第2章机械设计的工作能力和计算准则

第2章机械零件的强度和计算准那么2.1机械零件的载荷和应力2.2机械零件的计算准那么2.3提高强度的普通方法2.4机械零件的三种外表强度2.5机械零件的刚度及改良措施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----主要由动力机和任务机的任务性能决议变应力静应力：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根本参数和种类a)根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画:变应力进展有关参数计算时应该留意几点问题：〔1〕横坐标以上为拉伸应力，数值为正，横坐标以下为紧缩应力，数值为负。对于剪切应力，那么可以自行规定一个方向为正值，另一个方向为负值。〔2〕根据绝对值大小判别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，变应力能够由变载荷或静载荷产生。aσ0tt0σa在变应力下，零件的主要失效方式为：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机械零件的计算准那么机械零件的失效方式失效----零件丧失任务才干或达不到设计要求的性能。常见失效方式整体断裂；变形过大；零件外表破坏、不能满足任务条件包括：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方式，但最常发生的失效方式主要是由于强度、刚度、耐磨性、耐温度性、振动稳定性、可靠性等方面的问题。零件任务—→接受载荷—→载荷欲使零件失效零件据本身构造、资料对抗失效—→对抗失效＞失效—→处理方法：合理设计遵照设计准那么2.2.1强度准那么

强度：零件抵抗断裂、塑变、疲劳破坏的才干1.判别危险截面的最大应力(,)能否小于或等于许用应力([],[])2.判别危险截面的实践平安系数能否大于或等

于许用平安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——平安系数，S＞1—→S↑：平安，浪费资料S↓：经济，不平安平安系数意义思索实践情况及必要强度贮藏平安系数的决议要素〔1〕载荷和应力的性质和计算的准确程度；〔2〕运转条件的平稳程度〔能否有冲击载荷〕；〔3〕资料的性质和材质的均匀程度；〔4〕零件的重要程度；〔5〕工艺和探伤程度；〔6〕环境能否具有腐蚀性。平安系数的选择原那么：在保证平安、可靠的前提下，尽能够选用较小的平安系数。刚度----零件在载荷作用下抵抗变形的才干(力,力矩/弹性变形量)柔度----在外力作用下产生变形的才干(弹性变形量/力,力矩)2.2.2刚度准那么刚度目的:伸长,紧缩,挠度,扭角,转角计算准那么:弹性变形量不大于许用值实践的弹性变形量可以根据不同的零件，根据不同的理论或实验方法进展确定，而相应的许用值那么需求根据不同的场所，根据实际和阅历确定合理的数值。机床主轴等弹性变形过大将影响加工精度。2.2.3寿命准那么寿命是机械零件能正常任务延续的时间

决议零件寿命的主要的要素----腐蚀、疲劳和磨损；磨损问题和腐蚀----研讨目前还很不完善，还无法建立一个可以为广泛接受的计算准那么；疲劳问题----目前开展比较成熟，详细的疲劳寿命计算方法，后续章节中有详细的引见。1.可靠性----产品在规定的条件下和规定的时间内无缺点完成规定功能的才干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－继续任务的零件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可靠性准那么1.可靠性----产品在规定的条件下和规定的时间内无缺点完成规定功能的才干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－继续任务的零件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可靠性准那么随实验时间不断延伸，那么Nf将不断添加，可靠度逐渐减少，这阐明零件的可靠度是随时间发生改动的，是时间的函数。对Ft进展微分得：失效分布密度f(t)=dFt/dt=dNf/Ndt与时间的关系曲线称为失效分布曲线,常见的分布曲线有正态分布,可根据分布函数求出可靠度。可靠性计算准那么,就是要保证零件在任务过程中可以满足规定的可靠性要求。2.3提高强度的普通方法2.3.2提高机械零件强度的普通措施1〕合理布置零件,减少所受最大载荷图2.6改良零件布置提高弯曲强度2〕采用等强度构造

图2.7阶梯轴的等强度原理3〕减少应力集中图2.8齿面载荷的均布措施4〕选用合理截面比如梁的截面采用工字型、T字型；轴的截面采用圆形、空心圆形等。5〕对零件外表进展强化处置比如，为提高零件外表疲劳强度，常采用的外表强化工艺有：喷丸处置及碾压处置、渗碳、碳氮共渗、渗氮、外表淬火。外表强度分为三种:1〕外表挤压强度2〕外表接触强度3〕外表磨损强度2.4机械零件的外表强度1〕外表挤压强度外表挤压强度：零件外表抵抗外表挤压破坏的才干1.挤压应力：在接触面上的压应力2.挤压失效方式----压碎和塑性变形3.挤压应力的分布4.条件性简化计算挤压应力5.计算公式2〕外表接触强度指高副接触的外表抵抗接触破坏的才干〔线接触和点接触〕静载荷作用时的失效方式:----脆性资料的外表压碎和塑性资料的外表塑性变形变载荷作用下的失效方式:----失效为疲劳破坏(外表疲劳磨损或点蚀)对于圆柱接触的情形，接触应力为：E为两接触资料的弹性模量，为泊松比，为综合曲率半径〔正号表示外接触，负号表示内接触〕点接触的情形普通可以归结为两个球体的接触，接触应力为：----两圆柱体接触，接触面为矩形，最大接触应力σHmax∝F1/2，两球体接触，接触面为圆形，最大接触应力σHmax∝F1/3----最大接触应力以两圆柱体外接触最高，圆柱体-平面接触次之，内、外圆柱体接触最低计算准那么σHmax----最大接触应力[σH]max----最大许用接触应力最大接触应力σHmax根据赫兹接触应力公式进展计算。3〕外表磨损强度条件性计算1、滑动速度低、载荷大时限制外表压强p[p]2、滑动速度较高时防止光滑失效pv[pv]3、高速时防止速度过高加速磨损v[v]p----任务外表的压强v----滑动速度提高刚度的方法：1〕资料对刚度的影响弹性模量大那么刚性就大,金属大于非金属,同类金属的弹性模量相差不大,以高强度合金钢替代普通碳钢来提高刚度的方法不可取2.5机械零件的刚度和改良措施2〕构造对刚度的提高支承方式和位置悬臂支承、球轴承简支承和滚子轴承支承构造，它们的最大弯矩之比为Ma：Mb：Mc为4：2：1，最大变形挠度之比ya：yb：yc为16：4：1，3〕经过预紧装配实现刚度的提高

2.6机械零件的振动稳定性冲击强度2.6.1零件的振动和振动稳定性振动----零件周期性的弹性变形景象失稳----零件或机器的自振频率和周期性外力的变化频率相等或相接近时，发生共振，振幅将急剧增大，此种景象称为失稳。振动稳定性计算准那么----使零件的固有频率f与外力作用频率fp既不相等也不接近

0.85f>fp1.15f<fp

普通采取的措施有：〔1〕尽量采用对称构造〔如花键联接〕、减少悬臂长度、缩短中心距等；〔2〕对转动零件进展平衡，尽量满足动、静平衡条件；〔3〕采用阻尼作用耗费引起振动的能量，比如设置滑动轴承的油膜阻尼器、液压缸端部的阻尼孔等；〔4〕设置隔振零件，比如加装弹簧、橡胶垫、隔振层等都具有减振作用。2.6.2机械零件的冲击强度1.冲击强度和冲击变形的计算由冲击能转变为变形能：F'=KIFσ'＝KIσy'=KIy－为冲击系数y为静载荷F作用下的物体B弹性变形量冲击系数确实定方法为：轻度冲击1～1.1，中度冲击1.25～1.4，重度冲击1.6～2，极大冲击2～3。习题1-41-51-61-91-141-161-37复习思索题

1、何谓零件的失效？常见方式有哪些？

2、载荷、应力各如何分类？根本变应力有哪几种？用哪些参数描画变应力？

3、如何判别零件受力类型？

4、两种判别零件强度的方式是什么？

5、平安系数如何选择？其大小会产生什么