機械設(shè)計力學(xué)基礎(chǔ)課件

1、第一章 機械設(shè)計力學(xué) 基礎(chǔ)知識1.1 載荷和應(yīng)力1.1.1 機械零部件的工作能力 工作能力需求強度、剛度耐磨性振動穩(wěn)定性 以傳動為主的零件一般要求有一定的強度和剛度，即在工作負(fù)荷下不發(fā)生破壞和過大的變形；具有相對運動并傳力的零件需要有較好的耐磨性；而高速轉(zhuǎn)動的零件則要具有較高的振動穩(wěn)定性。1.1.2 機械零件的強度 靜強度疲勞強度 按工作條件分整體強度表面強度 按破壞部位和破壞形式分強度反映機械零件承受載荷時抵抗破壞的能力1.1.3 載荷 靜載荷變載荷 周期性變載荷非周期性變載荷 名義載荷計算載荷 額定功率或名義功率引入載荷系數(shù)K 計算載荷=K*名義載荷1.1.4 應(yīng)力 P113 （a）對稱循

2、環(huán) (b)脈動循環(huán) (c)非對稱循環(huán) 靜應(yīng)力 r=1靜應(yīng)力變應(yīng)力 1.應(yīng)力 循環(huán)特性系數(shù)r=-1 r=0 -1r1強度極限屈服極限疲勞極限 極限應(yīng)力 脆性破壞，斷裂塑性變形疲勞破壞工作應(yīng)力：按照材料力學(xué)的基本公式求出的、作用在零件剖面上的應(yīng)力計算應(yīng)力：零件危險剖面上呈復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)時，按照某一強度理論求出、與單向應(yīng)力等效的應(yīng)力。工作應(yīng)力計算應(yīng)力 2.應(yīng)力 3.極限應(yīng)力 按照強度準(zhǔn)則設(shè)計機械零件時，根據(jù)材料性質(zhì)及應(yīng)力種類而采用材料的某個應(yīng)力極限值。4.標(biāo)準(zhǔn)試件的疲勞極限和疲勞曲線 P114 疲勞破壞應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有限壽命疲勞極限工程上常用對稱循環(huán) r=-1 的應(yīng)力極限值 和 作為材料的疲勞極限N0

3、循環(huán)基數(shù)，對應(yīng)的 和 稱為 疲勞極限 影響疲勞極限的因素 1.應(yīng)力集中 2.絕對尺寸 3.表面狀態(tài) 零件的對稱循環(huán)疲勞極限應(yīng)力 5.零件的疲勞極限 P115 6.許用應(yīng)力及（許用)安全系數(shù) 安全系數(shù)的采取原則：在保證安全的可靠的前提下，盡可能選擇較小的安全系數(shù) 許用應(yīng)力：計算應(yīng)力允許達(dá)到的最大值。在實現(xiàn)條件下找出極限應(yīng)力值，在現(xiàn)場情況下，考慮各方面的影響，加一個安全系數(shù)。7.整體強度和表面強度 整體強度零件受載時在本體內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力為整體強度問題，整體強度的形式有拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切 零件受載時，在傳力的接觸表面上產(chǎn)生應(yīng)力，引起表面強度問題。 表面強度8.接觸強度 接觸應(yīng)力：是在兩個零件通

4、過點接觸或線接觸傳遞載荷時，在接觸部位產(chǎn)生彈性變形，同時產(chǎn)生的很大的應(yīng)力。彈性力學(xué)中的赫茲Hertz公式 -作用在圓柱體上的壓力，N -接觸線長度，mm -綜合曲率半徑 -兩圓柱體材料的泊松比 -材料彈性系數(shù)，E1 E2 圓柱體材 料的彈性模量1.2 機械零部件失效形式與設(shè)計準(zhǔn)則1.2.1 失效形式及對策機械零部件由于某種原因喪失工作能力而不能正常工作時稱為失效。采用的對策1. 控制零件尺寸2. 合理選擇材料和熱處理方式3. 合理設(shè)計機構(gòu)4. 合理使用和維護(hù)1. 控制零件尺寸 按強度、剛度等工作能力準(zhǔn)則計算零件尺寸，使在滿足工作要求條件下尺寸盡量緊湊。 1）校驗計算2）設(shè)計計算3）計算承載力2. 合理選擇材料和熱處理從考慮強度出發(fā)選擇強度極限高的材料 同樣尺寸的零件可以承受更大載荷而不被破壞從考慮剛度出發(fā)選擇彈性模量較大的材料 相同工況下可以減小變形量從考慮零件的表面硬度和整體韌性出發(fā) 選擇合理的熱處理工藝方法選擇合理的耐磨材料，可以減少磨損3. 采用合理的結(jié)構(gòu)4. 合理的使用和維護(hù)