第2章机械零件工作能力和计算准则PPT课件

1、2.1 载荷及应力的分类2.1.1 载荷的分类静载荷变载荷不随时间改变或变化缓慢随时间作周期性或非周期性变化名义载荷计算载荷理想工作条件下的载荷作用于零件的实际载荷计算载荷名义载荷=K 载荷系数？第1页/共25页2.1.2 应力的分类静应力变应力不随时间改变或变化缓慢随时间作周期性或非周期性变化变应力稳定变应力周期性循环变应力非稳定变应力非周期性循环变应力注意：变载荷 变应力静载荷 静应力 ？或变应力nP an第2页/共25页maxmintaOmmaxatOtmmaxaminO =常数静应力tO稳定变应力非对称循环变应力对称循环变应力脉动循环变应力第3页/共25页几个应力参数循环特征：maxm

2、inr 表示应力变化的情况对称循环 r = 1；脉动循环 r = 0；非对称循环 r 0 且 | r | 1; 静应力 r = +1用r 表示循环特征为 r 的变应力。如 -1、0等平均应力：2minmaxm应 力 幅：2minmaxa对称循环:m= 0; a=max脉动循环:m=a=max / 2第4页/共25页2.2 机械零件的强度主要失效形式：断裂或塑性变形强度条件： 、 或 S S 塑性材料：sslimlim;许用应力：lim 、lim 极限应力 s 安全系数lim = s ；lim = s脆性材料：lim = B ；lim = Bs、s 材料屈服极限B、B 材料强度极限2.2.1 两

3、种判断零件强度的方法 SS2.2.2 静应力强度第5页/共25页2.2.3 变应力作用下的强度问题主要失效形式：疲劳破坏初始裂纹疲劳区(光滑)粗糙区强度条件： slimlim = ？疲劳破坏与零件的变应力循环次数有关NrNrNN0疲劳曲线N 应力循环次数rN 疲劳极限（对应于N）N0 循环基数r 持久极限轴有限寿命区无限常数NmrN0Nmr由此得：mrrNNN/0与应力状态有关的指数第6页/共25页通常 S 1 变应力时，取 lim = r（无限寿命） 或 lim = rN（有限寿命） 各种材料的r可从有关手册中查取ssrNr或则2.2.4 安全系数第7页/共25页与应力计算有关的因素：应力计

4、算所依据的载荷值的不精确性应力计算用的力学模型与实际状况之间的差异与材料的极限应力有关的因素材料机械性能本身的变化零件尺寸效应的不确定性不同毛坯制取方法及机械加工工艺对材料机械性能的影响一级：零件的破坏要引起人身事故二级：零件的破坏要引起严重的设备事故，修 理费用昂贵三级：零件的破坏要使机器停机修理四级：零件的破坏不会使机器立即停止工作选择原则： 保证安全可靠的前提下，仅可能选用较小的叙用安全系数第8页/共25页2.2.4 提高零件强度的措施两个方面：结构设计 制造工艺1）结构方面合理布置零件减少载荷第9页/共25页降低载荷集中，均匀载荷分布第10页/共25页采用等强度结构选用合理截面如梁的截

5、面采用工字形、T字形；轴的截面采用圆形。第11页/共25页减小应力集中机械加工方法表面滚压，喷丸处理使表面产生很小的塑性变形（残余压应力）2）制造工艺主要提高疲劳强度热处理方法化学热处理：渗碳、渗氮普通热处理：表面淬火第12页/共25页2.3 机械零件的表面强度2.3.1 表面接触强度）表面接触应力)111(22212max1EEbFH两圆柱体：12111“+”号用于外接触，“-”号用于内接触第13页/共25页）强度条件：maxHH）提高接触强度的措施减小接触应力提高表面硬度，以提高许用接触应力提高润滑油黏度）失效形式：表面疲劳磨损（表面疲劳点蚀）第14页/共25页2.3.2 表面挤压强度（通

6、过配合面的接触传递载荷）失效形式：）强度条件（条件性计算）：ppAF常用于静态联接或低速工作条件下塑性材料塑性变形脆性材料表面压碎第15页/共25页2.3.3 表面磨损强度）磨损）计算准则（条件性计算）减轻磨损的措施vpvpvvpp合适的材料匹配、提高表面硬度合适的表面状态、表面镀层防尘处理、控制表面温度提高表面加工质量，降低表面粗糙度值第16页/共25页2.4 机械零件的刚度2.4.1 刚度对机械零件性能的影响刚度：是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力表示方法：刚度产生单位弹性变形所需要的力或力矩柔度单位外力或外力矩产生的弹性变形量）刚度不足会影响零件的使用性能）对某些机器而言：为保证具有

7、一定的精度，被加工零 (如机床) 件和机床都应具有一定的刚度）刚度有时是强度的保证）刚度影响零件的振动频率）弹性零件应有确定的刚度要求第17页/共25页2.4.2 刚度条件2.4.3 刚度的影响因素及提高刚度的措施 yy材料力学中的简化方法弹性力学有限元分析方法计算方法：材料：弹性模量按刚度计算所得的零件截面尺寸一般要比按强度计算的大结构：剖面形状、支承结构、位置、加强筋预紧：提高接触刚度（滚动轴承的预紧）同类金属E相差不大，用合金钢代替普通碳钢以达到提高零件的刚度是不行的。第18页/共25页2.5 机械零件的冲击强度()kEF hy 2pF yE FyFy211IhFFK Fy F冲击载荷条

8、件 能量守恒 Ek=Ep 载荷与变形成正比B的变形能:A物体给B的冲击能:KI冲击系数h=o时F=2F为理论值，实际值可能小于2F，冲击能损耗。 计算时用计算载荷 Fc=KF K工作情况系数，考虑冲击载荷的影响。设计零件时应考虑冲击载荷的影响。第19页/共25页提高冲击强度的措施：）增大零件的弹性变形；）增加材料的弹性，即降低；）采用缓冲零件吸收冲击能量；）减小间隙，增加预紧2.6 温度对机械零件性能的影响机器工作中有能耗 热能 工作温度 润滑油粘度 （主要由摩擦产生 ）（达到热平衡温度不再升高） 零件的工作状态变化（趋于恶化） 油膜承载能力 能耗温度恶性循环，零件咬死。热平衡：单位时间内产生

9、的热量 = 散发的热量2.6.1 温度对摩擦磨损过程的影响第20页/共25页弊间隙量，过盈量的变化，热应力的产生利进行热装配 2.6.2 温度对材料膨胀和收缩的影响2.6.3 温度对材料力学性能的影响温度对材料蠕变和松弛的影响解决方法：预先计入热变形量结构上采用浮动结构消除热应力第21页/共25页2.7 机械零件的振动稳定性振动：机械零件发生周期性的弹性变形。常用振幅和频率描述 当周期性外力的变化频率等于或接近机器或零件的固有频率时，发生共振现象计算准则：避免外力作用频率等于或接近固有频率减轻振动的措施：采用结构对称，减小悬臂尺寸、减小中心距利用阻尼消耗引起振动的能量设置隔振装置对转动件进行平衡第22页/共25页2.8 机械零件的可靠性可靠性：零件在规定的条件和规定的时间内发挥规定功能的能力。可靠度：零件在规定的条件和规定的时间内发挥规定功能的概率， 常用Rt表示。累积失效概率：零件在规定条件和规定的时间内失效的概率， 常用Ft表示。1ttRF失效分布密度f（t）：累积失效概率对时间的导数失效（寿命）分布曲线： f（t） - t 曲线，常见的有正态分布等第23页