第2章機械設計的工作能力和計算準則

第2章機械零件的強度和計算準那么2.1機械零件的載荷和應力2.2機械零件的計算準那么2.3提高強度的普通方法2.4機械零件的三種外表強度2.5機械零件的剛度及改良措施2.6機械零件的穩(wěn)定性和沖擊強度2.1機械零件的載荷和應力2.1.1機械零件的載荷----靜載荷和變載荷(1)靜載荷----不隨時間變化或變化很小(2)變載荷----隨時間作周期性或非周期性變化設計計算中涉及----名義載荷F計算載荷Fc=kF載荷系數(shù)K----主要由動力機和任務機的任務性能決議變應力靜應力：r=1σt脈動循環(huán)：r=0σt0對稱循環(huán)：r=-1σt0非對稱循環(huán)tσ02.1.2機械零件的應力穩(wěn)定循環(huán)變應力的根本參數(shù)和種類a)根本參數(shù)應力循環(huán)特性最大應力最小應力平均應力應力幅變應力通?？捎?個參數(shù)中任兩個來描畫:變應力進展有關參數(shù)計算時應該留意幾點問題：〔1〕橫坐標以上為拉伸應力，數(shù)值為正，橫坐標以下為緊縮應力，數(shù)值為負。對于剪切應力，那么可以自行規(guī)定一個方向為正值，另一個方向為負值?！?〕根據(jù)絕對值大小判別σmax和σmin，絕對值大者為σmax，小者為σmin?！?〕循環(huán)特性的變化范圍為。靜應力只能由靜載荷產生，變應力能夠由變載荷或靜載荷產生。aσ0tt0σa在變應力下，零件的主要失效方式為：疲勞破壞4.名義應力----由名義載荷求出的應力5.計算應力----由計算載荷求出的應力2.2機械零件的計算準那么機械零件的失效方式失效----零件喪失任務才干或達不到設計要求的性能。常見失效方式整體斷裂；變形過大；零件外表破壞、不能滿足任務條件包括：打滑；聯(lián)接松動、泄露等。失效具有多樣性,同一種零件會有多種失效方式，但最常發(fā)生的失效方式主要是由于強度、剛度、耐磨性、耐溫度性、振動穩(wěn)定性、可靠性等方面的問題。零件任務—→接受載荷—→載荷欲使零件失效零件據(jù)本身構造、資料對抗失效—→對抗失效＞失效—→處理方法：合理設計遵照設計準那么2.2.1強度準那么

強度：零件抵抗斷裂、塑變、疲勞破壞的才干1.判別危險截面的最大應力(,)能否小于或等于許用應力([],[])2.判別危險截面的實踐平安系數(shù)能否大于或等

于許用平安系數(shù)采用何種方法計算，通常由可資利用的數(shù)據(jù)和計算慣例來訣定。S——平安系數(shù)，S＞1—→S↑：平安，浪費資料S↓：經(jīng)濟，不平安平安系數(shù)意義思索實踐情況及必要強度貯藏平安系數(shù)的決議要素〔1〕載荷和應力的性質和計算的準確程度；〔2〕運轉條件的平穩(wěn)程度〔能否有沖擊載荷〕；〔3〕資料的性質和材質的均勻程度；〔4〕零件的重要程度；〔5〕工藝和探傷程度；〔6〕環(huán)境能否具有腐蝕性。平安系數(shù)的選擇原那么：在保證平安、可靠的前提下，盡能夠選用較小的平安系數(shù)。剛度----零件在載荷作用下抵抗變形的才干(力,力矩/彈性變形量)柔度----在外力作用下產生變形的才干(彈性變形量/力,力矩)2.2.2剛度準那么剛度目的:伸長,緊縮,撓度,扭角,轉角計算準那么:彈性變形量不大于許用值實踐的彈性變形量可以根據(jù)不同的零件，根據(jù)不同的理論或實驗方法進展確定，而相應的許用值那么需求根據(jù)不同的場所，根據(jù)實際和閱歷確定合理的數(shù)值。機床主軸等彈性變形過大將影響加工精度。2.2.3壽命準那么壽命是機械零件能正常任務延續(xù)的時間

決議零件壽命的主要的要素----腐蝕、疲勞和磨損；磨損問題和腐蝕----研討目前還很不完善，還無法建立一個可以為廣泛接受的計算準那么；疲勞問題----目前開展比較成熟，詳細的疲勞壽命計算方法，后續(xù)章節(jié)中有詳細的引見。1.可靠性----產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內無缺點完成規(guī)定功能的才干2.可靠度----產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內完成規(guī)定功能的概率(Rt)Rt=Nt/N=(N-Nf)/N=1-Nf/NN－總的零件Nt－繼續(xù)任務的零件Nf－失效的零件3.累積失效概率----產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內失效的概率(Ft或P)Ft=Nf/N=1-Rt,Ft+Rt=12.2.4可靠性準那么1.可靠性----產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內無缺點完成規(guī)定功能的才干2.可靠度----產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內完成規(guī)定功能的概率(Rt)Rt=Nt/N=(N-Nf)/N=1-Nf/NN－總的零件Nt－繼續(xù)任務的零件Nf－失效的零件3.累積失效概率----產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內失效的概率(Ft或P)Ft=Nf/N=1-Rt,Ft+Rt=12.2.4可靠性準那么隨實驗時間不斷延伸，那么Nf將不斷添加，可靠度逐漸減少，這闡明零件的可靠度是隨時間發(fā)生改動的，是時間的函數(shù)。對Ft進展微分得：失效分布密度f(t)=dFt/dt=dNf/Ndt與時間的關系曲線稱為失效分布曲線,常見的分布曲線有正態(tài)分布,可根據(jù)分布函數(shù)求出可靠度。可靠性計算準那么,就是要保證零件在任務過程中可以滿足規(guī)定的可靠性要求。2.3提高強度的普通方法2.3.2提高機械零件強度的普通措施1〕合理布置零件,減少所受最大載荷圖2.6改良零件布置提高彎曲強度2〕采用等強度構造

圖2.7階梯軸的等強度原理3〕減少應力集中圖2.8齒面載荷的均布措施4〕選用合理截面比如梁的截面采用工字型、T字型；軸的截面采用圓形、空心圓形等。5〕對零件外表進展強化處置比如，為提高零件外表疲勞強度，常采用的外表強化工藝有：噴丸處置及碾壓處置、滲碳、碳氮共滲、滲氮、外表淬火。外表強度分為三種:1〕外表擠壓強度2〕外表接觸強度3〕外表磨損強度2.4機械零件的外表強度1〕外表擠壓強度外表擠壓強度：零件外表抵抗外表擠壓破壞的才干1.擠壓應力：在接觸面上的壓應力2.擠壓失效方式----壓碎和塑性變形3.擠壓應力的分布4.條件性簡化計算擠壓應力5.計算公式2〕外表接觸強度指高副接觸的外表抵抗接觸破壞的才干〔線接觸和點接觸〕靜載荷作用時的失效方式:----脆性資料的外表壓碎和塑性資料的外表塑性變形變載荷作用下的失效方式:----失效為疲勞破壞(外表疲勞磨損或點蝕)對于圓柱接觸的情形，接觸應力為：E為兩接觸資料的彈性模量，為泊松比，為綜合曲率半徑〔正號表示外接觸，負號表示內接觸〕點接觸的情形普通可以歸結為兩個球體的接觸，接觸應力為：----兩圓柱體接觸，接觸面為矩形，最大接觸應力σHmax∝F1/2，兩球體接觸，接觸面為圓形，最大接觸應力σHmax∝F1/3----最大接觸應力以兩圓柱體外接觸最高，圓柱體-平面接觸次之，內、外圓柱體接觸最低計算準那么σHmax----最大接觸應力[σH]max----最大許用接觸應力最大接觸應力σHmax根據(jù)赫茲接觸應力公式進展計算。3〕外表磨損強度條件性計算1、滑動速度低、載荷大時限制外表壓強p[p]2、滑動速度較高時防止光滑失效pv[pv]3、高速時防止速度過高加速磨損v[v]p----任務外表的壓強v----滑動速度提高剛度的方法：1〕資料對剛度的影響彈性模量大那么剛性就大,金屬大于非金屬,同類金屬的彈性模量相差不大,以高強度合金鋼替代普通碳鋼來提高剛度的方法不可取2.5機械零件的剛度和改良措施2〕構造對剛度的提高支承方式和位置懸臂支承、球軸承簡支承和滾子軸承支承構造，它們的最大彎矩之比為Ma：Mb：Mc為4：2：1，最大變形撓度之比ya：yb：yc為16：4：1，3〕經(jīng)過預緊裝配實現(xiàn)剛度的提高

2.6機械零件的振動穩(wěn)定性沖擊強度2.6.1零件的振動和振動穩(wěn)定性振動----零件周期性的彈性變形景象失穩(wěn)----零件或機器的自振頻率和周期性外力的變化頻率相等或相接近時，發(fā)生共振，振幅將急劇增大，此種景象稱為失穩(wěn)。振動穩(wěn)定性計算準那么----使零件的固有頻率f與外力作用頻率fp既不相等也不接近

0.85f>fp1.15f<fp

普通采取的措施有：〔1〕盡量采用對稱構造〔如花鍵聯(lián)接〕、減少懸臂長度、縮短中心距等；〔2〕對轉動零件進展平衡，盡量滿足動、靜平衡條件；〔3〕采用阻尼作用耗費引起振動的能量，比如設置滑動軸承的油膜阻尼器、液壓缸端部的阻尼孔等；〔4〕設置隔振零件，比如加裝彈簧、橡膠墊、隔振層等都具有減振作用。2.6.2機械零件的沖擊強度1.沖擊強度和沖擊變形的計算由沖擊能轉變?yōu)樽冃文埽篎'=KIFσ'＝KIσy'=KIy－為沖擊系數(shù)y為靜載荷F作用下的物體B彈性變形量沖擊系數(shù)確實定方法為：輕度沖擊1～1.1，中度沖擊1.25～1.4，重度沖擊1.6～2，極大沖擊2～3。習題1-41-51-61-91-141-161-37復習思索題

1、何謂零件的失效？常見方式有哪些？

2、載荷、應力各如何分類？根本變應力有哪幾種？用哪些參數(shù)描畫變應力？

3、如何判別零件受力類型？

4、兩種判別零件強度的方式是什么？

5、平安系數(shù)如何選擇？其大小會產生什么