机械零件的工作能力和计算准则

1、第第2 2章章 机械零件的工作能力和机械零件的工作能力和计算准则计算准则 机械零件的工作能力反映了零件机械零件的工作能力反映了零件的抗失效能力。计算准则是设计机械的抗失效能力。计算准则是设计机械零件的最基本准则。设计人员的任务：零件的最基本准则。设计人员的任务：设计出合格的零件，使它具有一定的设计出合格的零件，使它具有一定的工作能力，抵抗失效。工作能力，抵抗失效。1.失效：失效：零件不发生失效时的安全工作限度。零件不发生失效时的安全工作限度。为防止失效而制定的判断条件。为防止失效而制定的判断条件。 2.2.工作能力：工作能力：3.3.工作能力计算准则：工作能力计算准则：机械零件丧失工作能力或达

2、不到设计机械零件丧失工作能力或达不到设计者要求的性能。者要求的性能。 一、术语一、术语 计算准则计算准则: 计算量计算量 许用量许用量 不同的失效形式不同的失效形式 不同的工作能力不同的工作能力 不同的计不同的计算准则。算准则。 断裂或塑性变形；弹性变形过大；断裂或塑性变形；弹性变形过大；表面磨损、胶合；打滑；联接松动等。表面磨损、胶合；打滑；联接松动等。3 3、常见失效形式、常见失效形式2.1 2.1 载荷与应力的分类载荷与应力的分类( (二二 载荷与应力的分类载荷与应力的分类 ) )1. 1. 载荷的分类载荷的分类 2. 应力的分类应力的分类 应力计算应力计算载荷名义应力名义载荷载荷应力变

3、应力变载荷静应力静载荷载荷图2.2静应力：r=1t非稳定变应力对称循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力稳定变应力变应力描述变应力特性的主要参数有：应力循环特性。 maxmin,minmaxam,maT不变不变稳定变应力稳定变应力-,maT其中之一变其中之一变非稳定变应力非稳定变应力-危险截面的最大计算应力（最大应力）最大应力）零件工作承受载荷载荷欲使零件失效零件据自身结构、材料反抗失效反抗失效失效解决办法：合理设计遵循设计准则三、设计准则三、设计准则1 1、刚度准则、刚度准则刚度：抵抗弹性变形的能力。，yy机床主轴等弹性变形过大将影响加工精度。2、寿命准则实际使用寿命大于或等于预期寿命，L

4、L。3、温升准则tt4、强度准则强度：零件抵抗断裂、塑变、疲劳破坏的能力。(1)方法：1）或limSlimS2）limSSlimSS(2.2 (2.2 机械零件的强度机械零件的强度) )(2.2.2 (2.2.2 静应力强度静应力强度) ) 在静应力下工作的零件，在静应力下工作的零件，主要失效形式：主要失效形式： 塑性变形或断裂。塑性变形或断裂。(2) (2) 静应力强度静应力强度强度条件公式为（2.1）或 （2.2） 应力集中。求计算应力时可不考虑,lims2.复合应力时的复合应力时的塑性材料塑性材料零件零件根据第三或第四强度理论来确定其强度条件。根据第三或第四强度理论来确定其强度条件。强度

5、条件： (2.3) 222234TbTbslim1.1.单向应力时的单向应力时的塑性材料塑性材料零件零件 SSSSSSSSTssbs22222或 (2.4)复合安全系数：复合安全系数：3.3.允许少量塑性变形的零件允许少量塑性变形的零件 可根据允许达到一定塑性变形时的载荷进可根据允许达到一定塑性变形时的载荷进行强度计算。行强度计算。 2.2.2 2.2.2 静应力强度静应力强度4.4.脆性材料和低塑性材料的零件脆性材料和低塑性材料的零件 公式（公式（2.12.1）和（）和（2.22.2）中的极限应力为）中的极限应力为材料的强材料的强度极限度极限。对组织不均匀的材料，在计算时不考虑应。对组织不均

6、匀的材料，在计算时不考虑应力集中。组织均匀的低塑性材料应考虑应力集中。力集中。组织均匀的低塑性材料应考虑应力集中。2.2.3 变应力强度变应力强度(ch3) 在变应力下工作的零件，其主要失效形式在变应力下工作的零件，其主要失效形式是是疲劳断裂疲劳断裂。应用（应用（2.12.1）-(2.4)-(2.4)计算疲劳计算疲劳强度时，其强度时，其极限应力为疲劳极限。极限应力为疲劳极限。rlim安全系数的选择原则：安全系数的选择原则： 在保证安全、可靠的前提下，尽可能选用较在保证安全、可靠的前提下，尽可能选用较小的许用安全系数小的许用安全系数。 安全系数过小，机器可能不够安全；安全系安全系数过小，机器可能

7、不够安全；安全系数过大，在材料、加工、运输等方面不符合经济数过大，在材料、加工、运输等方面不符合经济原则，且机器笨重。原则，且机器笨重。 不同的机器制造部门，常有自己制定的许用应力和许用安不同的机器制造部门，常有自己制定的许用应力和许用安全系数的专用规范。全系数的专用规范。 没有规范的可遵循一定原则选用许用安全系数：自学内容没有规范的可遵循一定原则选用许用安全系数：自学内容P15 P15 。2.2.4 2.2.4 许用安全系数许用安全系数2.3 2.3 机械零件的表面强度机械零件的表面强度整体强度整体强度表面强度表面强度静强度静强度疲劳强度疲劳强度静应力下的强度静应力下的强度变应力下的强度变应

8、力下的强度表面磨损强度表面磨损强度表面挤压强度表面挤压强度表面接触强度表面接触强度表面接触应力下的强度表面接触应力下的强度在滑动摩擦下工作的零件在滑动摩擦下工作的零件挤压应力下的强度挤压应力下的强度 应力的分布规律：应力的分布规律：12max221212111HFbEE2.3.1 2.3.1 表面接触强度表面接触强度表面接触应力：表面接触应力： 局部小面积上产生的接触应力局部小面积上产生的接触应力赫兹（赫兹（1881）bFF表面疲劳磨损表面疲劳磨损疲劳点蚀，简称点蚀。疲劳点蚀，简称点蚀。 主要失效形式：主要失效形式：1 1）静应力下：）静应力下：脆性材料脆性材料表面压溃；表面压溃；塑性材料塑性

9、材料表面塑性变形表面塑性变形2 2）变应力下：）变应力下： 后果：后果：2.3.1 2.3.1 表面接触强度表面接触强度点蚀的形成和润滑油的关系：点蚀的形成和润滑油的关系：不发生失效的强度条件：不发生失效的强度条件： HHmax2.3.22.3.2提高表面接触强度的主要措施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。增大接触表面的综合曲率半径。将外接触改为内接触。将外接触改为内接触。将点接触改为线接触。将点接触改为线接触。采用粘度较高的润滑油。采用粘度较高的润滑油。提高接触表面的加工质量。提高接触表面的加工质量。提高零件表面硬度。提高零件表面硬度。降低计降低计算应力算应力提高许用应力

10、提高许用应力例2.2 求图2.10所示三种圆柱体接触的最大接触应力之比，其他工作条件均相同，尺寸已知。解： 212121maxmaxmax1111111111:1:1:cbacbacHbHaH483. 0:783. 0:1:maxmaxmaxcHbHaH图2.10 挤压应力：挤压应力：通过局部配合面间的接触来传递载荷的零件，在接触面上的压应力叫挤压应力。2.3.32.3.3表面挤压强度表面挤压强度主要失效形式：主要失效形式：脆性材料表面塑性变形；表面破碎。塑性材料挤压强度条件：挤压强度条件：pp2.3.4 2.3.4 表面磨损强度表面磨损强度 在滑动摩擦下工作的零件，常因过度磨损而失效。影响磨

11、损的因素很多，而且比较复杂，通常采用条件性计算。 1）滑动速度低、载荷大时，可只限制工作表面的压强，即 pp 2）滑动速度较高时，还要限制摩擦功耗，以免工作温度过高而使润滑失效。 pvpv 2.4机械零件的刚度机械零件的刚度2.5 机械零件的冲击强度机械零件的冲击强度2.6 温度对机械零件工作能力的影响温度对机械零件工作能力的影响2.7 机械零件的振动稳定性机械零件的振动稳定性2.8机械零件的可靠性机械零件的可靠性 3）高速时还要限制滑动速度，以免由于速度过高而加速磨损，降低零件工作寿命，即 vv 重点：重点：载荷与应力的分类；机械零件的强度。载荷与应力的分类；机械零件的强度。机械零件的表面强

12、度。机械零件的表面强度。图2.10 例题2.212112图2.2在静载荷下，随时间变化的变应力图2 . 1 应力类型静应力对称循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力 赫赫 兹：兹：(1857-1894 ) 德国物理学家，生于汉堡。德国物理学家，生于汉堡。 早在少年时代就被光学和力学早在少年时代就被光学和力学实验所吸引。十九岁入德累斯顿实验所吸引。十九岁入德累斯顿工学院学工程，由于对自然科学工学院学工程，由于对自然科学的爱好，次年转入柏林大学，在的爱好，次年转入柏林大学，在物理学教授亥姆霍兹指导下学习。物理学教授亥姆霍兹指导下学习。1885年任卡尔鲁厄大学物理学教年任卡尔鲁厄大学物理学教授。授

13、。1889年，接替克劳修斯担任年，接替克劳修斯担任波恩大学物理学教授，直到逝世。波恩大学物理学教授，直到逝世。 赫兹对人类文明作出了很大贡献，正当人们对他寄赫兹对人类文明作出了很大贡献，正当人们对他寄以更大期望时，他却于以更大期望时，他却于1894年元旦因血中毒逝世，年年元旦因血中毒逝世，年仅仅36岁。为了纪念他的功绩，人们用他的名字来命名岁。为了纪念他的功绩，人们用他的名字来命名各种波动频率的单位，简称各种波动频率的单位，简称“赫赫”。 赫兹对人类最伟大的贡献是用赫兹对人类最伟大的贡献是用实验证实了电磁实验证实了电磁波的存在波的存在。 1881年，赫兹解出了两弹性体局部接触时弹性年，赫兹解出

14、了两弹性体局部接触时弹性体内的应力分布。体内的应力分布。 1 1 何谓失效？失效就是破坏？何谓失效？失效就是破坏？ 2 2 零件的计算准则与失效形式有什么关系？常零件的计算准则与失效形式有什么关系？常用的有哪些准则？它们是针对什么失效形式而建用的有哪些准则？它们是针对什么失效形式而建立的？立的？ 3 3 解释以下术语：静载荷，变载荷，名义解释以下术语：静载荷，变载荷，名义载荷，计算载荷，静应力，变应力，最大计算应载荷，计算载荷，静应力，变应力，最大计算应力（最大应力）力（最大应力） 思考题：思考题： 何谓变应力的循环特性何谓变应力的循环特性r r？对静应力、？对静应力、脉动循环变应力和对称循环

15、变应力其脉动循环变应力和对称循环变应力其r r值各值各为多少，其为多少，其 各为多少？各为多少？am5 5 变应力只能由变载荷产生吗？静载荷只能产生变应力只能由变载荷产生吗？静载荷只能产生 静应力吗？静应力吗？6 6 静应力强度计算时，塑性材料的零件，其极静应力强度计算时，塑性材料的零件，其极限应力应为限应力应为 ，脆性材料的零件，脆性材料的零件，其极限应力应为其极限应力应为 。疲劳强度计算。疲劳强度计算时，极限应力应时，极限应力应 。思考题：思考题： 、 7 7 判断零件强度的方法有哪两种判断零件强度的方法有哪两种 ？ 8 8 根据接触状态和工作条件不同，零件的根据接触状态和工作条件不同，零

16、件的 表面强度分为哪三种表面强度分为哪三种 ？ 9 9 依靠表面接触工作的零件，你知道的有哪些？依靠表面接触工作的零件，你知道的有哪些？ 10 10 重型机械中，常见到内接触的零件，重型机械中，常见到内接触的零件， 为什么？为什么？ 11 11 疲劳点蚀是如何产生的？疲劳点蚀是如何产生的？ 12 12 提高零件表面接触强度的措施有哪些？提高零件表面接触强度的措施有哪些？思考题：思考题：九江大桥九江大桥 2007年月日凌晨约时分年月日凌晨约时分 一艘佛山籍运沙船“南桂机”行航经国道九江大桥时撞击九江大桥桥墩，造成国道九江大桥约米桥面坍塌，初步分析事故导致桥面有辆汽车坠入江中，名司乘人员以及名桥面巡桥工人失踪。 一座百余人历经两年时间建造的桥，一座百余人历经两年时间建造的桥，在竣工前夕在竣工前夕轰然垮塌！轰然垮塌！123位正在劳作的建桥工人遭飞来横位正在劳作的建桥工人遭飞来横祸祸,63人逃生，其中人逃生，其中22人受伤；已确证人受伤；已确证47人死于非命，人死于非命，另有十余人仍被