机械零件的工作能力和计算准则.pptx

第二章　机械零件的工作能力和计算准则失效：零部件不能满足工作要求称为失效机械零件的主要失效形式 整体断裂：拉，压，弯，扭过大的残余应力：加工，热处理零件表面的破坏：点蚀、磨损，热处理破坏正常工作条件引起的失效：打滑、胶合、共振2021/7/5工作能力：不发生失效时的工作限度计算（设计）准则：（要满足的条件）○强度准则：σ≤［σ］或τ≤［τ］；［σ］＝或［τ］＝τmin/s○刚度准则：ｙ≤［ｙ］或θ≤［θ］　φ≤［φ］○耐磨性准则：验算压强：ｐ［ｐ］，单位接触面上单位时间产生摩擦功不太大，控制ｐｖ≤［ｐｖ］?○可靠性准则：按传统强度设计方法设计零件，由于材料强度，外载荷和加工尺寸等存在离散性，有可能出现达不到预定工作时间而失效的情况。希望将出现这种失效情况的概率控制在一定程度之内，这就对零件提出可靠性要求。○可靠度：机器或零件在一定工作环境下，在规定的使用期限内连续工作的概率。2021/7/52.1 载荷和应力的分类载荷是机械设计中的重要参数，是重要的设计目标之一，也是造成失效的重要原因载荷分类静载荷：不随时间变化的载荷动载荷：随时间变化（周期或非周期、大小、方向、位置）的载荷名义载荷：根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷（F、P、T）计算载荷：考虑原动机、工作机、零件受力不均匀等因素影响而设计出的载荷 Fc=KF ,Pc=KP, Tc=KT(K参见P12)应力分类（载荷无法衡量工作极限，需要用应力,见 P12）静应力：只能由静载荷产生变应力 对称循环 脉动循环 可以变载荷产生也可以由静载荷产生(P13) 非对称循环应力循环特性r:最小与最大应力之比变应力的描述：用σmax ， σmin ， σm ， σa ，r五个参数中的任意两个来描述2021/7/52021/7/52.2 机械零件的强度两种判断零件强度的方法应力法σ≤[σ]= σlim /[Sσ], τ≤[τ]= τ lim /[Sτ], 安全系数法Sσ= σlim / σ ≥ [Sσ], Sτ = τ lim / τ ≥[Sτ],静应力强度失效形式：塑性变形或断裂单向应力时极限应力采用屈服极限σs, τs 复合应力时的塑性材料（ τmax是破坏主因按第三、强度理论，单位体积塑性变形是破坏主因用第四强度理论，公式见P１４）脆性材料极限应力采用强度极限σB, τB 变应力强度（主要破坏形式是疲劳，见下章）2021/7/52.2.4 许用安全系数根据工作情况选择，在保证安全可靠的情况下，尽可能小（具体P15）提高机械零件强度的措施（材料、截面积及结构等方法，结构见P16）2021/7/52.3 机械零件的表面强度在零件整体没出现断裂、塑性变形等情况下，零件表面也可能出现破坏失效，这种失效由表面强度确定表面强度分：①表面接触强度；②表面挤压强度；③表面磨损强度；表面接触强度产生原因：力作用点、接触面接触不均匀及塑性变形造成接触面局部应力较大（P19图）计算：赫兹公式（P19，理解，并理解课本上的两个例题）失效形式：静载荷：脆性材料的表面压碎和塑性材料的表面塑性变形循环接触：表面疲劳磨损（疲劳点蚀），产生原因及过程见P20强度指标（极限应力）静载荷：最大许用接触应力σHmax≤ [σH]max循环接触：接触疲劳极限（在规定的应力循环次数下材料 不发生点蚀现象的极限应力） σHmax≤ [σH]提高表面接触强度的主要措施增大接触表面的综合曲率半径，以降低接触应力（赫兹公式）将外接触改为内接触，将点接触改为线接触，降低接触应力（课本上例子）提高表面质量，使接触面更均匀，降低接触应力，同时减少缺陷，避免发生应力集中提高表面硬度，延缓点蚀采用黏度高的润滑油，减轻油挤入裂纹，形成油压 2021/7/52021/7/5 表面挤压强度产生原因：局部应力过大失效形式：压溃（表面塑性变形）和表面破碎计算公式： σp = F/A≤ [σp], A为曲面接触时的投影面积（见P22） 表面磨损强度计算准则：滑动速度低，载荷大时p ≤[p]中速时：pv ≤[pv]高速时： pv ≤[pv]；v ≤[v] 提高表面磨损强度的主要措施采用合适的摩擦副材料，如：钢－青铜提高表面硬度，降低表面粗糙度采用有效的润滑剂和润滑方法防尘、防高温2.4 机械零件的刚度刚度：在载荷作用下抵抗弹性变形的能力 刚度的影响刚度不足影响机器的正常工作，加速零件失效（弹性零件则需要较小的刚度）2021/7/5刚度计算ｙ≤［ｙ］或θ≤［θ］　φ≤［φ］影响刚度的因素及其改进措施材料对刚度的影响弹性模量大则刚度大，但同类金属材料的弹性模量相差不大，故没必要用合金钢代替普通钢来提高刚度结构对刚度的影响截面形状：增大截面面积，采用中空、工字钢、槽钢、T形截面等惯性矩大的截面支撑方式：采用合适的支撑方式，减少