精密機(jī)械零件的強(qiáng)度與剛度

精密機(jī)械零件的強(qiáng)度與剛度文章目錄[隱藏]1強(qiáng)度2剛度3受力與變形3.1力的分類3.2彈性體3.3彈性變形精密機(jī)械和儀器都是由若千個(gè)\o"查看與構(gòu)件相關(guān)的文章"構(gòu)件組成的。在外力的作用下,\o"查看與構(gòu)件相關(guān)的文章"構(gòu)件尺寸及形狀總會(huì)有不同程度的改變,這種改變稱為變形。變形可分為彈性變形和塑性變形。撤去外力后，會(huì)隨之消失的變形稱為彈性變形;當(dāng)外力超過一定限度,撤去外力后仍有殘留變形的稱為塑性變形。零件的強(qiáng)度和剛度是指材料在外力作用下抵抗破壞和變形的能力。本章主要以幾種簡(jiǎn)單常用的構(gòu)件為例,針對(duì)變形的產(chǎn)生原理及其影響,介紹精密機(jī)械中構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、應(yīng)力分析的基本概念和方法。1強(qiáng)度所謂強(qiáng)度是指構(gòu)件抵抗破壞的能力,以保證零件不會(huì)斷裂或有明顯的塑性變形。如果機(jī)床主軸受載荷過大而發(fā)生斷裂,則整個(gè)機(jī)床就無法使用,因此,強(qiáng)度計(jì)算是精密機(jī)械零件設(shè)計(jì)非常重要的內(nèi)容。2剛度所謂剛度是指構(gòu)件抵抗變形的能力,以保證零件在受力時(shí)所產(chǎn)生的彈性變形在允許的限度內(nèi),使零件能正常工作。構(gòu)件在外力作用下引起的變形不能超過工程上許可的范圍。如果機(jī)床的主軸和車身的剛度不夠,將影響其\o"查看與加工精度相關(guān)的文章"加工精度,還會(huì)產(chǎn)生過大的噪聲;如果房屋構(gòu)件的剛度不夠,會(huì)使居民缺乏安全感。3受力與變形3.1力的分類機(jī)構(gòu)或精密機(jī)械零件工作時(shí),其各部分均受到力的作用,并將其在相互之間傳遞。這些作用在構(gòu)件.上的力又稱為負(fù)載。力的分類方式主要有以下幾種。(1)按力的來源，可分為主動(dòng)力和\o"查看與約束反力相關(guān)的文章"約束反力。一般而言,主動(dòng)力是載荷,\o"查看與約束反力相關(guān)的文章"約束反力是被動(dòng)力,其作用是阻止物體因受載而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。(2)按力的作用范圍,可分為集中力和分布力。若外力分布范圍遠(yuǎn)小于物體的表面尺寸,或沿桿件軸線分布范圍遠(yuǎn)小于桿件軸線長(zhǎng)度,則可將外力簡(jiǎn)化為作用于一點(diǎn)的集中力,如火車輪對(duì)鋼軌的壓力、滾珠軸承對(duì)軸的反作用力等，其量綱是[力],國(guó)際單位是N(牛)。所謂分布力,是指作用于物體表面或物體內(nèi)各點(diǎn)的力,可進(jìn)一步分為線分布力、表面力和體積力。有些分布力是沿桿件軸線作用的,如樓板對(duì)屋梁的作用力,可將其簡(jiǎn)化為分布在梁軸線上的線分布力,其量綱簡(jiǎn)化為[力]/[長(zhǎng)度],國(guó)際單位是N/m(牛每米);表面力是指連續(xù)作用于物體表面的較大范圍內(nèi)的力,例如，液體對(duì)容器的壓力;其量綱是[力]/[長(zhǎng)度]2，國(guó)際單位是N/m2(牛每平方米);所謂體積力,是指連續(xù)分布于物體內(nèi)各點(diǎn)的力,例如，物體的自重和慣性力等,其量綱是[力]/[長(zhǎng)度]*,國(guó)際單位是N/m3(牛每立方米)。(3)按力與時(shí)間的關(guān)系,可分為靜載荷和動(dòng)載荷。所謂靜載荷,是指載荷由零緩慢地增加到終值,然后保持不變或變化不明顯的載荷。例如,緩慢放置于基座上的儀器,對(duì)基座而言施加的是靜載荷。所謂動(dòng)載荷,是指隨時(shí)間發(fā)生顯著變化的載荷。按其變化方式又可分為交變載荷、沖擊載荷等。交變載荷是指隨時(shí)間呈周期性變化的載荷，如齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),每-一個(gè)齒上受到的嚙合力都是隨時(shí)間呈周期性變化的;沖擊載荷是指在瞬時(shí)施加于物體的載荷，如鍛造時(shí)，氣錘與工件的接觸是在瞬間完成的,工件和氣錘受到的均是沖擊載荷。3.2彈性體在研究\o"查看與剛體相關(guān)的文章"剛體的\o"查看與靜力學(xué)相關(guān)的文章"靜力學(xué)時(shí),人們忽略了物體的變形,將其抽象為剛體。但是實(shí)際上,任何物體受力后都將發(fā)生尺寸和形狀的改變,這種變化包括彈性變形和塑性變形。工程應(yīng)用中,絕大多數(shù)物體的變形都被限制在彈性范圍以內(nèi),這時(shí)的物體稱為彈性變形體,簡(jiǎn)稱為彈性體。為建立彈性體的力學(xué)模型,對(duì)彈性體作如下假設(shè)。(1)連續(xù)性假設(shè)認(rèn)為組成彈性體的物質(zhì)毫無空隙地充滿了彈性體的整個(gè)幾何空間。實(shí)際上,組成彈性體的粒子之間存在著空隙,但這種空隙與彈性體的尺寸相比極其微小,可以忽略不計(jì)。于是,可認(rèn)為彈性體中的物質(zhì)是連續(xù)的。這樣,彈性體中的力學(xué)量和變形量都可以表示成坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)。(2)均勻性假設(shè)認(rèn)為彈性體內(nèi)各點(diǎn)處的力學(xué)性能是相同的。依此假設(shè)，從彈性體內(nèi)部任何部位所切取的微單元體,都具有完全相同的力學(xué)性能。同時(shí),通過大尺寸試樣測(cè)得的材料性能,也可用于彈性體的任何部位。(3)各向同性假設(shè)認(rèn)為彈性體沿著不同方向具有相向的力學(xué)性能。大多數(shù)工程材料盡管在微觀上不是各向同性的,如金屬材料,其單個(gè)晶粒的力學(xué)性能具有方向性,但彈性體中包含的晶粒數(shù)量極多,且隨機(jī)取向,因而在宏觀上表現(xiàn)為各向同性。具有這種各向同性的彈性體稱為各向同性彈性體。沿不同方向具有不同的物理和力學(xué)性能的彈性體,稱為各向異性彈性體。3.3彈性變形在工程應(yīng)用中,應(yīng)將變形控制在零件設(shè)計(jì)時(shí)要求和允許的范圍內(nèi),此時(shí)零件的變形一般屬于彈性變形。按照變形的特征可將彈性變形分為:拉伸及壓縮變形,如鏈條、帶、桁架的拉桿(或壓桿)、立柱等發(fā)生的變形;剪切變形,如受剪力