机械设计濮良贵第二章

1、第二章 机械零件的工作能力和计算准则一、失效失效：机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能工作能力：零件不发生失效时的安全工作限度承载能力：零件不发生失效时所能承受的最大载荷失效并不意味着破坏 带传动打滑 图示为自行车的一种车铃结构，当自行车在雨中行驶时这种车铃内容易进水，使得车铃失效。 能否提出一种结构改进设计方案，使得当自行车在雨中行驶时这种车铃内不易进水？失效形式分类：强度失效刚度失效磨损失效振动、噪声失效精度失效可靠性整体强度表面强度失效失效形式分类： 零件损坏：零件的尺寸、形状发生变化 例如：轴、螺栓、轮齿断裂、轮齿表面磨损、胶合、压溃 状态变化：失去理想的工作状态 例如：带传动打滑

2、、滑动轴承失去流体润滑状态 同一零件发生失效的形式可能有数种 确定失效形式的方法： 1. 实践 2. 理论分析 3. 试验 失效分析步骤 确定可能的失效形式 分析引起失效的原因 针对失效原因建立数学模型 得到设计参数与失效的定量关系（工作能力条件，如强度条件，刚度条件，寿命条件等）二、载荷和应力分类 1.载荷 静载荷：不随时间变化或随时间变化缓慢的载荷 变载荷：随时间作周期性变化或非周期性变化 计算载荷名义载荷，载荷系数 2. 应力 静应力 变应力 对称循环 脉动循环 非对称循环最大应力最小应力平均应力应力幅循环特性maxmin2minmaxm2minmaxamaxmin/r 脉动循环、对称循

3、环和非对称循环的平均应力、应力幅和循环特性系数各为多少？5个参数 注意：静应力只能在静载荷作用下产生；变应力由变载荷和静载荷产生。 设计计算准则防止产生各种可能失效为目的而拟定的零件工作能力计算依据的基本原则。三、机械零件的强度 3.1 判定强度的方法,limS,limS,危险截面的最大应力limlimSS极限正应力许用安全系数极限切应力许用安全系数1.疲劳极限塑性材料脆性材料)()()()(limlimYYSSBB 3.2 静应力强度 失效形式为塑性变形或断裂 1. 单向应力时 用 代替 2. 复合应力时 第三、四强度理论 3. 复合安全系数SS ,limlim, 422Tb弯扭复合应力32

4、2Tb)(222SSTSSbS22SSSSSS或者 3.3 变应力强度 变应力失效是疲劳断裂 疲劳曲线(实验获得) A点，应力循环次数为1/4，应力值为材料强度极限 AB段，循环次数少，应力变化小，看作静应力强度 BC段，疲劳破坏伴随着材料的塑性变形，称为低周疲劳 疲劳强度计算略CD段，有限寿命疲劳阶段，零件经过相应次数的变应力作用后总会发生疲劳破坏D点以后，无论应力变化多少次，零件都不会发生破坏 四、机械零件的表面强度 4.1 接触强度 赫兹公式12, )(maxmaxmaxHHHEEbF21222121111111AFPPPpp pvpv vv 五、机械零件的刚度 刚度：零件材料抵抗弹性（

5、扭转、弯曲）变形的能力。 同类金属零件的弹性模量相差不大，以昂贵的高强度合金钢代替普通碳钢来提高零件的刚度不起作用。六、机械零件的可靠性 材料的离散性，零件达不到预定的工作时间而失效，希望这种概率限制在一定程度内. 可靠性：产品在规定条件和时间内完成规定功能的能力tR 可靠度：产品在规定条件和时间内完成规定功能的概率 累计失效概率：产品在规定条件和时间内失效概率 FtNNRtt 个零件在规定时间 t 内，Nf 个失效，剩Nt 个tfftFNNNNNR11ttRF1浴盆曲线七、机械零件常用的材料及其选择原则 1、机械零件的常用材料 黑色金属 铸铁 灰铸铁：良好的切削加工性和减震性 常用作机座和机

6、架 球墨铸铁：强度高、耐磨性好，减震、抗冲击 曲轴、齿轮 可锻铸铁：马口铁，强度和塑性较高 当零件尺寸小，形状复杂，而不能用铸钢或锻钢制造时 铸钢 铸造性比铸铁差，但比锻钢和轧制钢好 用于重载零件铸造。 强度性能比铸铁好，但比锻钢和轧制钢差（组织没那么致密） 碳素铸钢 低合金铸钢 中合金铸钢 高合金铸钢 碳钢与合金钢 应用最广泛 普通碳钢 优质碳钢（化学成份比较稳定） 有色金属 减摩、抗腐蚀、耐热性、电磁性等较好 铝合金 重量轻、导热导电性较好、塑性好、抗氧化性好 高强度铝合金强度可与碳素钢相近 可作承载零件，在飞机、汽车及其他行走机械上有广泛应用。 铜合金 耐磨、耐腐蚀和自润滑性 黄铜：Cu

7、与Zn合金 青铜：Cu与Sn的合金 无锡青铜：Cu与铝、硅、锰、镍的合金 其他合金 镁合金 钛合金 轴承合金非金属材料橡胶： 弹性、绝缘性好 常用作弹性元件和密封元件、减震元件塑料： 重量轻、易加工成形、减摩性好，强度低 可作为普通机械零件、绝缘体陶瓷： 电热性好，硬度高复合材料2、机械零件材料选用的原则 考虑三个方面的要求 使用要求（首要考虑）： 零件的工况 对零件尺寸和质量的限制 零件的重要程度 工艺要求： 毛坯制造 机械加工 热处理经济性要求： 材料价格 加工批量和加工费用 材料的利用率 局部品质原则 替代（尽量用廉价材料来代替价格相对昂贵的稀有材料） 考虑当地材料的供应情况The evolution of engineering materials with time 第二章第二章 机械零件的工作能力和计算准则机械零件的工作能力和计算准则 一、失效 二、载荷和应力分类 三、机械零件的强度 四、机械零件的表面强度 五、