機(jī)械零件的強(qiáng)度與計(jì)算準(zhǔn)則綜述

第2章機(jī)械零件的強(qiáng)度和計(jì)算準(zhǔn)則2.1機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力2.2機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則2.3提高強(qiáng)度的一般方法2.4機(jī)械零件的三種表面強(qiáng)度2.5機(jī)械零件的剛度及改進(jìn)措施2.6機(jī)械零件的穩(wěn)定性和沖擊強(qiáng)度2.1機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力2.1.1機(jī)械零件的載荷----靜載荷和變載荷(1)靜載荷----不隨時(shí)間變化或變化很小(2)變載荷----隨時(shí)間作周期性或非周期性變化設(shè)計(jì)計(jì)算中涉及----名義載荷F計(jì)算載荷Fc=kF載荷系數(shù)K

----主要由動(dòng)力機(jī)和工作機(jī)的工作性能決定變應(yīng)力靜應(yīng)力：r=1σt脈動(dòng)循環(huán)：r=0σt0對(duì)稱循環(huán)：r=-1σt0非對(duì)稱循環(huán)tσ02.1.2機(jī)械零件的應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的基本參數(shù)和種類a)基本參數(shù)應(yīng)力循環(huán)特性最大應(yīng)力最小應(yīng)力平均應(yīng)力應(yīng)力幅變應(yīng)力通?？捎?個(gè)參數(shù)中任兩個(gè)來描述:變應(yīng)力進(jìn)行有關(guān)參數(shù)計(jì)算時(shí)應(yīng)該注意幾點(diǎn)問題：（1）橫坐標(biāo)以上為拉伸應(yīng)力，數(shù)值為正，橫坐標(biāo)以下為壓縮應(yīng)力，數(shù)值為負(fù)。對(duì)于剪切應(yīng)力，則可以自行規(guī)定一個(gè)方向?yàn)檎?，另一個(gè)方向?yàn)樨?fù)值。（2）根據(jù)絕對(duì)值大小判斷σmax和σmin，絕對(duì)值大者為σmax，小者為σmin。（3）循環(huán)特性的變化范圍為。靜應(yīng)力只能由靜載荷產(chǎn)生，變應(yīng)力可能由變載荷或靜載荷產(chǎn)生。aσ0tt0σa在變應(yīng)力下，零件的主要失效形式為：疲勞破壞4.名義應(yīng)力----由名義載荷求出的應(yīng)力5.計(jì)算應(yīng)力----由計(jì)算載荷求出的應(yīng)力2.2機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的失效方式失效----零件喪失工作能力或達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的性能。常見失效形式整體斷裂；變形過大；零件表面破壞、不能滿足工作條件包括：打滑；聯(lián)接松動(dòng)、泄露等。失效具有多樣性,同一種零件會(huì)有多種失效形式，但最常發(fā)生的失效形式主要是由于強(qiáng)度、剛度、耐磨性、耐溫度性、振動(dòng)穩(wěn)定性、可靠性等方面的問題。零件工作—→承受載荷—→載荷欲使零件失效零件據(jù)自身結(jié)構(gòu)、材料反抗失效—→反抗失效＞失效—→解決辦法：合理設(shè)計(jì)遵循設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2.2.1強(qiáng)度準(zhǔn)則

強(qiáng)度：零件抵抗斷裂、塑變、疲勞破壞的能力1.判斷危險(xiǎn)截面的最大應(yīng)力(,)是否小于或等于許用應(yīng)力([],[])2.判斷危險(xiǎn)截面的實(shí)際安全系數(shù)是否大于或等

于許用安全系數(shù)采用何種方法計(jì)算，通常由可資利用的數(shù)據(jù)和計(jì)算慣例來訣定。S——安全系數(shù)，S＞1—→S↑：安全，浪費(fèi)材料S↓：經(jīng)濟(jì)，不安全安全系數(shù)意義考慮實(shí)際情況及必要強(qiáng)度儲(chǔ)備安全系數(shù)的決定因素（1）載荷和應(yīng)力的性質(zhì)和計(jì)算的準(zhǔn)確程度；（2）運(yùn)行條件的平穩(wěn)程度（是否有沖擊載荷）；（3）材料的性質(zhì)和材質(zhì)的均勻程度；（4）零件的重要程度；（5）工藝和探傷水平；（6）環(huán)境是否具有腐蝕性。安全系數(shù)的選擇原則：在保證安全、可靠的前提下，盡可能選用較小的安全系數(shù)。剛度----零件在載荷作用下抵抗變形的能力(力,力矩/彈性變形量)柔度----在外力作用下產(chǎn)生變形的能力(彈性變形量/力,力矩)2.2.2剛度準(zhǔn)則剛度指標(biāo):伸長(zhǎng),壓縮,撓度,扭角,轉(zhuǎn)角計(jì)算準(zhǔn)則:彈性變形量不大于許用值實(shí)際的彈性變形量可以根據(jù)不同的零件，依據(jù)不同的理論或?qū)嶒?yàn)方法進(jìn)行確定，而相應(yīng)的許用值則需要根據(jù)不同的場(chǎng)合，根據(jù)理論和經(jīng)驗(yàn)確定合理的數(shù)值。機(jī)床主軸等彈性變形過大將影響加工精度。2.2.3壽命準(zhǔn)則壽命是機(jī)械零件能正常工作延續(xù)的時(shí)間

決定零件壽命的主要的因素----腐蝕、疲勞和磨損；磨損問題和腐蝕----研究目前還很不完善，還無法建立一個(gè)能夠?yàn)閺V泛接受的計(jì)算準(zhǔn)則；疲勞問題----目前發(fā)展比較成熟，具體的疲勞壽命計(jì)算方法，后續(xù)章節(jié)中有詳細(xì)的介紹。1.可靠性----產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無故障完成規(guī)定功能的能力2.可靠度----產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)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)工作的零件Nf－失效的零件3.累積失效概率----產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)失效的概率(Ft或P)Ft=Nf/N=1-Rt,Ft+Rt=12.2.4可靠性準(zhǔn)則1.可靠性----僻產(chǎn)品在規(guī)羞定的條件議下和規(guī)定直的時(shí)間內(nèi)律無故障完戶成規(guī)定功蜂能的能力2.可靠度----掠產(chǎn)品在規(guī)棉定的條件愁下和規(guī)定涼的時(shí)間內(nèi)拖完成規(guī)定挨功能的概僻率(Rt色)Rt=N顫t/N=震(N-N埋f)/N紛=1-N仙f/NN－總的零件Nt－覺繼續(xù)工螺作的零星件Nf－失玩效的零件3.累積失符效概率----硬產(chǎn)品在規(guī)敞定的條件阿下和規(guī)定維的時(shí)間內(nèi)既失效的概闖率(Ft脆或P)Ft=斥Nf/萌N=1觀-Rt尸,神Ft+隔Rt=育12.2描.4劫可靠性杏準(zhǔn)則隨試驗(yàn)緣瑞時(shí)間不把斷延長(zhǎng)闖，則Nf將不斷增宏加，可靠魄度逐漸減月少，這說臺(tái)明零件的罵可靠度是仍隨時(shí)間發(fā)漲生改變的鄭，是時(shí)間選的函數(shù)。對(duì)Ft進(jìn)行微吉分得：失效分布盞密度f(葵t)=d鄭Ft/d工t=dN章f/Nd辮t與時(shí)間的炊關(guān)系曲線蛛稱為失效殼分布曲線雁,常見的大分布曲線雷有正態(tài)分綁布,可根儉據(jù)分布函胃數(shù)求出可跟靠度?？煽啃悦杂?jì)算準(zhǔn)凳則,就帶是要保欠證零件翼在工作場(chǎng)過程中架能夠滿蹤蝶足規(guī)定欠的可靠腫性要求。2.3重提高強(qiáng)度星的一般方繳法2.3.柔2提高鉛機(jī)械零件朋強(qiáng)度的一教般措施1）合蓮理布置晴零件,釘減少所朝受最大五載荷圖2.昂6改靈進(jìn)零件君布置提鵲高彎曲妹強(qiáng)度2）采鍵用等強(qiáng)該度結(jié)構(gòu)圖2.7且階梯軸卡的等強(qiáng)度催原理3）減概少應(yīng)力標(biāo)集中圖2.膚8齒芬面載荷讀的均布盡措施4）選用完合理截面比如梁的鄭截面采用撈工字型、傳T字型；抗軸的截面仗采用圓形駕、空心圓學(xué)形等。5）對(duì)零寫件表面進(jìn)棕行強(qiáng)化處三理比如，為睡提高零件游表面疲勞拐強(qiáng)度，常左采用的表區(qū)面強(qiáng)化工傲藝有：噴丙丸處理及墊碾壓處理它、滲碳、及碳氮共滲趨、滲氮、米表面淬火濾。表面強(qiáng)吹度分為幣三種:1）表面蔥擠壓強(qiáng)度2）表面藏接觸強(qiáng)度3）表堵面磨損勇強(qiáng)度2.4硬機(jī)械零件段的表面強(qiáng)瘡度1）表面詞擠壓強(qiáng)度表面擠霞?jí)簭?qiáng)度鍛：零件伯表面抵委抗表面贏擠壓破引壞的能夠力1.擠壓賤應(yīng)力：在建接觸面上童的壓應(yīng)力2.擠脈壓失效套形式-錯(cuò)---螞壓碎和仆塑性變漫形3.擠擊壓應(yīng)力尋的分布4.條件場(chǎng)性簡(jiǎn)化計(jì)打算擠壓應(yīng)導(dǎo)力5.計(jì)喜算公式2）表面仔接觸強(qiáng)度指高副運(yùn)接觸的朝表面抵讓抗接觸炮破壞的罩能力（筑線接觸謠和點(diǎn)接襯觸）靜載荷穿作用時(shí)另的失效堆形式:---門-脆性寺材料的望表面壓掙碎和塑眨性材料時(shí)的表面止塑性變形變載荷作梅用下的失效形切式:---滅-失效手為疲勞母破壞(錘表面疲滔勞磨損刑或點(diǎn)蝕權(quán))對(duì)于圓石柱接觸情的情形氏，接觸糧應(yīng)力為：E為兩接映觸材料的五彈性模量前，為泊松比做，為綜合五曲率半貞徑（正號(hào)玻表示外千接觸，攝負(fù)號(hào)表蹈示內(nèi)接裙觸）點(diǎn)接觸嫌的情形碎一般可嬸以歸結(jié)宰為兩個(gè)雕球體的嗽接觸，接觸應(yīng)栽力為：----軟兩圓柱體得接觸，接吃觸面為矩達(dá)形，最大接觸未應(yīng)力σHmax∝F1/2，兩球體接辟觸，接觸蹄面為圓形匪，最大野接觸應(yīng)力軌σHma匪x∝F1/3----最大接觸稈應(yīng)力以兩商圓柱體外認(rèn)接觸最高堤，圓柱體昨-平面接羅觸次之，散內(nèi)、外圓物柱體接觸區(qū)最低計(jì)算準(zhǔn)則σHmax---紗-最大竹接觸應(yīng)筐力[σH]max---岡-最大泊許用接些觸應(yīng)力最大接觸應(yīng)臘力σHma趁x根據(jù)赫茲革接觸應(yīng)力溝公式進(jìn)行信計(jì)算。3）輕表面磨醒損強(qiáng)度條件性計(jì)姨算1、滑秀動(dòng)速度矮低、載橫荷大時(shí)椅限制表艱面壓強(qiáng)p[p思]2、滑動(dòng)速度柿較高時(shí)防刻止?jié)櫥v[瀉pv]3、高甘速時(shí)防稅止速度扮過高加喂速磨損v[津v]p---倆-工作給表面的械壓強(qiáng)v---減-滑動(dòng)速度提高剛度真的方法：1）材撈料對(duì)剛略度的影笛響彈性模量雙大則剛性版就大,金舅屬大于非鹽金屬,同糖類金屬的妄彈性模量閑相差不大早,以高強(qiáng)慢度合金鋼寄代替普通陵碳鋼來提鄭高剛度的厲方法不可聽取2.5凡機(jī)械議零件的復(fù)剛度和渣改進(jìn)措們施2）結(jié)奸構(gòu)對(duì)剛典度的提部高支承方式界和位置懸臂支渾承、球屑軸承簡(jiǎn)欄支承和鐮滾子軸享承支承濱結(jié)構(gòu)，事它們的采最大彎遮矩之比分為Ma：Mb：Mc為4：臨2：1奮，最大泉變形撓孔度之比ya：yb：yc為16：腰4：1，3）通過預(yù)緊者裝配實(shí)現(xiàn)鼻剛度的提彎高2.6財(cái)機(jī)械零件維的振動(dòng)穩(wěn)定蝕性沖擊強(qiáng)度2.6舅.1網(wǎng)零件的伙振動(dòng)和言振動(dòng)穩(wěn)咱定性振動(dòng)----尺零件周撿期性的彈籌性變形現(xiàn)矛象失穩(wěn)----蘇零件或機(jī)暖器的自振復(fù)頻率和周迎期性外力騙的變化頻加率相等或恨相接近時(shí)銅，發(fā)生共允振，振幅搶將急劇增朋大，此種就現(xiàn)象稱為刺失穩(wěn)。振動(dòng)穩(wěn)定僵性計(jì)算準(zhǔn)注則----恐使零件的扶固有頻率普f與外力錫作用頻率白fp既不相等量也不接近凈0.8篇5f>fp1.1隆5f<窗fp一般采等取的措祥施有：（1）盡肆量采用對(duì)吃稱結(jié)構(gòu)（肺如花鍵聯(lián)罩接）、減勁少懸臂長(zhǎng)巖度、縮短階中心距等學(xué)；（2）對(duì)將轉(zhuǎn)動(dòng)零件快進(jìn)行平衡數(shù)，盡量滿甲足動(dòng)、靜友平衡條件摸；（3）采活用阻尼作擾用消耗引懲起振動(dòng)的殊能量，比弟如設(shè)置滑馬動(dòng)軸承的殊油膜阻尼栽器、液壓寒缸端部的禁阻尼孔等數(shù)；（4）而設(shè)置隔豪振零件奔，比如氣加裝彈燃簧、橡立膠墊、款隔振層亂等都具槐有減振伙作用。2.6.廈2機(jī)械優(yōu)零件的沖塔擊強(qiáng)度1.沖擊抬強(qiáng)度和沖蘇擊變形的魂計(jì)算由沖擊億能轉(zhuǎn)變嚴(yán)為變形駝能：F'=KIFσ'＝晉KIσy'=位KIy－為沖斗擊系數(shù)y為靜載銀荷F作用下辦的物體留B彈性擊變形量沖擊系數(shù)銳的確定方凈法為：輕笛度沖擊1徑～1.1澡，中度沖吉擊1.萍25～鄰1.4訊，重度沖躺擊1.鮮6～2請(qǐng)，極大沖擊乒2～3。習(xí)題1-4禁1-5儲(chǔ)1-蛛6蹤蝶1-9具1-1英41熱-16衫1-垃37復(fù)習(xí)思考描題1、何打謂零件啞的失效枝？常見球形式有蛛哪些？纖2、嘴載荷、抗應(yīng)力各績(jī)?nèi)绾畏挚祛悾炕疟咀儜?yīng)耗力有哪守幾種？哨用哪些考參數(shù)描礦述變應(yīng)嗽力？志3、如以何判斷記零件受慨力類型住？

4朋、兩種勾判斷零覺件強(qiáng)度禮的方式碑是什么吉？

5頌、安全妹系數(shù)如姓何選擇鑒？其大予小會(huì)產(chǎn)叔生什么缸影響？浮6、其提高零鍬件強(qiáng)度劃有哪些雜措施？7、表面培強(qiáng)度有哪栽幾種？如兇