機(jī)械設(shè)計(jì)課件 第2章 機(jī)械零件的工作能力與計(jì)算準(zhǔn)則

1、第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力反映了零件的抗失機(jī)械零件的工作能力反映了零件的抗失效能力。計(jì)算準(zhǔn)則是設(shè)計(jì)機(jī)械零件的最基本效能力。計(jì)算準(zhǔn)則是設(shè)計(jì)機(jī)械零件的最基本準(zhǔn)則。設(shè)計(jì)人員的任務(wù)：設(shè)計(jì)出合格的零件，準(zhǔn)則。設(shè)計(jì)人員的任務(wù)：設(shè)計(jì)出合格的零件，使它具有一定的工作能力，抵抗失效。使它具有一定的工作能力，抵抗失效。第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 1.失效：機(jī)械零件喪失工作能力或達(dá)不到設(shè)計(jì)者要求失效：機(jī)械零件喪失工作能力或達(dá)不到設(shè)計(jì)者

2、要求的性能。的性能。 2.2.工作能力：工作能力：零件不發(fā)生失效時(shí)的安全工作限度。零件不發(fā)生失效時(shí)的安全工作限度。3.3.工作能力計(jì)算準(zhǔn)則：為防止失效而制定的判斷條件。工作能力計(jì)算準(zhǔn)則：為防止失效而制定的判斷條件。 不同的失效形式不同的失效形式 不同的工作能力不同的工作能力 不同的計(jì)不同的計(jì)算準(zhǔn)則。算準(zhǔn)則。 總之總之：計(jì)算量計(jì)算量 許用量許用量 第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 2.1 2.1 載荷與應(yīng)力的分類載荷與應(yīng)力的分類1. 1. 載荷的分類載荷的分類 2. 應(yīng)力的分類應(yīng)力的分類 應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力計(jì)算載荷名義應(yīng)力名義載荷載荷應(yīng)力變應(yīng)力變載荷靜應(yīng)力靜載荷

3、載荷圖2.2第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 非穩(wěn)定變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力變應(yīng)力描述變應(yīng)力特性的主要參數(shù)有：應(yīng)力循環(huán)特性。 maxmin,minmaxam第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 2.2 2.2 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度2.2.1 2.2.1 判斷零件強(qiáng)度的方法判斷零件強(qiáng)度的方法（1 1）判斷危險(xiǎn)截面處的最大計(jì)算應(yīng)力是）判斷危險(xiǎn)截面處的最大計(jì)算應(yīng)力是否小于或等于許用應(yīng)力。否小于或等于許用應(yīng)力。 強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件： （2.1） SSlimlim,第第2 2章章 機(jī)械

4、零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 SSSSlimlim（2.2） 強(qiáng)度條件： （2 2）判斷危險(xiǎn)截面處的實(shí)際安全系數(shù)是）判斷危險(xiǎn)截面處的實(shí)際安全系數(shù)是否大于或等于許用安全系數(shù)。否大于或等于許用安全系數(shù)。第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 脆性材料和低塑性材料的零件脆性材料和低塑性材料的零件塑性材料零件塑性材料零件slimBlim2.2.2 2.2.2 靜應(yīng)力強(qiáng)度靜應(yīng)力強(qiáng)度 在靜應(yīng)力下工作的零件，其主要失效形式是在靜應(yīng)力下工作的零件，其主要失效形式是塑性變塑性變形或斷裂。形或斷裂。強(qiáng)度條件公式為（強(qiáng)度條件公式為（2.12.1）或）或 （2

5、.22.2） 2.2.復(fù)合應(yīng)力復(fù)合應(yīng)力時(shí)的時(shí)的塑性材料塑性材料零件零件1.1.單向應(yīng)力單向應(yīng)力時(shí)的時(shí)的塑性材料塑性材料零件零件第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 根據(jù)第三或第四強(qiáng)度理論來確定其強(qiáng)度條件。根據(jù)第三或第四強(qiáng)度理論來確定其強(qiáng)度條件。強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件： (2.3) 222234TbTb復(fù)合安全系數(shù)：復(fù)合安全系數(shù)： SSSSSSSSTssbs22222或 (2.4)第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 3.3.允許少量塑性變形的零件允許少量塑性變形的零件 可根據(jù)允許達(dá)到一定塑性變形時(shí)的載荷進(jìn)可根據(jù)允許達(dá)到一定塑性

6、變形時(shí)的載荷進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。行強(qiáng)度計(jì)算。 4.4.脆性材料和低塑性材料的零件脆性材料和低塑性材料的零件 公式（公式（2.12.1）和（）和（2.22.2）中的極限應(yīng)力為）中的極限應(yīng)力為材料的強(qiáng)材料的強(qiáng)度極限度極限。對(duì)組織不均勻的材料，在計(jì)算時(shí)不考慮應(yīng)。對(duì)組織不均勻的材料，在計(jì)算時(shí)不考慮應(yīng)力集中。組織均勻的低塑性材料應(yīng)考慮應(yīng)力集中。力集中。組織均勻的低塑性材料應(yīng)考慮應(yīng)力集中。第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 2.2.3 變應(yīng)力強(qiáng)度變應(yīng)力強(qiáng)度(ch3) 在變應(yīng)力下工作的零件，其主要失效形式在變應(yīng)力下工作的零件，其主要失效形式是是疲勞斷裂疲勞斷裂。應(yīng)用（應(yīng)用（2

7、.12.1）-(2.4)-(2.4)計(jì)算疲勞計(jì)算疲勞強(qiáng)度時(shí)，其強(qiáng)度時(shí)，其極限應(yīng)力為疲勞極限。極限應(yīng)力為疲勞極限。rlim第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 安全系數(shù)的選擇原則：安全系數(shù)的選擇原則： 在保證安全、可靠的前提下，盡可能選用較小的在保證安全、可靠的前提下，盡可能選用較小的許用安全系數(shù)許用安全系數(shù)。 安全系數(shù)過小，機(jī)器可能不夠安全；安全系數(shù)過大，安全系數(shù)過小，機(jī)器可能不夠安全；安全系數(shù)過大，在材料、加工、運(yùn)輸?shù)确矫娌环辖?jīng)濟(jì)原則，且機(jī)器在材料、加工、運(yùn)輸?shù)确矫娌环辖?jīng)濟(jì)原則，且機(jī)器笨重。笨重。 不同的機(jī)器制造部門，常有自己制定的許用應(yīng)力和不同的機(jī)器

8、制造部門，常有自己制定的許用應(yīng)力和許用安全系數(shù)的專用規(guī)范。沒有規(guī)范的可遵循一定原許用安全系數(shù)的專用規(guī)范。沒有規(guī)范的可遵循一定原則選用許用安全系數(shù)：自學(xué)內(nèi)容則選用許用安全系數(shù)：自學(xué)內(nèi)容P15 P15 。2.2.4 2.2.4 許用安全系數(shù)許用安全系數(shù)第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 2.3 2.3 機(jī)械零件的表面強(qiáng)度機(jī)械零件的表面強(qiáng)度整體強(qiáng)度整體強(qiáng)度表面強(qiáng)度表面強(qiáng)度靜強(qiáng)度靜強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度靜應(yīng)力下的強(qiáng)度靜應(yīng)力下的強(qiáng)度變應(yīng)力下的強(qiáng)度變應(yīng)力下的強(qiáng)度表面磨損強(qiáng)度表面磨損強(qiáng)度表面擠壓強(qiáng)度表面擠壓強(qiáng)度表面接觸強(qiáng)度表面接觸強(qiáng)度表面接觸應(yīng)力下的強(qiáng)度表面接觸應(yīng)力下的強(qiáng)

9、度在滑動(dòng)摩擦下工作的零件在滑動(dòng)摩擦下工作的零件擠壓應(yīng)力下的強(qiáng)度擠壓應(yīng)力下的強(qiáng)度第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 應(yīng)力的分布規(guī)律：應(yīng)力的分布規(guī)律：表 面 接 觸 應(yīng) 力 分 布 12212121max111EEbFH2.3.1 2.3.1 表面接觸強(qiáng)度表面接觸強(qiáng)度表面接觸應(yīng)力：表面接觸應(yīng)力： 局部小面積上產(chǎn)生的接觸應(yīng)力局部小面積上產(chǎn)生的接觸應(yīng)力第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 表面疲勞磨損表面疲勞磨損疲勞點(diǎn)蝕，簡稱點(diǎn)蝕。疲勞點(diǎn)蝕，簡稱點(diǎn)蝕。 主要失效形式：主要失效形式：1 1）靜應(yīng)力下：）靜應(yīng)力下：脆性材料脆性材料表

10、面壓潰；表面壓潰；塑性材料塑性材料表面塑性變形表面塑性變形2 2）變應(yīng)力下：）變應(yīng)力下： 后果：后果：2.3.1 2.3.1 表面接觸強(qiáng)度表面接觸強(qiáng)度承載能力降低，振動(dòng)、噪音增大承載能力降低，振動(dòng)、噪音增大。第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 點(diǎn)蝕的形成和潤滑油的關(guān)系：點(diǎn)蝕的形成和潤滑油的關(guān)系：不發(fā)生失效的強(qiáng)度條件：不發(fā)生失效的強(qiáng)度條件： HHmax2.3.22.3.2提高表面接觸強(qiáng)度的主要措施提高表面接觸強(qiáng)度的主要措施增大接觸表面的綜合曲率半徑。增大接觸表面的綜合曲率半徑。將外接觸改為內(nèi)接觸。將外接觸改為內(nèi)接觸。將點(diǎn)接觸改為線接觸。將點(diǎn)接觸改為線接觸。采

11、用粘度較高的潤滑油。采用粘度較高的潤滑油。提高接觸表面的加工質(zhì)量。提高接觸表面的加工質(zhì)量。提高零件表面硬度。提高零件表面硬度。降低計(jì)降低計(jì)算應(yīng)力算應(yīng)力提高許用應(yīng)力提高許用應(yīng)力油的粘度越低，點(diǎn)蝕發(fā)展越快；無油則引起磨粒磨損。第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 例2.2 求圖2.10所示三種圓柱體接觸的最大接觸應(yīng)力之比，其他工作條件均相同，尺寸已知。解： 212121maxmaxmax1111111111:1:1:cbacbacHbHaH483. 0:783. 0:1:maxmaxmaxcHbHaH圖2.10第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件

12、的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 擠壓應(yīng)力：擠壓應(yīng)力：通過局部配合面間的接觸來傳遞載荷的零件，在接觸面上的壓應(yīng)力叫擠壓應(yīng)力。2.3.32.3.3表面擠壓強(qiáng)度表面擠壓強(qiáng)度主要失效形式：主要失效形式：脆性材料表面塑性變形；表面破碎。塑性材料擠壓強(qiáng)度條件：擠壓強(qiáng)度條件：pp第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 2.3.4 2.3.4 表面磨損強(qiáng)度表面磨損強(qiáng)度 在滑動(dòng)摩擦下工作的零件，常因過度磨損而失在滑動(dòng)摩擦下工作的零件，常因過度磨損而失效。影響磨損的因素很多，而且比較復(fù)雜，通常采效。影響磨損的因素很多，而且比較復(fù)雜，通常采用條件性計(jì)算用條件性計(jì)算。 1 1）滑動(dòng)速度低、載荷

13、大時(shí)，可只限制工作表面的）滑動(dòng)速度低、載荷大時(shí)，可只限制工作表面的壓強(qiáng)，即壓強(qiáng)，即 pp 2 2）滑動(dòng)速度較高時(shí)，還要限制摩擦功耗，以免工作）滑動(dòng)速度較高時(shí)，還要限制摩擦功耗，以免工作溫度過高而使?jié)櫥?。溫度過高而使?jié)櫥А?pvpv 第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 2.42.4機(jī)械零件的剛度機(jī)械零件的剛度2.5 2.5 機(jī)械零件的沖擊強(qiáng)度機(jī)械零件的沖擊強(qiáng)度2.6 2.6 溫度對(duì)機(jī)械零件工作能力的影響溫度對(duì)機(jī)械零件工作能力的影響2.7 2.7 機(jī)械零件的振動(dòng)穩(wěn)定性機(jī)械零件的振動(dòng)穩(wěn)定性2.82.8機(jī)械零件的可靠性機(jī)械零件的可靠性 3 3）高速時(shí)還要限制滑動(dòng)速度，以免由于速度過高）高速時(shí)還要限制滑動(dòng)速度，以免由于速度過高而加速磨損，降低零件工作壽命，即而加速磨損，降低零件工作壽命，即 vv 第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則 重點(diǎn)：重點(diǎn)：難點(diǎn)：難點(diǎn)：載荷與應(yīng)力的分類；機(jī)械零件的強(qiáng)度。載荷與應(yīng)力的分類；機(jī)械零件的強(qiáng)度。機(jī)械零件的表面強(qiáng)度。機(jī)械零件的表面強(qiáng)度。第第2 2章章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能