第一章第5节_机械零件的强度材料与结构工艺性

1、第第 5 节节 机械的强度、材料与结构工艺性机械的强度、材料与结构工艺性（1）失效：失效：机械零件丧失工作能力或达不到要求的性机械零件丧失工作能力或达不到要求的性 能时。能时。 机械零件的失效形式机械零件的失效形式 强度不足而断裂强度不足而断裂 过大的弹性变形或塑性变形过大的弹性变形或塑性变形 摩擦表面的磨损、打滑或过热摩擦表面的磨损、打滑或过热 连接松动连接松动 压力容器、管道等的泄漏压力容器、管道等的泄漏 总总 论论（2）工作能力：工作能力：零件不发生失效时的安全工作限度称。零件不发生失效时的安全工作限度称。 （3）承载能力：承载能力：对载荷而言的工作能力。对载荷而言的工作能力。强度：强度

2、：反映机械零件承受载荷时抵抗破坏能力的重要指标。反映机械零件承受载荷时抵抗破坏能力的重要指标。 第第 5 节节 机械的强度、材料与结构工艺性机械的强度、材料与结构工艺性注意注意 总总 论论一、机械零件的强度一、机械零件的强度分析强度问题分析强度问题考虑考虑载荷载荷引起破坏的外部因素引起破坏的外部因素材料、形状、尺寸材料、形状、尺寸抵抗破坏的抵抗破坏的内部因素内部因素 总总 论论强度强度静强度静强度疲劳强度疲劳强度工作条件工作条件破坏部位和破坏形式破坏部位和破坏形式体积强度体积强度表面强度表面强度 总总 论论1. 载荷载荷分类分类静载荷静载荷载荷大小或方向不随时间载荷大小或方向不随时间变化或变化

3、缓慢变化或变化缓慢动载荷动载荷载荷大小或方向随时间变化载荷大小或方向随时间变化名义载荷：名义载荷：根据动力机的额定功率根据动力机的额定功率P（kW）和额定转）和额定转速速n（rmin）计算出的载荷）计算出的载荷 。 总总 论论名义转矩名义转矩inPT610549. 9（1-5-1）式中：式中：T转矩，转矩，Nmm；i从动力机到所计算零件之间的总传动比从动力机到所计算零件之间的总传动比；从动力机到所计算零件之间传动的总效率。从动力机到所计算零件之间传动的总效率。 总总 论论计算载荷：计算载荷：载荷系数载荷系数K与名义载荷的乘积，以与名义载荷的乘积，以TC、FC等表示。等表示。计算转矩计算转矩TC

4、 = KT（1-5-2） 式中：式中：K载荷系数，一般取载荷系数，一般取K 1。 总总 论论2. 应力应力静应力静应力大小或方向不随时间变化或变化缓慢的应力大小或方向不随时间变化或变化缓慢的应力变应力变应力大小或方向随时间变化的应力，具有周期大小或方向随时间变化的应力，具有周期性的变应力称为循环应力。性的变应力称为循环应力。循环应力循环应力脉动循环应力脉动循环应力对称循环应力对称循环应力非对称循环应力非对称循环应力 总总 论论零件受载后产生应力零件受载后产生应力。 图图1-5-1 应力的类型应力的类型 总总 论论静应力只能在静载荷作用下产生；变应力可能由变载荷静应力只能在静载荷作用下产生；变应

5、力可能由变载荷产生，也可能由静载荷产生。产生，也可能由静载荷产生。注意注意maxmin2minmaxm2minmaxamaxminr任意任意2个参数确定变应个参数确定变应力的大小和变化性质力的大小和变化性质 总总 论论最大应力最大应力最小应力最小应力平均应力平均应力应力幅应力幅循环特征循环特征3. 机械零件的体积强度机械零件的体积强度体积强度：体积强度：在载荷作用下，如果应力是在零件较大的体在载荷作用下，如果应力是在零件较大的体积内产生，在这种应力状态下的零件强度。体积强度通积内产生，在这种应力状态下的零件强度。体积强度通常简称为强度。常简称为强度。 (1) 静应力下零件的强度静应力下零件的强

6、度 强度条件强度条件或或 总总 论论SSSSSbSb或或或或（塑性材料）（塑性材料）（脆性材料）（脆性材料）（1-5-3）（1-5-4）式中：式中：或或许用应力，许用应力，MPa； 或或零件的最大工作应力，零件的最大工作应力，MPa； 或或材料的屈服点，材料的屈服点，MPa; 或或材料的抗拉强度极限，材料的抗拉强度极限，MPa；S安全系数。安全系数。 总总 论论2. 变应力下零件的强度变应力下零件的强度在变应力作用下的零件，其失效形式是疲劳断裂，因此零在变应力作用下的零件，其失效形式是疲劳断裂，因此零件的强度条件为：件的强度条件为：rr或或（1-5-5）式中：式中： 或或零件的最大工作应力，零

7、件的最大工作应力，MPa； 或或零件在循环特性下的许用应力，零件在循环特性下的许用应力，MPa。4. 机械零件的表面强度机械零件的表面强度表面强度：表面强度：在载荷作用下，如果应力是在零件较浅的表层内在载荷作用下，如果应力是在零件较浅的表层内产生，则在这种应力状态下的零件强度。产生，则在这种应力状态下的零件强度。（1）表面接触强度）表面接触强度零件的接触强度条件为零件的接触强度条件为 HHHHSlim（1-5-6）式中：式中：H零件的最大接触应力，零件的最大接触应力，MPa； H零件的许用接触应力，零件的许用接触应力，MPa； Hlim零件材料的接触疲劳极限，零件材料的接触疲劳极限，MPa；

8、S接触强度安全系数。接触强度安全系数。 总总 论论（2） 表面挤压强度表面挤压强度 以面接触而无相对运动的零件，在载荷作用下，接以面接触而无相对运动的零件，在载荷作用下，接触表面将产生触表面将产生挤压应力挤压应力。零件的挤压强度条件为零件的挤压强度条件为pP（1-5-7）式中：式中：P零件的最大挤压应力，零件的最大挤压应力，MPa；P许用挤压应力，许用挤压应力，MPa。 总总 论论（3） 表面磨损强度表面磨损强度 以面接触而作相对运动的零件，在载荷作用下，接以面接触而作相对运动的零件，在载荷作用下，接触表面因有摩擦而产生磨损。触表面因有摩擦而产生磨损。零件的磨损强度条件为零件的磨损强度条件为滑

9、动速度低、载荷大时：滑动速度低、载荷大时：滑动速度较高时：滑动速度较高时：高速时：高速时：pp pvpv vv （1-5-8）（1-5-9）（1-5-10） 总总 论论式中：式中：p零件接触面的压强，零件接触面的压强，MPa；p许用压强，许用压强，MPa； v零件相对滑动速度，；零件相对滑动速度，；pv许用许用pv值，值，MPa；v许用速度，许用速度，s 总总 论论二、机械零件常用材料及其选择二、机械零件常用材料及其选择常用材料常用材料复合材料：纤维增强塑料、金属陶瓷等复合材料：纤维增强塑料、金属陶瓷等有色金属：铜、铝及其合金有色金属：铜、铝及其合金金属材料：金属材料：非金属材料：工程塑料、橡

10、胶、玻璃、皮革等非金属材料：工程塑料、橡胶、玻璃、皮革等黑色金属：钢、铸铁黑色金属：钢、铸铁 总总 论论1. 钢：含碳量低于钢：含碳量低于2%的铁碳合金。的铁碳合金。碳素钢：含碳量碳素钢：含碳量 1%合金钢：碳钢中加入合金元素合金钢：碳钢中加入合金元素低碳钢：含碳量低碳钢：含碳量 0.5%特点：特点：强度较高，塑性较好，制造机件时可以轧制、锻强度较高，塑性较好，制造机件时可以轧制、锻造、冲压、焊接和铸造，并且可以用热处理方法获得高造、冲压、焊接和铸造，并且可以用热处理方法获得高的机械性能或改善切削性能。的机械性能或改善切削性能。地位：地位：机械制造中应用最广和极为重要的材料。机械制造中应用最广

11、和极为重要的材料。 总总 论论2. 铸铁：含碳量大于铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。的铁碳合金。 3. 有色金属：有色金属： 在工业上，把铁以外的金属统称为有色金属，以有色金属在工业上，把铁以外的金属统称为有色金属，以有色金属为主要元素组成的合金称为有色金属合金。为主要元素组成的合金称为有色金属合金。 如：铜合金和铝合金等。如：铜合金和铝合金等。 铸铁属脆性材料，不能辗压和锻造，不易焊接；但其熔铸铁属脆性材料，不能辗压和锻造，不易焊接；但其熔点较低，流动性好，因此可以铸造出形状复杂的铸件。点较低，流动性好，因此可以铸造出形状复杂的铸件。 4. 非金属材料：非金属材料： 工程塑料、橡胶、玻璃、陶

12、瓷、皮革等。工程塑料、橡胶、玻璃、陶瓷、皮革等。 总总 论论2. 材料的选用原则材料的选用原则使用要求使用要求 零件的工作和受载情况，对零件尺寸零件的工作和受载情况，对零件尺寸 工艺要求工艺要求 铸造性能、锻造性能、焊接性能、铸造性能、锻造性能、焊接性能、经济性经济性 材料的相对价格，生产批量、供应条件材料的相对价格，生产批量、供应条件 等。等。和质量的限制，零件的重要程度。和质量的限制，零件的重要程度。切削加工性能、热处理性能等。切削加工性能、热处理性能等。 总总 论论三、机械零件的结构工艺性三、机械零件的结构工艺性 机械零件不仅要满足强度、刚度、稳定性等方面的机械零件不仅要满足强度、刚度、稳定性等方面的条件，还要加工方便、节