第2章机械设计的工作能力和计算准则.pptx

第2章 机械零件的强度和计算准则;2.1 机械零件的载荷和应力;变应力;;稳定循环变应力的基本参数和种?? ;变应力进行有关参数计算时应该注意几点问题： （1）横坐标以上为拉伸应力，数值为正，横坐标以下为压缩应力，数值为负。对于剪切应力，则可以自行规定一个方向为正值，另一个方向为负值。 （2）根据绝对值大小判断σmax和σmin，绝对值大者为σmax，小者为σmin。 （3）循环特性的变化范围为 。;静应力只能由静载荷产生， 变应力可能由变载荷或静载荷产生。;4.名义应力----由名义载荷求出的应 力 5.计算应力----由计算载荷求出的应力 ;2.2 机械零件的计算准则;; 失效具有多样性,同一种零件会有多种失效形式，但最常发生的失效形式主要是由于强度、刚度、耐磨性、耐温度性、振动稳定性、可靠性等方面的问题。 ;零件工作;2.2.1 强度准则;2.判断危险截面的实际安全系数是否大于或等 于许用安全系数;安全系数意义 考虑实际情况及必要强度储备 安全系数的决定因素 （1）载荷和应力的性质和计算的准确程度； （2）运行条件的平稳程度（是否有冲击载荷）； （3）材料的性质和材质的均匀程度； （4）零件的重要程度； （5）工艺和探伤水平； （6）环境是否具有腐蚀性。 安全系数的选择原则： 在保证安全、可靠的前提下，尽可能选用较小的安全系数。;刚度----零件在载荷作用下抵抗变形的能力 (力,力矩/弹性变形量) 柔度----在外力作用下产生变形的能力(弹性变形量/力,力矩) ;刚度指标: 伸长,压缩,挠度,扭角,转角 计算准则: 弹性变形量不大于许用值 ;;2.2.3 寿命准则 寿命是机械零件能正常工作延续的时间 决定零件寿命的主要的因素----腐蚀、疲劳和磨损； 磨损问题和腐蚀----研究目前还很不完善，还无法建立一个能够为广泛接受的计算准则； 疲劳问题----目前发展比较成熟，具体的疲劳寿命计算方法，后续章节中有详细的介绍。;1.可靠性----产品在规定的条件下和规定的时间内无故障完成规定功能的能力 2.可靠度----产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率(Rt) Rt=Nt/N=(N-Nf)/N=1-Nf/N N－总的零件 Nt－继续工作的零件 Nf－失效的零件 3.累积失效概率----产品在规定的条件下和规定的时间内失效的概率(Ft或P) Ft=Nf/N=1-Rt , Ft+Rt=1 ;1.可靠性----产品在规定的条件下和规定的时间内无故障完成规定功能的能力 2.可靠度----产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率(Rt) Rt=Nt/N=(N-Nf)/N=1-Nf/N N－总的零件 Nt－继续工作的零件 Nf－失效的零件 3.累积失效概率----产品在规定的条件下和规定的时间内失效的概率(Ft或P) Ft=Nf/N=1-Rt , Ft+Rt=1 ;随试验时间不断延长，则Nf将不断增加，可靠度逐渐减少，这说明零件的可靠度是随时间发生改变的，是时间的函数。 对Ft进行微分得： 失效分布密度f(t)=dFt/dt=dNf/Ndt 与时间的关系曲线称为失效分布曲线,常见的分布曲线有正态分布,可根据分布函数求出可靠度。 ;可靠性计算准则,就是要保证零件在工作过程中能够满足规定的可靠性要求。;2.3 提高强度的一般方法;2.3.2 提高机械零件强度的一般措施;2）采用等强度结构;3）减少应力集中;4）选用合理截面 比如梁的截面采用工字型、T字型；轴的截面采用圆形、空心圆形等。 5）对零件表面进行强化处理 比如，为提高零件表面疲劳强度，常采用的表面强化工艺有：喷丸处理及碾压处理、渗碳、碳氮共渗、渗氮、表面淬火。 ; 表面强度分为三种: 1）表面挤压强度 2）表面接触强度 3）表面磨损强度;1）表面挤压强度;2.挤压失效形式----压碎和塑性变形 3.挤压应力的分布 4.条件性简化计算挤压应力 5.计算公式 ;2）表面接触强度;对于圆柱接触的情形，接触应力为： ;点接触的情形一般可以归结为两个球体的接触， 接触应力为： ;----两圆柱体接触，接触面为矩形， 最大接触应力σHmax∝F1/2，两球体接触，接触面为圆形， 最大接触应力σHmax∝F1/3 ---- 最大接触应力以两圆柱体外接触最高，圆柱体-平面接触次之，内、外圆柱体接触最低 ;计算准则 ;3） 表面磨损强度;提高刚度的方法： 1）材料对刚度的影响 弹性模量大则刚性就大,金属大于非金属,同类金属的弹性模量相差不大,以高强度合金钢代替普通碳钢来提高刚度的方法不可取 ;2）结构对刚度的提高 支承方式和位置 悬臂支承、球轴承简支承和滚子轴承支承结构，它们的最大弯矩之比为M