机械零件的强度与计算准则综述

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2.2机械零件的计算准则2.3提高强度的一般方法2.4机械零件的三种表面强度2.5机械零件的刚度及改进措施2.6机械零件的稳定性和冲击强度2.1机械零件的载荷和应力2.1.1机械零件的载荷----静载荷和变载荷(1)静载荷----不随时间变化或变化很小(2)变载荷----随时间作周期性或非周期性变化设计计算中涉及----名义载荷F计算载荷Fc=kF载荷系数K

----主要由动力机和工作机的工作性能决定变应力静应力：r=1σt脉动循环：r=0σt0对称循环：r=-1σt0非对称循环tσ02.1.2机械零件的应力稳定循环变应力的基本参数和种类a)基本参数应力循环特性最大应力最小应力平均应力应力幅变应力通常可用5个参数中任两个来描述: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。aσ0tt0σa在变应力下，零件的主要失效形式为：疲劳破坏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机械零件的失效方式失效----零件丧失工作能力或达不到设计要求的性能。常见失效形式整体断裂；变形过大；零件表面破坏、不能满足工作条件包括：打滑；联接松动、泄露等。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—→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2.2.1强度准则

强度：零件抵抗断裂、塑变、疲劳破坏的能力1.判断危险截面的最大应力(,)是否小于或等于许用应力([],[])2.判断危险截面的实际安全系数是否大于或等

于许用安全系数采用何种方法计算，通常由可资利用的数据和计算惯例来诀定。S——安全系数，S＞1—→S↑：安全，浪费材料S↓：经济，不安全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)2.2.2刚度准则刚度指标: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实际的弹性变形量可以根据不同的零件，依据不同的理论或实验方法进行确定，而相应的许用值则需要根据不同的场合，根据理论和经验确定合理的数值。机床主轴等弹性变形过大将影响加工精度。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/NN－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=12.2.4可靠性准则1.可靠性----僻产品在规羞定的条件议下和规定直的时间内律无故障完户成规定功蜂能的能力2.可靠度----掠产品在规棉定的条件愁下和规定凉的时间内拖完成规定挨功能的概僻率(Rt色)Rt=N颤t/N=震(N-N埋f)/N纷=1-N仙f/NN－总的零件Nt－觉继续工螺作的零星件Nf－失玩效的零件3.累积失符效概率----硬产品在规敞定的条件阿下和规定维的时间内既失效的概闯率(Ft脆或P)Ft=斥Nf/萌N=1观-Rt尸,神Ft+隔Rt=育12.2描.4劫可靠性杏准则随试验缘瑞时间不把断延长闯，则Nf将不断增宏加，可靠魄度逐渐减月少，这说台明零件的骂可靠度是仍随时间发涨生改变的郑，是时间选的函数。对Ft进行微吉分得：失效分布盏密度f(葵t)=d郑Ft/d工t=dN章f/Nd辫t与时间的炊关系曲线蛛称为失效壳分布曲线雁,常见的大分布曲线雷有正态分绑布,可根俭据分布函胃数求出可跟靠度。可靠性迷计算准凳则,就带是要保欠证零件翼在工作场过程中架能够满踪蝶足规定欠的可靠肿性要求。2.3重提高强度星的一般方缴法2.3.柔2提高铅机械零件朋强度的一教般措施1）合莲理布置晴零件,钉减少所朝受最大五载荷图2.昂6改灵进零件君布置提鹊高弯曲妹强度2）采键用等强该度结构图2.7且阶梯轴卡的等强度催原理3）减概少应力标集中图2.肤8齿芬面载荷读的均布尽措施4）选用完合理截面比如梁的郑截面采用捞工字型、传T字型；抗轴的截面仗采用圆形驾、空心圆学形等。5）对零写件表面进棕行强化处三理比如，为睡提高零件游表面疲劳拐强度，常左采用的表区面强化工傲艺有：喷丙丸处理及垫碾压处理它、渗碳、及碳氮共渗趋、渗氮、米表面淬火滤。表面强吹度分为币三种:1）表面葱挤压强度2）表面藏接触强度3）表堵面磨损勇强度2.4硬机械零件段的表面强疮度1）表面词挤压强度表面挤霞压强度锻：零件伯表面抵委抗表面赢挤压破引坏的能够力1.挤压贱应力：在建接触面上童的压应力2.挤脉压失效套形式-错---蚂压碎和仆塑性变漫形3.挤击压应力寻的分布4.条件场性简化计打算挤压应导力5.计喜算公式2）表面仔接触强度指高副运接触的朝表面抵让抗接触炮破坏的罩能力（筑线接触谣和点接衬触）静载荷穿作用时另的失效堆形式:---门-脆性寺材料的望表面压挣碎和塑眨性材料时的表面止塑性变形变载荷作梅用下的失效形切式:---灭-失效手为疲劳母破坏(锤表面疲滔劳磨损刑或点蚀权)对于圆石柱接触情的情形氏，接触粮应力为：E为两接映触材料的五弹性模量前，为泊松比做，为综合五曲率半贞径（正号玻表示外千接触，摄负号表蹈示内接裙触）点接触嫌的情形碎一般可婶以归结宰为两个雕球体的嗽接触，接触应栽力为：----软两圆柱体得接触，接吃触面为矩达形，最大接触未应力σHmax∝F1/2，两球体接辟触，接触蹄面为圆形匪，最大野接触应力轨σHma匪x∝F1/3----最大接触秆应力以两商圆柱体外认接触最高堤，圆柱体昨-平面接罗触次之，散内、外圆物柱体接触区最低计算准则σHmax---纱-最大竹接触应筐力[σH]max---冈-最大泊许用接些触应力最大接触应腊力σHma趁x根据赫兹革接触应力沟公式进行信计算。3）轻表面磨醒损强度条件性计姨算1、滑秀动速度矮低、载横荷大时椅限制表艰面压强p[p思]2、滑动速度柿较高时防刻止润滑失屈效pv[泻pv]3、高甘速时防税止速度扮过高加喂速磨损v[津v]p---俩-工作给表面的械压强v---减-滑动速度提高刚度真的方法：1）材捞料对刚略度的影笛响弹性模量双大则刚性版就大,金舅属大于非盐金属,同糖类金属的妄弹性模量闲相差不大早,以高强慢度合金钢寄代替普通陵碳钢来提郑高刚度的厉方法不可听取2.5凡机械议零件的复刚度和渣改进措们施2）结奸构对刚典度的提部高支承方式界和位置悬臂支浑承、球屑轴承简栏支承和镰滚子轴享承支承滨结构，事它们的采最大弯遮矩之比分为Ma：Mb：Mc为4：临2：1奋，最大泉变形挠孔度之比ya：yb：yc为16：腰4：1，3）通过预紧者装配实现鼻刚度的提弯高2.6财机械零件维的振动稳定蚀性冲击强度2.6舅.1网零件的伙振动和言振动稳咱定性振动----尺零件周捡期性的弹筹性变形现矛象失稳----苏零件或机暖器的自振复频率和周迎期性外力骗的变化频加率相等或恨相接近时铜，发生共允振，振幅抢将急剧增朋大，此种就现象称为刺失稳。振动稳定僵性计算准注则----恐使零件的扶固有频率普f与外力锡作用频率白fp既不相等量也不接近净0.8篇5f>fp1.1隆5f<窗fp一般采等取的措祥施有：（1）尽肆量采用对吃称结构（肺如花键联罩接）、减劲少悬臂长岩度、缩短阶中心距等学；（2）对将转动零件快进行平衡数，尽量满甲足动、静友平衡条件摸；（3）采活用阻尼作扰用消耗引惩起振动的殊能量，比弟如设置滑马动轴承的殊油膜阻尼栽器、液压寒缸端部的禁阻尼孔等数；（4）而设置隔豪振零件奔，比如气加装弹燃簧、橡立胶垫、款隔振层乱等都具槐有减振伙作用。2.6.厦2机械优零件的冲塔击强度1.冲击抬强度和冲苏击变形的魂计算由冲击亿能转变严为变形驼能：F'=KIFσ'＝晋KIσy'=位KIy－为冲斗击系数y为静载银荷F作用下办的物体留B弹性击变形量冲击系数锐的确定方净法为：轻笛度冲击1径～1.1澡，中度冲吉击1.萍25～邻1.4讯，重度冲躺击1.鲜6～2请，极大冲击乒2～3。习题1-4禁1-5储1-蛛6踪蝶1-9具1-1英41热-16衫1-垃37复习思考描题1、何打谓零件哑的失效枝？常见球形式有蛛哪些？纤2、嘴载荷、抗应力各绩如何分快类？基膛本变应耗力有哪守几种？哨用哪些考参数描矿述变应嗽力？志3、如以何判断记零件受慨力类型住？

4朋、两种勾判断零觉件强度礼的方式碑是什么吉？

5颂、安全妹系数如姓何选择鉴？其大予小会产叔生什么缸影响？浮6、其提高零锹件强度划有哪些杂措施？7、表面培强度有哪栽几种？如凶