機械零件及工作能力和計算準則

1、第二章機械零件的工作能力和計算準則基本內(nèi)容：1. 載荷和應(yīng)力的分類2. 機械零件強度3. 機械零件表面強度4. 機械零件剛度5. 其他：要點提示，布置學生自學.教學重點與難點：1 重點：零件失效和工作能力的概念；載荷與應(yīng)力的分類及其相互關(guān)系；機械零件強度的概念；提高機械零件強度的措施.2 難點：載荷與應(yīng)力的相互對應(yīng)關(guān)系；零件的極限應(yīng)力和許用應(yīng)力；零件強度的表達方法；結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝設(shè)計對零件強度的影響；零件結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的某些禁忌問題.基本要求：1 掌握零件失效和工作能力的概念；2 掌握載荷與應(yīng)力的分類及其相互關(guān)系；3 掌握機械零件強度的概念及相關(guān)的影響因素；4 了解提高機械零件強度的措施.失效機

2、械零件喪失工作能力或達不到設(shè)計要求的性能。工作能力零件不發(fā)生失效時的安全工作限度。5 2.1載荷與應(yīng)力的分類載荷分類E,落種旗下，整rff蜜旭電*應(yīng)力1小相關(guān)的名詞定義：載荷一一不隨時間變化或變化緩慢的載荷。變載荷一一隨時間作周期性或非周期性變化的載荷。名義載荷一一由額定功率用力學公式計算出作用在零件上的載荷。計算載荷一一用于機械零件的設(shè)計計算、校核計算的載荷值；數(shù)值上等于名義載荷乘以載荷系數(shù)。載荷系數(shù)一一用來估計實際載荷隨時間作用的不均勻性和在零件上分布不均勻性及其它影響零件受力情況的系數(shù)。應(yīng)力分類相關(guān)的名詞定義：名應(yīng)力一一不隨時間變化或變化緩慢的應(yīng)力；只能在靜載荷下產(chǎn)生。變應(yīng)力隨時間變化的

3、應(yīng)力；不僅可由變載荷產(chǎn)生，也可由靜載荷產(chǎn)生。變應(yīng)力的參數(shù)：可由5皿;=,/,5中的任意兩個來表示二J十%向.J=%.府22變定變應(yīng)力平均應(yīng)力、應(yīng)力幅和周期不隨時間變化。穩(wěn)定變應(yīng)力分三種，分別是對稱循環(huán)變應(yīng)力r=-1;非對稱循環(huán)變應(yīng)力-1<r<+1,r*0;脈動循環(huán)變應(yīng)力r=0。非穩(wěn)定變應(yīng)力一一平均應(yīng)力、應(yīng)力幅和周期之中至少有一個隨時間變化。非穩(wěn)定變應(yīng)力又可分為規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力和隨機性非穩(wěn)定變應(yīng)力。隨機性非穩(wěn)定變應(yīng)力可以通過“數(shù)理統(tǒng)計”的方法轉(zhuǎn)變成規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力，而規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力又可以通過“疲勞損傷積累假說”的Miner定律轉(zhuǎn)變成“等效的穩(wěn)定變應(yīng)力”。因此，在穩(wěn)定變應(yīng)力狀態(tài)

4、下工作的零件，其疲勞強度的分析、計算成為本課程重點掌握的內(nèi)容（詳見第三章）。6 2.2機械零件強度機械零件強度的兩種表示方式CT =<cr = L .工 應(yīng)或者.二£之以占,=皿2電二2;?E丁W以上不等式稱為“強度條件”。式中：零件危險剖面處的最大應(yīng)力；_i,零件材料的極限應(yīng)力;零件危險剖面處的實際安全系數(shù);許用安全系數(shù)。靜應(yīng)力下的強度靜應(yīng)力下工作的塑性材料零件，失效形式為斷裂和塑性變形。單向靜應(yīng)力下，強度條件為“不產(chǎn)生塑性變形”。復(fù)合靜應(yīng)力下工作的塑性材料零件，根據(jù)第三、第四強度理論來確定強度條件。允許少量變形的零件，根據(jù)允許達到一定塑性變形時的載荷進行強度計算，F(xiàn)<

5、Flim。脆性、低塑性材料制成的零件，極限應(yīng)力為材料的強度極限變應(yīng)力下零件的強度：在變應(yīng)力下工作的零件，失效形式為疲勞斷裂。當r一定，應(yīng)力循環(huán)N次后，材料不發(fā)生疲勞破壞時的最大應(yīng)力，成為“疲勞極限”。影響零件的疲勞強度的因素，除了循環(huán)特征r、循環(huán)次數(shù)N外，還有應(yīng)力集中、零件尺寸、零件表面狀態(tài)。詳見第三章。許用安全系數(shù)在零件的計算過程中引入安全系數(shù)，主要是出于以下幾方面考慮：材料的均勻性；計算的精確性；零件的重要性；工藝水平；運行條件；工作環(huán)境等。在保證安全可靠的前提下，為減輕零件的重量和縮小零件的尺寸，應(yīng)盡可能地選用零件的許用安全系數(shù)可參考課本的第15頁。應(yīng)當指出的是，各行業(yè)可能有專用的許用應(yīng)

6、力和許用安全系數(shù)標準、規(guī)范。機械零件的表面強度包括表面接觸強度：失效為壓碎或塑性變形。高副接觸的零件在接觸處形成彈性變形面，接觸面上的尺寸及接觸應(yīng)力可按Hertz公式計算。參見課本第19頁的表2.3。表面接觸疲勞強度：循環(huán)接觸時，“表面疲勞磨損”，亦稱“點蝕”。表面接觸強度、表面接觸疲勞強度的強度條件均為(TH&(TH提高表面接觸強度的措施主要有：加大零件接觸表面的綜合曲率半徑；變點接觸為線接觸；提高零件表面硬度；降低零件表面粗糙度；適當加大潤滑油的黏度等。表面擠壓強度：由局部配合面來接觸傳遞載荷，接觸面上有擠壓應(yīng)力。表面磨損強度：滑動摩擦(低副接觸運動)零件，失效形式為“過度磨損”。

7、強度條件：低速重載：限制壓強；P<P高速重載：限制摩擦功耗；pv<pv高速輕載：限制運行速度。v<v提高表面磨損強度的措施：選擇合適的摩擦副材料；提高零件表面硬度；降低零件表面粗糙度值；改善潤滑條件（潤滑劑和潤滑方法）；采用表面涂覆工藝；防塵；限溫等。§ 2.4 機械零件的剛度剛度零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。單位“力（力矩）/單位變形”。柔度剛度之倒數(shù)。剛度的影響剛度不足將影響機器的正常工作，或影響加工精度；有時剛度是保證強度的重要條件；對彈性零件滿足柔度要求是前提；剛度影響自振頻率。剛度計算概述剛度計算是利用材料力學公式計算零件的彈性變形量。一般地，滿足剛

8、度要求的零件也同時滿足強度要求。但對于（橫向）尺寸較大的零件則不一定。影響剛度的因素及改進措施材料對剛度的影響：材料的彈性模量E大，則剛度大。選材應(yīng)按工作要求、制造方法、成本等因素綜合考慮。同類金屬材料E值相差不大，單從E來改變剛度效果往往不明顯，例如：以昂貴的高強度合金鋼代替普通碳素鋼對提高剛度幾乎不起作用。剖面形狀，中空剖面比實心剖面慣性矩大，故彎曲剛度，扭轉(zhuǎn)剛度較大。支承方式和支承位置，例如：簡支梁的跨度減小和外伸梁的長度縮短可減小彎曲撓度；采用固定支座比采用較支座更能提高軸的彎曲剛度；采用多支撐能增加梁和軸的剛度。加強肋，可提高板和箱壁的剛度。預(yù)緊裝配對接觸剛度的影響：接觸剛度隨載荷增加而增大（變剛度），故預(yù)緊可以提高接觸剛度（如滾動軸承）。§ 2.5 械零件沖擊強度沖擊載荷：機械零件當F、有突變時，應(yīng)考慮動載荷系數(shù)Kd或K。提高零