第2章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則

第2章機(jī)械零件的任務(wù)才干和計(jì)算準(zhǔn)那么機(jī)械設(shè)計(jì)2.1載荷及應(yīng)力的分類2.1.1載荷的分類靜載荷變載荷——不隨時(shí)間改動或變化緩慢——隨時(shí)間作周期性或非周期性變化名義載荷計(jì)算載荷——理想任務(wù)條件下的載荷——作用于零件的實(shí)踐載荷計(jì)算載荷名義載荷=K×載荷系數(shù)？2.1.2應(yīng)力的分類靜應(yīng)力變應(yīng)力——不隨時(shí)間改動或變化緩慢——隨時(shí)間作周期性或非周期性變化變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力——周期性循環(huán)變應(yīng)力非穩(wěn)定變應(yīng)力——非周期性循環(huán)變應(yīng)力留意：變載荷→變應(yīng)力靜載荷→靜應(yīng)力？或變應(yīng)力nP●anσmaxσminσtσaOσmσmaxσaσtOtσmσmaxσaσminσOσ=常數(shù)靜應(yīng)力σtO穩(wěn)定變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力表達(dá)變應(yīng)力的幾個(gè)參數(shù)循環(huán)特征：——表示應(yīng)力變化的情況對稱循環(huán)—r=－1；脈動循環(huán)—r=0；非對稱循環(huán)—r≠0且|r|≠1;靜應(yīng)力—r=+1用σr表示循環(huán)特征為r的變應(yīng)力。如σ-1、σ0等平均應(yīng)力：應(yīng)力幅：對稱循環(huán):σm=0;σa=σmax脈動循環(huán):σm=σa=σmax/22.2機(jī)械零件的強(qiáng)度主要失效方式：斷裂或塑性變形強(qiáng)度條件：σ≤[σ]、τ≤[τ]或S≥[S]塑性資料：許用應(yīng)力：σlim=σs；τlim=τs脆性資料：σlim=σB；τlim=τB2.2.1兩種判別零件強(qiáng)度的方法①②2.2.2靜應(yīng)力強(qiáng)度2.2.3變應(yīng)力作用下的強(qiáng)度問題主要失效方式：疲勞破壞初始裂紋疲勞區(qū)(光滑)粗糙區(qū)強(qiáng)度條件：σ≤[σ]σlim=？軸變應(yīng)力時(shí)，取σlim=σrN〔疲勞極限〕疲勞破壞與零件的變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N有關(guān)NσσrNσrNN0疲勞曲線N—應(yīng)力循環(huán)次數(shù)σrN—疲勞極限〔對應(yīng)于N〕N0—循環(huán)基數(shù)σr—耐久極限有限壽命區(qū)無限由此得：m——與應(yīng)力形狀有關(guān)的指數(shù)各種資料的σr可從有關(guān)手冊中查取通常S≥12.2.4平安系數(shù)平安系數(shù)小——失效的能夠小大平安系數(shù)大——機(jī)械零件的體積龐大協(xié)調(diào)處置影響平安系數(shù)要素如下：1.與應(yīng)力計(jì)算有關(guān)的要素應(yīng)力計(jì)算所根據(jù)的載荷值的不準(zhǔn)確性應(yīng)力計(jì)算用的力學(xué)模型與實(shí)踐情況之間的差別2.與資料的極限應(yīng)力有關(guān)的要素資料機(jī)械性能本身的變化零件尺寸效應(yīng)的不確定性不同毛坯制取方法及機(jī)械加工工藝對資料機(jī)械性能的影響3.與零件的重要性有關(guān)〔等級〕：一級：零件的破壞要引起人身事故二級：零件的破壞要引起嚴(yán)重的設(shè)備事故，修繕費(fèi)用昂貴三級：零件的破壞要使機(jī)器停機(jī)修繕?biāo)募墸毫慵钠茐牟粫箼C(jī)器立刻停頓任務(wù)選擇原那么：保證平安可靠的前提下，盡能夠選用較小的許用平安系數(shù)2.2.4提高零件強(qiáng)度的措施兩個(gè)方面：構(gòu)造設(shè)計(jì)；制造工藝1〕構(gòu)造方面——合理布置零件減少載荷——降低載荷集中，均勻載荷分布——采用等強(qiáng)度構(gòu)造——選用合理截面如梁的截面采用工字形、T字形；軸的截面采用圓形?！獪p小應(yīng)力集中機(jī)械加工方法——外表滾壓，噴丸處置使外表產(chǎn)生很小的塑性變形〔剩余壓應(yīng)力〕2〕制造工藝－－主要提高疲勞強(qiáng)度熱處置方法－－化學(xué)熱處置：滲碳、滲氮普通熱處置：外表淬火2.3機(jī)械零件的外表強(qiáng)度2.3.1外表接觸強(qiáng)度1.外表接觸應(yīng)力兩圓柱體：“+〞號用于外接觸，“-〞號用于內(nèi)接觸2.失效方式外表疲勞磨損〔外表疲勞點(diǎn)蝕〕3.強(qiáng)度條件4.提高接觸強(qiáng)度的措施－－－減小接觸應(yīng)力－－－提高外表硬度，以提高許用接觸應(yīng)力－－－提高光滑油黏度2.3.2外表擠壓強(qiáng)度1.失效方式2.強(qiáng)度條件〔條件性計(jì)算〕常用于靜態(tài)聯(lián)接或低速任務(wù)條件下塑性資料——塑性變形脆性資料——外表壓碎2.3.3外表磨損強(qiáng)度1.磨損2.計(jì)算準(zhǔn)那么〔條件性計(jì)算〕3.減輕磨損的措施適宜的資料匹配；提高外表硬度；適宜的外表形狀；外表鍍層；防塵處置；控制外表溫度；提高外表加工質(zhì)量；降低外表粗糙度值。2.4機(jī)械零件的剛度2.4.1剛度對機(jī)械零件性能的影響剛度：是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的才干表示方法：剛度－產(chǎn)生單位彈性變形所需求的力或力矩柔度－單位外力或外力矩產(chǎn)生的彈性變形量１〕剛度缺乏會影響零件的運(yùn)用性能２〕對某些機(jī)器而言：為保證具有一定的精度，被加工零件和機(jī)床都應(yīng)具有一定的剛度３〕剛度有時(shí)是強(qiáng)度的保證４〕剛度影響零件的振動頻率５〕彈性零件應(yīng)有確定的剛度要求2.4.2剛度條件2.4.3剛度的影響要素及提高剛度的措施資料力學(xué)中的簡化方法彈性力學(xué)有限元分析方法計(jì)算方法：資料：彈性模量Ｅ按剛度計(jì)算所得的零件截面尺寸普通要比按強(qiáng)度計(jì)算的大構(gòu)造：剖面外形、支承構(gòu)造、位置、加強(qiáng)筋預(yù)緊：提高接觸剛度〔滾動軸承的預(yù)緊〕同類金屬E相差不大，用合金鋼替代普通碳鋼以到達(dá)提高零件的剛度是不行的。2.5機(jī)械零件的沖擊強(qiáng)度F’—沖擊載荷條件①能量守恒Ek=Ep②載荷與變構(gòu)成正比B的變形能:A物體給B的沖擊能:KI—沖擊系數(shù)h=o時(shí)F’=2F為實(shí)際值，實(shí)踐值能夠小于2F，沖擊能損耗。計(jì)算時(shí)用計(jì)算載荷Fc=KFK—任務(wù)情況系數(shù)，思索沖擊載荷的影響。設(shè)計(jì)零件時(shí)應(yīng)思索沖擊載荷的影響。提高沖擊強(qiáng)度的措施：1〕增大零件的彈性變形；3〕添加資料的彈性，即降低E；3〕采用緩沖零件吸收沖擊能量；4〕減小間隙，添加預(yù)緊。2.6溫度對零件性能的影響熱平衡：單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量=分發(fā)的熱量2.6.1溫度對摩擦磨損過程的影響功耗熱能添加任務(wù)溫度上升光滑油粘度下降任務(wù)形狀惡化效率下降惡性循環(huán)弊－－間隙量，過盈量的變化，熱應(yīng)力的產(chǎn)生利－－利用變形進(jìn)展裝配，如熱裝配、冷裝配等2.6.2溫度對資料脹縮的影響2.6.3溫度對資料力學(xué)性能的影響溫度對資料蠕變和松弛的影響處理方法：預(yù)先計(jì)入熱變形量構(gòu)造上采用浮動構(gòu)造消除熱應(yīng)力2.7機(jī)械零件的振動穩(wěn)定性振動：機(jī)械零件發(fā)生周期性的彈性變形。常用振幅和頻率描畫當(dāng)周期性外力的變化頻率等于或接近機(jī)器或零件的固有頻率時(shí)，發(fā)生共振景象。計(jì)算準(zhǔn)那么：防止外力作用頻率等于或接近固有頻率減輕振動的措施：采用構(gòu)造對稱，減小懸臂尺寸、減小中心距利用阻尼耗費(fèi)引起振動的能量設(shè)置隔振安裝對轉(zhuǎn)動件進(jìn)展平衡2.8機(jī)械零件的可靠性可靠性：零件在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)發(fā)揚(yáng)規(guī)定功能的才干。可靠度：零件在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)發(fā)揚(yáng)規(guī)定功能的概率，常用Rt表示。累積失效概率：零件在規(guī)定條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)失效的概率，常用Ft表示。失效分布密度f(t)：累積失效概率對時(shí)間的導(dǎo)數(shù)失效〔壽命〕分布曲線：