ch機械零件工作能力計算的理論基礎

第2章機械零件工作能力計算的理論基礎本章主要內(nèi)容：§2-1機械零件的工作能力及其變形的基本形式§2-2軸的拉伸和壓縮§2-3剪切和擠壓§2-4圓軸的扭轉(zhuǎn)§2-5彎曲§2-6應力狀態(tài)理論及強度理論概述§2-7疲勞強度概述§2-8接觸強度概述一、機械零件的工作能力設計的使用條件下設計的壽命期限內(nèi)不能完成設計的功能失效零件例:齒輪軸斷裂—失效§2-1機械零件的工作能力及其變形的基本形式1、機械零件的失效失效形式（Failuretypes）1）整體斷裂過載斷裂疲勞斷裂2）表面破壞磨損冷膠合熱膠合點蝕塑性變形過大彈性變形3）變形過大膠合4）過大振動腐蝕2、機械零件的工作能力——機械零件不發(fā)生失效的安全工作限度稱為工作能力。影響機械零件工作能力的主要因素有：載荷、變形、速度、溫度、壓力和零件的形狀、加工質(zhì)量等。同一種零件對應于不同的失效形式有不同的工作能力。對于載荷而言，工作能力又稱為承載能力。在確定機械零件的承載能力時，主要要考慮機械零件的強度和剛度。強度：指零件承受載荷后抵抗發(fā)生斷裂或超過容許限度的殘余變形的能力。剛度：指機械零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。

如果零件的剛度不足，有些零件則會因為產(chǎn)生過大的彈性變形而失效。強度準則剛度準則振動穩(wěn)定性準則耐熱性準則可靠性準則3、機械零件設計準則因為失效類型不同，所以機械零件的工作能力類型也不同，故機械零件的計算準則也不同二、機械零件變形的基本形式各種機械零件在不同的載荷作用下．可能產(chǎn)生不同形式的變形，但其最基本的有拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲等四種形式。拉伸變細變長壓縮變短變粗拉壓變形擠壓變形剪切變形扭轉(zhuǎn)變形彎曲變形MeMegjMeMe按名義載荷求得的應力稱為名義應力按計算載荷求得的應力稱為計算應力在理想的平穩(wěn)工作條件下作用在零件上的載荷稱為名義載荷機器運轉(zhuǎn)時，零件還會受到各種附加載荷，通常引入載荷系數(shù)K來估計這些因素的影響。名義載荷與載荷系數(shù)的乘積稱為計算載荷§2.7疲勞強度概述一、載荷和應力的分類1.載荷動載荷：由于運動中產(chǎn)生的慣性力和沖擊等引起的載荷靜載荷變載荷按是否隨時間變化，載荷2.應力靜應力變應力σmax─最大應力；σmin─最小應力σm─平均應力；σa─應力幅值r─應力比（循環(huán)特性）隨機變應力非隨機變應力穩(wěn)定循環(huán)變應力不穩(wěn)定循環(huán)變應力穩(wěn)定循環(huán)應力σtσmaxσminσmσa對稱循環(huán)脈動循環(huán)穩(wěn)定循環(huán)應力對稱循環(huán)應力r=-1、σm＝0脈動循環(huán)應力r=0、σ

min＝0靜應力r=1靜應力（可看作是循環(huán)應力的一個特例）靜應力只在靜載荷作用下產(chǎn)生，循環(huán)應力可由變載荷產(chǎn)生，也可由靜載荷產(chǎn)生。二、疲勞破壞——變應力作用下的破壞形式構(gòu)件的疲勞破壞可分為3個階段：①微觀裂紋階段②宏觀裂紋擴展階段③瞬時斷裂階段在變應力作用下，零件表面產(chǎn)生初始微裂紋（疲勞源），初始微裂紋處的應力集中促使裂紋擴展，發(fā)展成為宏觀裂紋。裂紋基本上沿著與主應力垂直的方向擴展當裂紋擴大到使物體殘存截面不足以抵抗外載荷時，物體就會在某一次加載下突然斷裂。疲勞破壞的特征：①在某類變應力多次作用后突然斷裂②斷裂時變應力的最大應力（or疲勞極限）遠小于材料的屈服極限③即使是塑性材料，斷裂時也無明顯的塑性變形三、不同循環(huán)次數(shù)時的疲勞極限計算疲勞極限：應力比為r的應力循環(huán)作用N次后，材料不發(fā)生疲勞的最大應力疲勞壽命（N）:材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應力循環(huán)次數(shù)N

疲勞曲線：應力循環(huán)特性一定時，材料的疲勞極限與應力循環(huán)次數(shù)之間關(guān)系的曲線σmaxN1.σ－N疲勞曲線用參數(shù)σmax表征材料的疲勞極限，通過實驗，可得出如圖所示的疲勞曲線。稱為：

s－N疲勞曲線104C在原點處，對應的應力循環(huán)次數(shù)為N=1/4，意味著在加載到最大值時材料被拉斷。顯然該值為強度極限σB。B103σtσBAN=1/4

在AB段，應力循環(huán)次數(shù)<103σmax變化很小，可以近似看作為靜應力強度。BC段，N=103~104，隨著N↑

→σmax↓,疲勞現(xiàn)象明顯。因N較小，特稱為：低周疲勞。由于ND很大，所以在作疲勞試驗時，常規(guī)定一個循環(huán)次數(shù)N0(稱為循環(huán)基數(shù))，用N0及其相對應的疲勞極限σr來近似代表ND和σr∞。σmaxNσrN0≈107CDσrNNσBAN=1/4

D點以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著無限壽命區(qū)其方程為：

實踐證明，機械零件的疲勞大多發(fā)生在CD段?？捎孟率矫枋觯河谑怯校?04CB103CD區(qū)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)N與疲勞極限srN的關(guān)系為：式中，sr、N0及m的值由材料試驗確定。σmaxNσrN0≈107CσBAN=1/4

104CB103DσrNN—壽命系數(shù)如齒輪耳、凸輪貨、滾動網(wǎng)軸承等繪。B機械零件片中各零件柔之間的力果的傳遞，箏總是通過蓬兩個零件丘的接觸形纖式來實現(xiàn)丸的。異形曲面的接觸形攤式為點接觸或線接觸?！?-8裙接觸簡強度概述若兩個硬零件在栽受載前她是點接觸或線接觸。受腐載后，由抖于變形其肺接觸處為如一小面積，通常土此面積催甚小而父表層產(chǎn)司生的局弦部應力粒卻很大媽，這種起應力稱侵為接觸應力筒。這時零章件強度槍稱為接觸強度。FFρ2

O2

ρ1

O1

ρ2

O2

ρ1

O1

FFω2

2bsHω1

變形量B接觸失尺效形式投常表現(xiàn)勾為：疲勞點藍蝕后果：減少了接沉觸面積、從損壞了零牙件的光滑斤表面、降基低了承載授能力、引筑起振動和夠噪音。初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋裂紋的擴展與斷裂油金屬剝落出現(xiàn)小坑機械零破件的接掉觸應力芝通常是它隨時間抵作周期撫性變化柴的，在尾載荷重溉復作用嶄下，首及先在表狹層內(nèi)約魄20μm處產(chǎn)生灘初始疲勞熔裂紋，然垂后裂紋逐昨漸擴展(扮潤滑油被參擠迸裂紋但中將產(chǎn)生省高壓，使夠裂紋加快盾擴展，終烏于使表層朗金屬呈小屬片狀剝落研下來，而忍在零件表蹄面形成一患些小坑蘭，這種現(xiàn)剩象稱為渡搬勞點蝕。b由彈性白力學可塘知，應援力為：上述公凱式稱為赫茲(道H·H租ert焦z)公毒式“+”用于外接誦觸，“-”用于內(nèi)樹接觸。σHσHρ2ρ1Fnρ1Fnbρ2σHσHσH--最大群接觸應力巴或赫茲應力魄;b--接觸鄉(xiāng)豐長度;Fn--載荷任;---關(guān)--綜諸合曲率輔半徑;---寫--綜濁合彈性枯模量;猜E1、E2分別為贊兩圓柱體的叛彈性模量給。接觸疲勞汁強度的判章定條件為吳：bFnσHlim為由實饞驗測得細的材料繡的接觸罩疲勞極干限，若悠兩零件抖的硬度嫌不同時上，常以怕較軟零碗件的接稠觸疲勞鑼極限為感準。接觸應豎力具有上下對掘等、左右對稱及稍離接無觸區(qū)中謹線即迅伐速降低等特點宏。軋鋼機壓擋下螺旋絲營杠斷牙宏董觀返回絲杠斷助牙部位絲杠斷牙是局部放大鍵槽應力攔集中導致斃齒輪軸疲幸勞斷裂鍵槽初始裂紋汗源裂紋擴佩展區(qū)最終瞬蒸斷區(qū)返回整體塑朽變返回冷膠合：低速重勵載，接名觸零件廁擠壓粘持著，相贏對運動拿撕裂。返回綜合失效：齒面磨蘿損、斷虎齒、疲振勞斷軸返回熱膠合：鉛潤滑不良敢引起的齒妻面返回點蝕返回輪齒磨損返回謝謝觀看/歡迎下見載BY碎FAI滿TH向IM希EAN家A頂VIS緊ION告OF愛GO視OD健ONE惹CH畫ER