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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教小值。 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
2、荷和应力分类,载荷和应力,1 载荷,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,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：,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。,2 机械零件的强度 （
3、强度准则）,一.判断零件强度的方法：,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； 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：,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
4、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： 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。 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；
5、灰铸铁S=22.4。,3 机械零件的表面强度 （表面强度准则）,靠表面接触工作的零件，工作能力取决于接触表面强度； 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：,d.最大接触应力：,e.当1=2=0.3，和E1=E2=E 时：,f.可见
6、圆柱体接触：,2.两球体接触：,例1： 将齿廓在节点的啮合看为两圆柱体的接触。,2）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。,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：,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
7、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； 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：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
8、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。 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；,设有N个同样的零件，在规定时间t内有Nf个零件失效，剩下Nt个零件仍能继续工作，则可靠度：,机械制造工业一般Rt=9099%。 4）采用可靠性计算，就是希望零件或产品在规定时间内可靠的工作，即在规定时间内将其失效概率控制在一定范围内。 六.耐热性准则：,
