机械零件的强度和计算准则

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 零件设计的步骤： 1.确定零件的载荷 2.选择零件的材料 3.确定零件的主要尺寸 根据工作能力准则确定 4.绘制零件图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a0 t 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=1t脉动循环： r=0t0对称循环： r= -1t0非对称循环 t02.1.2机械零件的应力循环特性=My/Jzt0+=F/A+My/Jz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 max和 min，绝对值大者为 max，小者为 min。（ 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 。a0 tt0 a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、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 -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 随试验时间不断延长，则 Nf将不断增加，可靠度逐渐减少，这说明零件的可靠度是随时间发生改变的，是时间的函数。 对 Ft进行微分得： 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。 累积失效概率： 可靠度： 可靠性计算准则 ,就是要保证零件在