第二章-机械零件工作能力计算的理论基础

第2章,机械零件工作能力计算的理论基础,2-1,机械零件的工作能力及其变形的基本形式,一、机械零件的工作能力机械零件这一术语通常是指组成机器的最小单元，而把为完成同一工作任务在结构上组合在一起，并协同工作的零件的组合体称为部件。失效：机械运转时，机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能的情况称为失效。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、打滑或过热；连接松动；容器、管道等的泄漏；运动精度达不到设计要求等。,弹性变形和塑性变形,弹性变形受力后产生的变形在撤除外力后能完全消失,塑性变形撤除外力后不能消失的变形称为塑性变形，又称为永久变形和残余变形。,机件正常工作时，只允许发生不过量的弹性变形，不允许发生塑性变形。,机械零件不发生失效的安全工作限度称为工作能力。影响机械零件工作能力的主要因素有：载荷、变形、速度、温度、压力、零件的现状、加工质量等。,1.机械零件的强度所谓强度是指零件在外载荷作用下抵抗断裂或过大塑性变形的能力。零件发生断裂或发生塑性变形，势必影响其正常工作。2.机械零件的刚度所谓刚度是指零件在外载荷作用下抵抗过大弹性变形的能力。,二、机械零件变形的基本形式,最基本的变形有：拉压、剪切、扭转、弯曲四种型式。A、拉变形,拉伸变细变长,B、压变形,压缩变短变粗,C、剪切变形,挤压变形,剪切变形,D、扭转变形,E、弯曲变形,2-2轴的拉伸和压缩,一、横截面上的内力与应力内力：由外力引起的零件内部质点间的相互作用力。其大小随外力变化。方向的确定。,应力的概念：内力在截面上的集度称为应力(垂直于杆横截面的应力称为正应力，平行于横截面的称为切应力)。应力是判断杆件是否破坏的依据。单位是帕斯卡，简称帕，记作Pa，即l平方米的面积上作用1牛顿的力为1帕，1Nm21Pa。1kPa103Pa,=,MPa,工程上经常采用兆帕（MPa）作单位,外力、内力与应力的区别,外力是指由其他物体施加的力或由物体本身的质量引起的力,内力是指在外力作用下物体内各个部分之间的作用力-可理解为材料颗粒之间因相对位置改变而产生的相互作用力,外力的正负号取决于所建立的坐标系，与坐标轴同向为正反向为负。,内力的正负号根据规定，不同变形的内力有不同的规定。,应力是内力分布的密集度，即单位面积的内力,正应力,垂直于截面的应力,剪应力,平行于截面的应力,s0,s0,t5%的材料为塑性材料，5%,延伸率5%,可承受冲击载荷，适合于锻压和冷加工,适合于做基础构件或外壳,材料的塑性和脆性会因为制造方法工艺条件的改变而改变,4.胡克定律和泊松比,胡克定律由低碳钢的拉压实验可知，当应力在比例极限以内时，应力与应变成正比，即=E式中E为拉压弹性模量。单位与应力单位相同。碳钢的弹性模量E=2.06x105MPa。泊松比碳钢的泊松比为=0.3,三、轴向拉压的强度条件,1、材料的极限应力,塑性材料为屈服极限,脆性材料为强度极限,材料的极限应力是指保证正常工作条件下，该材料所能承受的最大应力值。,所谓正常工作，一是不变形，二是不破坏。,2、工作应力,？,工程实际中是否允许,不允许！,前面讨论杆件轴向拉压时截面的应力是构件的实际应力工作应力。工作应力仅取决于外力和构件的几何尺寸。只要外力和构件几何尺寸相同，不同材料做成的构件的工作应力是相同的。对于同样的工作应力，为什麽有的构件破坏、有的不破坏？显然这与材料的性质有关。,原因：,#实际与理想不相符,生产过程、工艺不可能完全符合要求,对外部条件估计不足,数学模型经过简化,某些不可预测的因素,#构件必须适应工作条件的变化，要有强度储备,#考虑安全因素,许用应力,一般来讲,因为断裂破坏比屈服破坏更危险,3、许用应力,4、强度条件,工作应力,轴力,横截面积,材料的许用应力,5、强度条件的工程应用,#已知载荷N和横截面面积A，可以校核强度,#已知N和，可以设计构件的截面A（几何形状）,#已知A和，可以确定许用载荷（NP）,三个方面的应用,四、应力集中的概念,因受载零件几何尺寸突然变化，而引起构件内局部区域应力突然增大的现象称为应力集中,由于结构的需要，构件的截面尺寸往往会突然变化，例如开孔、沟槽、肩台和螺纹等，局部的应力不再均匀分布而急剧增大。,应力集中系数,平均应力,举例,例4上料小车，每根钢丝绳的拉力Q=105kN，拉杆的面积A=60100mm2材料为Q