单击以编辑母版标题样式,,单击以编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,2021/9/23,*,*,第2章 机械零件的强度和计算准则,2.1机械零件的载荷和应力,,2.2 机械零件的计算准则,,2.3提高强度的一般方法,,2.4机械零件的三种表面强度,,2.5机械零件的刚度及改进措施,,2.6机械零件的稳定性和冲击强度,,2021/9/23,1,,2.1 机械零件的载荷和应力,2.1.1机械零件的载荷,----静载荷和变载荷,,(1)静载荷,,----不随时间变化或变化很小,,(2)变载荷,,----随时间作周期性或非周期性变化,,设计计算中涉及----名义载荷F,,计算载荷F,c,=kF,,载荷系数K,,----主要由动力机和工作机的工作性能决定,2021/9/23,2,,变应力,静应力：r=1,σ,t,脉动循环：r=0,σ,t,0,对称循环：r= -1,σ,t,0,非对称循环,t,σ,0,2.1.2机械零件的应力,2021/9/23,3,,2021/9/23,4,,稳定循环变应力的基本参数和种类,a) 基本参数,应力循环特性,最大应力,最小应力,平均应力,应力幅,变应力通常可用,5,个参数中任两个来描述,:,,2021/9/23,5,,变应力进行有关参数计算时应该注意几点问题：,,（1）横坐标以上为拉伸应力，数值为正，横坐标以下为压缩应力，数值为负。
对于剪切应力，则可以自行规定一个方向为正值，另一个方向为负值2）根据绝对值大小判断σ,max,和σ,min,，绝对值大者为σ,max,，小者为σ,min,3）循环特性的变化范围为 2021/9/23,6,,静应力,只能由,静载荷,产生,，,,变应力,可能由,变载荷,或,静载荷,产生,a,σ,0,t,t,0,σ,a,在变应力下，零件的主要失效形式为,：,疲劳破坏,2021/9/23,7,,4.名义应力----由名义载荷求出的应 力,,5.计算应力----由计算载荷求出的应力,,2021/9/23,8,,2.2 机械零件的计算准则,机械零件的失效方式,,失效----零件丧失工作能力或达不到设计要求的 性能常见失效形式,,整体断裂；变形过大；零件表面破坏、不能满足工作条件包括：打滑；联接松动、泄露等2021/9/23,9,,2021/9/23,10,,失效具有多样性,同一种零件会有多种失效形式，但最常发生的失效形式主要是由于强度、刚度、耐磨性、耐温度性、振动稳定性、可靠性等方面的问题2021/9/23,11,,零件工作,—→承受载荷,—→,载荷欲使零件失效,零件据自身结构、,,材料反抗失效,—→反抗失效＞失效,—→解决办法：合理设计,遵循设计准则,2021/9/23,12,,2.2.1 强度准则,强度：零件抵抗断裂、塑变、疲劳破坏的能力,,1.判断危险截面的最大应力(,,)是否小于或等,,于许用应力,([,],[]),,2021/9/23,13,,2.,判断危险截面的实际安全系数是否大于或等 于许用安全系数,采用何种方法计算，通常由可资利用的,,数据和计算惯例来诀定。
S——安全系数，S＞1,—,→,S↑：安全，浪费材料,S↓：经济，不安全,2021/9/23,14,,安全系数意义,,考虑实际情况及必要强度储备,,安全系数的决定因素,,（1）载荷和应力的性质和计算的准确程度；,,（2）运行条件的平稳程度（是否有冲击载荷）；,,（3）材料的性质和材质的均匀程度；,,（4）零件的重要程度；,,（5）工艺和探伤水平；,,（6）环境是否具有腐蚀性安全系数的选择原则：,,在保证安全、可靠的前提下，尽可能选用较小的安全系数2021/9/23,15,,刚度----零件在载荷作用下抵抗变形的能力 (力,力矩/弹性变形量),,柔度----在外力作用下产生变形的能力(弹性变形量/力,力矩),,2.2.2刚度准则,2021/9/23,16,,刚度指标: 伸长,压缩,挠度,扭角,转角,,计算准则: 弹性变形量不大于许用值,,,,实际的弹性变形量可以根据不同的零件，依据不同的理,,论或实验方法进行确定，而相应的许用值则需要根据不,,同的场合，根据理论和经验确定合理的数值2021/9/23,17,,机床主轴等弹性变形过大将影响加工精度,2021/9/23,18,,2.2.3 寿命准则,,寿命是机械零件能正常工作延续的时间,,,,决定零件寿命的主要的因素----腐蚀、疲劳和磨损；,,磨损问题和腐蚀----研究目前还很不完善，还无法建立一个能够为广泛接受的计算准则；,,疲劳问题----目前发展比较成熟，具体的疲劳寿命计算方法，后续章节中有详细的介绍。
2021/9/23,19,,1.,可靠性,----产品在规定的条件下和规定的时间内无故障完成规定功能的能力,,2.,可靠度,----产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率(Rt),,Rt=Nt/N=(N-Nf)/N=1-Nf/N,,N－总,的零件,,Nt－继续工作的零件,,Nf－失效的零件,,3.,累积失效概率,----产品在规定的条件下和规定的时间内失效的概率(Ft或P),,Ft=Nf/N=1-Rt , Ft+Rt=1,,,2.2.4 可靠性准则,2021/9/23,20,,1.,可靠性,----产品在规定的条件下和规定的时间内无故障完成规定功能的能力,,2.,可靠度,----产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率(Rt),,Rt=Nt/N=(N-Nf)/N=1-Nf/N,,N－总,的零件,,Nt－继续工作的零件,,Nf－失效的零件,,3.,累积失效概率,----产品在规定的条件下和规定的时间内失效的概率(Ft或P),,Ft=Nf/N=1-Rt , Ft+Rt=1,,,2.2.4 可靠性准则,2021/9/23,21,,随试验时间不断延长，则,Nf,将不断增加，可靠度逐渐减少，这说明零件的可靠度是随时间发生改变的，是时间的函数。
对,Ft,进行微分得：,,失效分布密度f(t)=dFt/dt=dNf/Ndt,,与时间的关系曲线称为失效分布曲线,常见的分布曲线有正态分布,可根据分布函数求出可靠度2021/9/23,22,,可靠性计算准则,就是要保证零件在工作过程中能够满足规定的可靠性要求,2021/9/23,23,,2.3 提高强度的一般方法,2021/9/23,24,,2.3.2 提高机械零件强度的一般措施,1）合理布置零件,减少所受最大载荷,,图2.6 改进零件布置提高弯曲强度,2021/9/23,25,,2）采用等强度结构,,图2.7 阶梯轴的等强度原理,2021/9/23,26,,3）减少应力集中,图2.8 齿面载荷的均布措施,2021/9/23,27,,4）选用合理截面,,比如梁的截面采用工字型、T字型；轴的截面采用圆形、空心圆形等5）对零件表面进行强化处理,,比如，为提高零件表面疲劳强度，常采用的表面强化工艺有：喷丸处理及碾压处理、渗碳、碳氮共渗、渗氮、表面淬火2021/9/23,28,,,表面强度分为三种:,,1）表面挤压强度,,2）表面接触强度,,3）表面磨损强度,2.4 机械零件的表面强度,2021/9/23,29,,1）表面挤压强度,表面挤压强度：零件表面抵抗表面挤压破坏的能力,,1.挤压应力：在接触面上的压应力,2021/9/23,30,,2.挤压失效形式----压碎和塑性变形,,3.挤压应力的分布,,4.条件性简化计算挤压应力,,5.计算公式,,2021/9/23,31,,2）表面接触强度,指高副接触的表面抵抗接触破坏的能力（线接触和点接触）,,静载荷作用时的失效形式:,,----脆性材料的表面压碎和塑性材料的表面塑性,,变形,变载荷作用下的,失效形式:,----失效为疲劳破坏(表面疲劳磨损或点蚀),,2021/9/23,32,,对于圆柱接触的情形，接触应力,为：,E为两接触材料的弹性模量，,,为泊松比，,,为综合曲率半径,,（正号表示外接触，负号表示内接触）,2021/9/23,33,,点接触的情形一般可以归结为两个球体的接触，,,接触应力为：,,2021/9/23,34,,----两圆柱体接触，接触面为矩形，,最大接触应力σ,Hmax,∝F,1/2,，,两球体接触，接触面为圆形， 最大接触应力σ,Hmax,∝F,1/3,,----,,最大接触应力以两圆柱体外接触最高，圆柱体-平面接触次之，内、外圆柱体接触最低,,,,2021/9/23,35,,计算准则,,σ,Hmax,----最大接触应力,,[σ,H,],max,----最大许用接触应力,最大,接触应力,σ,Hmax,根据赫兹接触应力公式进行计算。
2021/9/23,36,,3） 表面磨损强度,条件性计算,,1、滑动速度低、载荷大时限制表面压强,,p,[p],,2、,滑动速度较高时防止润滑失效,,pv[pv],,3、高速时防止速度过高加速磨损,,v[v],p,----工作表面的压强,,v,----,滑动速度,2021/9/23,37,,提高刚度的方法：,,1）材料对刚度的影响,,弹性模量大则刚性就大,金属大于非金属,同类金属的弹性模量相差不大,以高强度合金钢代替普通碳钢来提高刚度的方法不可取,,2.5 机械零件的刚度和改进措施,2021/9/23,38,,2）结构对刚度的提高,,支承方式和位置,,悬臂支承、球轴承简支承和滚子轴承支承结构，它们的最大弯矩之比为,Ma,：,Mb,：,Mc,为4：2：1，最大变形挠度之比,ya,：,yb,：,yc,为16：4：1，,,,,,,,,,,,,,,,,,,3）,通过预紧装配实现刚度的提高,2021/9/23,39,,2.6 机械零件的,振动稳定性,冲击强度,2.6.1 零件的振动和振动稳定性,,振动,---- 零件周期性的弹性变形现象,,失稳,----零件或机器的自振频率和周期性外力的变化频率相等或相接近时，发生共振，振幅将急剧增大，此种现象称为失稳。
振动稳定性计算准则,----使零件的固有频率f与外力作用频率f,p,既不相等也不接近 0.85f>f,p,1.15f
10、何谓振动、共振及失稳？稳定性计算的准则是什么？减轻振动的措施有哪些？ 11、什么是可靠度？,,2021/9/23,45,,SEMINAR TOPIC,机械零件的工作能力应包括那些方面？计算准则和工作能力之间有什么关系？,2021/9/23,46,,。