第一章第5節(jié)_機械零件的強度材料與結構工藝性

1、第第 5 節(jié)節(jié) 機械的強度、材料與結構工藝性機械的強度、材料與結構工藝性（1）失效：失效：機械零件喪失工作能力或達不到要求的性機械零件喪失工作能力或達不到要求的性 能時。能時。 機械零件的失效形式機械零件的失效形式 強度不足而斷裂強度不足而斷裂 過大的彈性變形或塑性變形過大的彈性變形或塑性變形 摩擦表面的磨損、打滑或過熱摩擦表面的磨損、打滑或過熱 連接松動連接松動 壓力容器、管道等的泄漏壓力容器、管道等的泄漏 總總 論論（2）工作能力：工作能力：零件不發(fā)生失效時的安全工作限度稱。零件不發(fā)生失效時的安全工作限度稱。 （3）承載能力：承載能力：對載荷而言的工作能力。對載荷而言的工作能力。強度：強度

2、：反映機械零件承受載荷時抵抗破壞能力的重要指標。反映機械零件承受載荷時抵抗破壞能力的重要指標。 第第 5 節(jié)節(jié) 機械的強度、材料與結構工藝性機械的強度、材料與結構工藝性注意注意 總總 論論一、機械零件的強度一、機械零件的強度分析強度問題分析強度問題考慮考慮載荷載荷引起破壞的外部因素引起破壞的外部因素材料、形狀、尺寸材料、形狀、尺寸抵抗破壞的抵抗破壞的內(nèi)部因素內(nèi)部因素 總總 論論強度強度靜強度靜強度疲勞強度疲勞強度工作條件工作條件破壞部位和破壞形式破壞部位和破壞形式體積強度體積強度表面強度表面強度 總總 論論1. 載荷載荷分類分類靜載荷靜載荷載荷大小或方向不隨時間載荷大小或方向不隨時間變化或變化

3、緩慢變化或變化緩慢動載荷動載荷載荷大小或方向隨時間變化載荷大小或方向隨時間變化名義載荷：名義載荷：根據(jù)動力機的額定功率根據(jù)動力機的額定功率P（kW）和額定轉）和額定轉速速n（rmin）計算出的載荷）計算出的載荷 。 總總 論論名義轉矩名義轉矩inPT610549. 9（1-5-1）式中：式中：T轉矩，轉矩，Nmm；i從動力機到所計算零件之間的總傳動比從動力機到所計算零件之間的總傳動比；從動力機到所計算零件之間傳動的總效率。從動力機到所計算零件之間傳動的總效率。 總總 論論計算載荷：計算載荷：載荷系數(shù)載荷系數(shù)K與名義載荷的乘積，以與名義載荷的乘積，以TC、FC等表示。等表示。計算轉矩計算轉矩TC

4、 = KT（1-5-2） 式中：式中：K載荷系數(shù)，一般取載荷系數(shù)，一般取K 1。 總總 論論2. 應力應力靜應力靜應力大小或方向不隨時間變化或變化緩慢的應力大小或方向不隨時間變化或變化緩慢的應力變應力變應力大小或方向隨時間變化的應力，具有周期大小或方向隨時間變化的應力，具有周期性的變應力稱為循環(huán)應力。性的變應力稱為循環(huán)應力。循環(huán)應力循環(huán)應力脈動循環(huán)應力脈動循環(huán)應力對稱循環(huán)應力對稱循環(huán)應力非對稱循環(huán)應力非對稱循環(huán)應力 總總 論論零件受載后產(chǎn)生應力零件受載后產(chǎn)生應力。 圖圖1-5-1 應力的類型應力的類型 總總 論論靜應力只能在靜載荷作用下產(chǎn)生；變應力可能由變載荷靜應力只能在靜載荷作用下產(chǎn)生；變應

5、力可能由變載荷產(chǎn)生，也可能由靜載荷產(chǎn)生。產(chǎn)生，也可能由靜載荷產(chǎn)生。注意注意maxmin2minmaxm2minmaxamaxminr任意任意2個參數(shù)確定變應個參數(shù)確定變應力的大小和變化性質(zhì)力的大小和變化性質(zhì) 總總 論論最大應力最大應力最小應力最小應力平均應力平均應力應力幅應力幅循環(huán)特征循環(huán)特征3. 機械零件的體積強度機械零件的體積強度體積強度：體積強度：在載荷作用下，如果應力是在零件較大的體在載荷作用下，如果應力是在零件較大的體積內(nèi)產(chǎn)生，在這種應力狀態(tài)下的零件強度。體積強度通積內(nèi)產(chǎn)生，在這種應力狀態(tài)下的零件強度。體積強度通常簡稱為強度。常簡稱為強度。 (1) 靜應力下零件的強度靜應力下零件的強

6、度 強度條件強度條件或或 總總 論論SSSSSbSb或或或或（塑性材料）（塑性材料）（脆性材料）（脆性材料）（1-5-3）（1-5-4）式中：式中：或或許用應力，許用應力，MPa； 或或零件的最大工作應力，零件的最大工作應力，MPa； 或或材料的屈服點，材料的屈服點，MPa; 或或材料的抗拉強度極限，材料的抗拉強度極限，MPa；S安全系數(shù)。安全系數(shù)。 總總 論論2. 變應力下零件的強度變應力下零件的強度在變應力作用下的零件，其失效形式是疲勞斷裂，因此零在變應力作用下的零件，其失效形式是疲勞斷裂，因此零件的強度條件為：件的強度條件為：rr或或（1-5-5）式中：式中： 或或零件的最大工作應力，零

7、件的最大工作應力，MPa； 或或零件在循環(huán)特性下的許用應力，零件在循環(huán)特性下的許用應力，MPa。4. 機械零件的表面強度機械零件的表面強度表面強度：表面強度：在載荷作用下，如果應力是在零件較淺的表層內(nèi)在載荷作用下，如果應力是在零件較淺的表層內(nèi)產(chǎn)生，則在這種應力狀態(tài)下的零件強度。產(chǎn)生，則在這種應力狀態(tài)下的零件強度。（1）表面接觸強度）表面接觸強度零件的接觸強度條件為零件的接觸強度條件為 HHHHSlim（1-5-6）式中：式中：H零件的最大接觸應力，零件的最大接觸應力，MPa； H零件的許用接觸應力，零件的許用接觸應力，MPa； Hlim零件材料的接觸疲勞極限，零件材料的接觸疲勞極限，MPa；

8、S接觸強度安全系數(shù)。接觸強度安全系數(shù)。 總總 論論（2） 表面擠壓強度表面擠壓強度 以面接觸而無相對運動的零件，在載荷作用下，接以面接觸而無相對運動的零件，在載荷作用下，接觸表面將產(chǎn)生觸表面將產(chǎn)生擠壓應力擠壓應力。零件的擠壓強度條件為零件的擠壓強度條件為pP（1-5-7）式中：式中：P零件的最大擠壓應力，零件的最大擠壓應力，MPa；P許用擠壓應力，許用擠壓應力，MPa。 總總 論論（3） 表面磨損強度表面磨損強度 以面接觸而作相對運動的零件，在載荷作用下，接以面接觸而作相對運動的零件，在載荷作用下，接觸表面因有摩擦而產(chǎn)生磨損。觸表面因有摩擦而產(chǎn)生磨損。零件的磨損強度條件為零件的磨損強度條件為滑

9、動速度低、載荷大時：滑動速度低、載荷大時：滑動速度較高時：滑動速度較高時：高速時：高速時：pp pvpv vv （1-5-8）（1-5-9）（1-5-10） 總總 論論式中：式中：p零件接觸面的壓強，零件接觸面的壓強，MPa；p許用壓強，許用壓強，MPa； v零件相對滑動速度，；零件相對滑動速度，；pv許用許用pv值，值，MPa；v許用速度，許用速度，s 總總 論論二、機械零件常用材料及其選擇二、機械零件常用材料及其選擇常用材料常用材料復合材料：纖維增強塑料、金屬陶瓷等復合材料：纖維增強塑料、金屬陶瓷等有色金屬：銅、鋁及其合金有色金屬：銅、鋁及其合金金屬材料：金屬材料：非金屬材料：工程塑料、橡

10、膠、玻璃、皮革等非金屬材料：工程塑料、橡膠、玻璃、皮革等黑色金屬：鋼、鑄鐵黑色金屬：鋼、鑄鐵 總總 論論1. 鋼：含碳量低于鋼：含碳量低于2%的鐵碳合金。的鐵碳合金。碳素鋼：含碳量碳素鋼：含碳量 1%合金鋼：碳鋼中加入合金元素合金鋼：碳鋼中加入合金元素低碳鋼：含碳量低碳鋼：含碳量 0.5%特點：特點：強度較高，塑性較好，制造機件時可以軋制、鍛強度較高，塑性較好，制造機件時可以軋制、鍛造、沖壓、焊接和鑄造，并且可以用熱處理方法獲得高造、沖壓、焊接和鑄造，并且可以用熱處理方法獲得高的機械性能或改善切削性能。的機械性能或改善切削性能。地位：地位：機械制造中應用最廣和極為重要的材料。機械制造中應用最廣

11、和極為重要的材料。 總總 論論2. 鑄鐵：含碳量大于鑄鐵：含碳量大于2%的鐵碳合金。的鐵碳合金。 3. 有色金屬：有色金屬： 在工業(yè)上，把鐵以外的金屬統(tǒng)稱為有色金屬，以有色金屬在工業(yè)上，把鐵以外的金屬統(tǒng)稱為有色金屬，以有色金屬為主要元素組成的合金稱為有色金屬合金。為主要元素組成的合金稱為有色金屬合金。 如：銅合金和鋁合金等。如：銅合金和鋁合金等。 鑄鐵屬脆性材料，不能輾壓和鍛造，不易焊接；但其熔鑄鐵屬脆性材料，不能輾壓和鍛造，不易焊接；但其熔點較低，流動性好，因此可以鑄造出形狀復雜的鑄件。點較低，流動性好，因此可以鑄造出形狀復雜的鑄件。 4. 非金屬材料：非金屬材料： 工程塑料、橡膠、玻璃、陶

12、瓷、皮革等。工程塑料、橡膠、玻璃、陶瓷、皮革等。 總總 論論2. 材料的選用原則材料的選用原則使用要求使用要求 零件的工作和受載情況，對零件尺寸零件的工作和受載情況，對零件尺寸 工藝要求工藝要求 鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、經(jīng)濟性經(jīng)濟性 材料的相對價格，生產(chǎn)批量、供應條件材料的相對價格，生產(chǎn)批量、供應條件 等。等。和質(zhì)量的限制，零件的重要程度。和質(zhì)量的限制，零件的重要程度。切削加工性能、熱處理性能等。切削加工性能、熱處理性能等。 總總 論論三、機械零件的結構工藝性三、機械零件的結構工藝性 機械零件不僅要滿足強度、剛度、穩(wěn)定性等方面的機械零件不僅要滿足強度、剛度、穩(wěn)定性等方面的條件，還要加工方便、節(jié)