机械零件的工作能力和计算准则.ppt

第2章机械零件的工作能力和计算准则,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，使它具有一定的工作能力，抵抗失效。,载荷与应力的分类；机械零件的强度。,机械零件的表面强度。,1.失效：机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时。,了解几个概念,失效并不单纯意味着破坏。,常见的失效形式有：,因强度不足而断裂；,过大的弹性变形或塑性变形；,摩擦表面的过度磨损；,联接松动；,打滑或过热；,压力容器、管道等的泄漏；,运动精度达不到要求等。,同一零件发生失效的形式可能有数种：如齿轮的失效形式有：齿面粘着磨损和胶合、磨粒磨损；齿面疲劳点蚀和剥落；软齿疲劳折断和过载折断；齿面或齿体塑性变形；齿轮其他部分的破坏等。,2.工作能力：零件不发生失效时的安全工作限度。,3.工作能力计算准则：为防止失效而制定的判断条件。,总之：计算量许用量,对载荷而言的工作能力称为承载能力,了解几个概念,如：轴的失效形式：,可能是疲劳断裂，也可能是过大的弹性变形。,轴的工作能力：,2.1载荷与应力的分类,2.应力的分类,静应力：不随时间变化或变化缓慢的应力,变应力：随时间变化的应力,1.载荷的分类,载荷可分为静载荷和变载荷,计算载荷等于名义载荷乘以载荷系数K。,规律性非稳定变应力,随机性非稳定变应力,汽车弹簧,脉动循环变应力,r=0,静应力:=常数,变应力:随时间变化,平均应力:,应力幅:,循环变应力,变应力的循环特性:,对称循环变应力,r=-1,-脉动循环变应力,-对称循环变应力,-静应力,min,r=+1,描述变应力特性的主要参数有：,应力循环特性。,变应力特性可用五个参数中的任意两个来描述,-脉动循环变应力,-对称循环变应力,-静应力,r,载荷与应力,在静载荷下，随时间变化的变应力,a,2.2机械零件的强度,2.2.1判断零件强度的方法,（1）判断危险截面处的最大计算应力是否小于或等于许用应力。,强度条件：,（2.1）,（2）判断危险截面处的实际安全系数是否大于或等于许用安全系数。,（2.2）,强度条件：,脆性材料和低塑性材料的零件,塑性材料零件,2.2.2静应力强度,在静应力下工作的零件，其主要失效形式是:塑性变形或断裂。,按照不发生塑性变形的条件进行强度计算。强度条件公式为（2.1）或（2.2）,1.单向应力时的塑性材料零件（弯或者是扭）,根据第三或第四强度理论来确定其强度条件。（弯扭复合应力）,强度条件：,(2.3),复合安全系数：,(2.4),2.复合应力时的塑性材料零件,3.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行强度计算。,4.脆性材料和低塑性材料的零件,公式（2.1）和（2.2）中的极限应力为材料的强度极限（）。对组织不均匀的材料，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。,2.2.3变应力强度(ch3),在变应力下工作的零件，其主要失效形式是疲劳断裂。应用（2.1）-(2.4)计算疲劳强度时，其极限应力为疲劳极限。,疲劳极限：循环特性r一定时，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力。,安全系数的选择原则：,在保证安全、可靠的前提下，尽可能选用较小的许用安全系数。,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。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。,2.2.4许用安全系数,零件尺寸大，结构笨重。,S,可能不安全。,S,2.2.5提高机械零件强度的措施,提高零件强度可以从结构和制造工艺两方面着手。,2.3机械零件的表面强度,静应力下的强度,变应力下的强度,表面接触应力下的强度,在滑动摩擦下工作的零件,挤压应力下的强度,一些依靠表面接触工作的零件，它们的工作能力决定于接触表面的强度。,若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，由于变形其接触处为一小面积，通常此面积甚小而表层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力。这时零件强度称为接触强度。如齿轮，滚动轴承等,2.3.1表面接触强度,由弹性力学知，表面接触应力：,令,“+”用于外接触，“-”用于内接触。,1=2=0.3,后果：减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、降低了承载能力、引起振动和噪音。,接触表面的主要失效形式：,1）静应力下：,脆性材料表面压溃；塑性材料表面塑性变形,2）变应力下：,表面疲劳磨损疲劳点蚀，简称点蚀。,不发生失效的强度条件：,2.3.2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。将外接触改为内接触。将点接触改为线接触。采用粘度较高的润滑油。提高接触表面的加工质量。提高零件表面硬度。,降低计算应力,提高许用应力,例2.2求图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：,最大接触应力以两圆柱体外接触的最高,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。,2.3.3表面挤压强度,主要失效形式：,脆性材料,表面塑性变形；,表面破碎。,挤压强度条件：,塑性材料,.,2.3.4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,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。,2.4机械零件的刚度2.5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2.7机械零件的振动稳定性2.8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,条件性计算：根据工况和其他具体使用参数为条件对零件进行设计计算.简化的话，一般手工计算是将零件简化成材料力学