机械设计第二章第 2 章

1、第二章机械零件的工作能力和计算准则失效：零件在工作时丧失工作能力或达不到设计要求性能时。注意：a) 失效并不单纯指破坏，破坏只是失效的形式之一。 机械零件的可能失效形式很多，归纳起来主要有强度、刚度、耐磨性、振动稳定性以及温度等方面的失效。 b) 同一种零件可能的失效形式往往有若干种。 例如：轴在工作中可能产生断裂、过大弹性变形、共振等失效。工作能力：零件不发生失效时的安全工作限度。承载能力：对载荷而言的工作能力。同一种零件对应于各种失效形式有不同的工作能力，而起决定作用的将是承载能力中的较小值。机械零件主要应考虑的是强度、刚度、耐磨性、温度影响、振动稳定性及可靠性等。1 载荷和应力分类载荷和

2、应力载荷和应力1 载荷按是否随时间变化，载荷分为：静载荷变载荷由于运动中产生的惯性力和冲击等引起的载荷称为动载荷。 按是否考虑动载荷的影响，载荷分为：载荷和应力2名义载荷： 在理想平稳条件下所受的载荷。（不考虑动载荷的影响）计算载荷载荷系数K名义载荷 。 （代表机器或零件实际所受载荷） 载荷系数K：用于计入在实际工作中受到的各种动载荷的影响。额定载荷： 由原动机的额定功率推算出的载荷。2 应力应力分为静应力循环应力：2minmaxm2minmaxamax最大应力； min最小应力m平均应力； a应力幅值r 应力比（循环特性）maxminr循环应力载荷和应力3对称循环脉动循环常见的循环应力有：对

3、称循环应力r = -1、 m0脉动循环应力 r=0、 min0静应力 r=1静应力（可看作是循环应力的一个特例）注：静应力只在静载荷作用下产生，循环应力可由变载荷产生，也可 由静载荷产生。另外，应力还分为名义应力：根据名义载荷求得的应力计算应力：根据计算载荷求得的应力a0tt0a2 机械零件的强度 （强度准则）一.判断零件强度的方法：limlimSSlimlimSSSS强度：指机械零件工作时抵抗破坏（断裂或塑性变形）的能力。 1.应力校核法：2.安全系数法：二.静应力强度：失效为塑性变形或断裂。单向应力时的塑性材料零件：a.按不发生塑性变形的条件进行强度计算；b.极限应力为材料的屈服极限S或S

4、；c.计算应力时不考虑应力集中。复合应力时的塑性材料零件：a.利用第3、第4强度理论计算： 342222TbTb22222SSSSSSSSTSSbS 按第3、第4强度理论计算时的安全系数法： 允许少量塑性变形的零件 根据允许达到一定塑性变形时的载荷进行强度计算。脆性材料和低塑性材料零件：a.极限应力应为材料的强度极限B或B；b.对于组织不均匀的材料，在计算时不考虑应力集中；而组织均匀的低塑性材料，则应考虑应力集中。 三.变应力强度：a.在变应力时工作的零件，其强度失效是疲劳断裂。b.极限应力取rN=lim。四.许用安全系数：在保证安全，可靠的前提下，尽可能选较小的安全系数。选用安全系数的原则：

5、 一般查行业标准。塑性材料：以S=lim，如载荷和应力计算不准确时S应加大20%50%。以b=lim的材料：组织不均匀的脆性材料，在静应力下S=34。a. 组织均匀的低塑性材料：S=23。如计算不准确，则应加大50%100%。c.变应力下： rN=lim如计算准确，载荷和数据可靠：S=1.31.5。如果准确性和可靠性不高：钢件：S=1.52.1；灰铸铁S=22.4。3 机械零件的表面强度 （表面强度准则）v 靠表面接触工作的零件，工作能力取决于接触表面强度；v 表面强度分为：表面接触强度、表面挤压强度、表面磨损。一.表面接触强度： 在载荷作用下，两零件表面理论上为线接触或点接触，考虑变形，实际

6、为很小的面接触。1.两圆柱体接触的接触应力：a.两圆柱体接触的接触面为矩形；b. 两圆柱体接触的最大接触应力Hmax位于接触面宽度中线处； 实际中的高副零件所受的接触应力都是循环变化的。例如齿轮的轮齿，接触啮合时受应力作用，脱离啮合时不受应力作用。 c.接触面半宽：1114222121EEbFa222121max11124EEbFabFHbFEH418. 0max21F31Fd.最大接触应力：e.当1=2=0.3，和E1=E2=E 时：f.可见圆柱体接触：2.两球体接触：例1：1) 将齿廓在节点的啮合看为两圆柱体的接触。1111222121maxAEEbFH073. 0111210598. 0

7、11121907. 0maxmaxHH2）标准齿轮传动：3）正变位：4）应力比：6）结论：采用正变位可增加节点处的综合曲率半径，降低接触应力，提高接触强度。483. 0:783. 0:1:maxmaxmaxcHbHaH结论：最大接触应力以两圆柱体外接触最高，圆柱体-平面外接触次之，内外圆柱体内接触最低。因此，重载情况下，宜采用内接触。强度条件：a.失效形式：表面压脆和表面塑变。b. 强度条件：HmaxHmax。表面磨损（表面点蚀）机理：触应力为变应力；表面失效形式：表面疲劳磨损； 点蚀与润滑的关系：点蚀将引起振动、冲击噪音，是闭式传动的主要失效形式；判断表面接触疲劳强度的指标：Hlim强度条件

8、：limmaxHHHHS表面未强化：SH=1.11.2； 强化时：SH=1.21.3。二.提高表面接触强度的措施：提高表面的综合曲率半径；将外接触改为内接触；在结构设计上将点接触改为线接触；提高表面硬度；提高表面加工质量；采用粘度较高的润滑油。 三.表面磨损强度（耐磨损准则）：在滑动摩擦下工作的零件，常因过度磨损而失效；滑动速度低，载荷大时，需限制接触表面压强：pp；滑动速度较大时，还需限制摩擦功：pvpv；1) 高速时，还需限制滑动速度：vv。4 机械零件的刚度准则yy，。 刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。如果零件的刚度不足，有些零件则会因为产生过大的弹性变形而失效。 例如：

9、机床主轴的弹性变性过大将会影响所加工工件的精度。注：1）零件材料的弹性模量E越大，则其刚度越大。 2）用合金钢代替碳钢能提高零件的强度，但不能提高零件的刚度。 5 其它准则 一.寿命准则：腐蚀计算准则：现还无该计算准则。磨损计算准则：还无准确的计算准则，用通用计算方法（如上）。疲劳寿命准则：见第3章。二.振动稳定性准则：振动：零件发生周期性弹性变形的现象。1. 机器中存在很多作周期性变化的激振源，如齿轮传动、带传动接头等。为避免共振，应使零件的固有频率f与激振源频率fp错开。 条件：0.85ffp 1.15ffp 通过改变零件的结构和重量、改变支承位置、增加或减少辅助支承等来改变零件或系统的刚性即改变 f，而 fp受转速等限制，一般不变。三.可靠性准则： 可靠性：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。 可靠度Rt：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率； 设