr N N0 疲劳曲线 N — 应力循环次数 σrN — 疲劳极限（对应于N） N0 — 循环基数 σr — 持久极限 有限寿命区 无限 由此得： m——与应力状态有关 的指数 各种材料的σr可从有关手册中查取 通常 S ≥ 1 2.2.4 安全系数 安全系数小——失效的可能性大 安全系数大——机械零件的体积庞大 协调处理 影响安全系数因素如下： 1. 与应力计算有关的因素 应力计算所依据的载荷值的不精确性 应力计算用的力学模型与实际状况之间的差异 2. 与材料的极限应力有关的因素 材料机械性能本身的变化 零件尺寸效应的不确定性 不同毛坯制取方法及机械加工工艺对材料机械性能的影响 3. 与零件的重要性有关（等级）： 一级：零件的破坏要引起人身事故 二级：零件的破坏要引起严重的设备事故，修理费用昂贵 三级：零件的破坏要使机器停机修理 四级：零件的破坏不会使机器立即停止工作 选择原则： 保证安全可靠的前提下，尽可能选用较小的许用安全系数 2.2.4 提高零件强度的措施 两个方面：结构设计； 制造工艺 1）结构方面 ——合理布置零件减少载荷 ——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 如梁的截面采用工字形、T字形；轴的截面采用圆形。 ——减小应力集中 机械加工方法——表面滚压，喷丸处理使表面产生很小的 塑性变形（残余压应力） 2）制造工艺－－主要提高疲劳强度 热处理方法－－化学热处理：渗碳、渗氮 　　　　　　　　　　　　　普通热处理：表面淬火 2.3 机械零件的表面强度 2.3.1 表面接触强度 1. 表面接触应力 两圆柱体： “+”号用于外接触，“-”号用于内接触 2. 失效形式 表面疲劳磨损（表面疲劳点蚀） 3. 强度条件 4. 提高接触强度的措施 －－－减小接触应力 －－－提高表面硬度，以提高许用接触应力 －－－提高润滑油黏度 2.3.2 表面挤压强度 1. 失效形式 2. 强度条件（条件性计算） 常用于静态联接或低速工作条件下 塑性材料——塑性变形 脆性材料——表面压碎 2.3.3 表面磨损强度 1. 磨损 2. 计算准则（条件性计算） 3. 减轻磨损的措施 合适的材料匹配；提高表面硬度； 合适的表面状态；表面镀层； 防尘处理；控制表面温度； 提高表面加工质量；降低表面粗糙度值。 2.4 机械零件的刚度 2.4.1 刚度对机械零件性能的影响 刚度：是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力 表示方法：刚度－产生单位弹性变形所需要的力或力矩 　　　　　柔度－单位外力或外力矩产生的弹性变形量 １）刚度不足会影响零件的使用性能 ２）对