第2章機(jī)械設(shè)計(jì)的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則

第2章機(jī)械零件的強(qiáng)度和計(jì)算準(zhǔn)那么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)那么2.3提高強(qiáng)度的普通方法2.4機(jī)械零件的三種外表強(qiáng)度2.5機(jī)械零件的剛度及改良措施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)和任務(wù)機(jī)的任務(wù)性能決議變應(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)力的根本參數(shù)和種類a)根本參數(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(lái)描畫:變應(yīng)力進(jìn)展有關(guān)參數(shù)計(jì)算時(shí)應(yīng)該留意幾點(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)以下為緊縮應(yīng)力，數(shù)值為負(fù)。對(duì)于剪切應(yīng)力，那么可以自行規(guī)定一個(gè)方向?yàn)檎?，另一個(gè)方向?yàn)樨?fù)值?！?〕根據(jù)絕對(duì)值大小判別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)力能夠由變載荷或靜載荷產(chǎn)生。aσ0tt0σa在變應(yīng)力下，零件的主要失效方式為：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)那么機(jī)械零件的失效方式失效----零件喪失任務(wù)才干或達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的性能。常見失效方式整體斷裂；變形過(guò)大；零件外表破壞、不能滿足任務(wù)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)有多種失效方式，但最常發(fā)生的失效方式主要是由于強(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。零件任務(wù)—→接受載荷—→載荷欲使零件失效零件據(jù)本身構(gòu)造、資料對(duì)抗失效—→對(duì)抗失效＞失效—→處理方法：合理設(shè)計(jì)遵照設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么2.2.1強(qiáng)度準(zhǔn)那么

強(qiáng)度：零件抵抗斷裂、塑變、疲勞破壞的才干1.判別危險(xiǎn)截面的最大應(yīng)力(,)能否小于或等于許用應(yīng)力([],[])2.判別危險(xiǎn)截面的實(shí)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(jì)算，通常由可資利用的數(shù)據(jù)和計(jì)算慣例來(lái)訣定。S——平安系數(shù)，S＞1—→S↑：平安，浪費(fèi)資料S↓：經(jīng)濟(jì)，不平安平安系數(shù)意義思索實(shí)踐情況及必要強(qiáng)度貯藏平安系數(shù)的決議要素〔1〕載荷和應(yīng)力的性質(zhì)和計(jì)算的準(zhǔn)確程度；〔2〕運(yùn)轉(zhuǎn)條件的平穩(wěn)程度〔能否有沖擊載荷〕；〔3〕資料的性質(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(chǎn)生變形的才干(彈性變形量/力,力矩)2.2.2剛度準(zhǔn)那么剛度目的:伸長(zhǎng),緊縮,撓度,扭角,轉(zhuǎn)角計(jì)算準(zhǔn)那么:彈性變形量不大于許用值實(shí)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?qū)嶒?yàn)方法進(jìn)展確定，而相應(yīng)的許用值那么需求根據(jù)不同的場(chǎng)所，根據(jù)實(shí)際和閱歷確定合理的數(shù)值。機(jī)床主軸等彈性變形過(guò)大將影響加工精度。2.2.3壽命準(zhǔn)那么壽命是機(jī)械零件能正常任務(wù)延續(xù)的時(shí)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(wú)法建立一個(gè)可以為廣泛接受的計(jì)算準(zhǔn)那么；疲勞問題----目前開展比較成熟，詳細(xì)的疲勞壽命計(jì)算方法，后續(xù)章節(jié)中有詳細(xì)的引見。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(wú)缺點(diǎn)完成規(guī)定功能的才干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)任務(wù)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)那么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(wú)缺點(diǎn)完成規(guī)定功能的才干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)任務(wù)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)那么隨實(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)間發(fā)生改動(dòng)的，是時(shí)間的函數(shù)。對(duì)Ft進(jìn)展微分得：失效分布密度f(wàn)(t)=dFt/dt=dNf/Ndt與時(shí)間的關(guān)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?？煽啃杂?jì)算準(zhǔn)那么,就是要保證零件在任務(wù)過(guò)程中可以滿足規(guī)定的可靠性要求。2.3提高強(qiáng)度的普通方法2.3.2提高機(jī)械零件強(qiáng)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(qiáng)度2〕采用等強(qiáng)度構(gòu)造

圖2.7階梯軸的等強(qiáng)度原理3〕減少應(yīng)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(duì)零件外表進(jìn)展強(qiáng)化處置比如，為提高零件外表疲勞強(qiáng)度，常采用的外表強(qiáng)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(qiáng)度分為三種:1〕外表擠壓強(qiáng)度2〕外表接觸強(qiáng)度3〕外表磨損強(qiáng)度2.4機(jī)械零件的外表強(qiáng)度1〕外表擠壓強(qiáng)度外表擠壓強(qiáng)度：零件外表抵抗外表擠壓破壞的才干1.擠壓應(yīng)力：在接觸面上的壓應(yīng)力2.擠壓失效方式----壓碎和塑性變形3.擠壓應(yīng)力的分布4.條件性簡(jiǎn)化計(jì)算擠壓應(yīng)力5.計(jì)算公式2〕外表接觸強(qiáng)度指高副接觸的外表抵抗接觸破壞的才干〔線接觸和點(diǎn)接觸〕靜載荷作用時(shí)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(diǎn)蝕)對(duì)于圓柱接觸的情形，接觸應(yīng)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(hào)表示外接觸，負(fù)號(hào)表示內(nèi)接觸〕點(diǎn)接觸的情形普通可以歸結(jié)為兩個(gè)球體的接觸，接觸應(yīng)力為：----兩圓柱體接觸，接觸面為矩形，最大接觸應(yīng)力σHmax∝F1/2，兩球體接觸，接觸面為圓形，最大接觸應(yīng)力σHmax∝F1/3----最大接觸應(yīng)力以兩圓柱體外接觸最高，圓柱體-平面接觸次之，內(nèi)、外圓柱體接觸最低計(jì)算準(zhǔn)那么σHmax----最大接觸應(yīng)力[σH]max----最大許用接觸應(yīng)力最大接觸應(yīng)力σHmax根據(jù)赫茲接觸應(yīng)力公式進(jìn)展計(jì)算。3〕外表磨損強(qiáng)度條件性計(jì)算1、滑動(dòng)速度低、載荷大時(shí)限制外表壓強(qiáng)p[p]2、滑動(dòng)速度較高時(shí)防止光滑失效pv[pv]3、高速時(shí)防止速度過(guò)高加速磨損v[v]p----任務(wù)外表的壓強(qiáng)v----滑動(dòng)速度提高剛度的方法：1〕資料對(duì)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(qiáng)度合金鋼替代普通碳鋼來(lái)提高剛度的方法不可取2.5機(jī)械零件的剛度和改良措施2〕構(gòu)造對(duì)剛度的提高支承方式和位置懸臂支承、球軸承簡(jiǎn)支承和滾子軸承支承構(gòu)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(guò)預(yù)緊裝配實(shí)現(xiàn)剛度的提高

2.6機(jī)械零件的振動(dòng)穩(wěn)定性沖擊強(qiáng)度2.6.1零件的振動(dòng)和振動(dòng)穩(wěn)定性振動(dòng)----零件周期性的彈性變形景象失穩(wěn)----零件或機(jī)器的自振頻率和周期性外力的變化頻率相等或相接近時(shí)，發(fā)生共振，振幅將急劇增大，此種景象稱為失穩(wěn)。振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算準(zhǔn)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(duì)稱構(gòu)造〔如花鍵聯(lián)接〕、減少懸臂長(zhǎng)度、縮短中心距等；〔2〕對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)零件進(jìn)展平衡，盡量滿足動(dòng)、靜平衡條件；〔3〕采用阻尼作用耗費(fèi)引起振動(dòng)的能量，比如設(shè)置滑動(dòng)軸承的油膜阻尼器、液壓缸端部的阻尼孔等；〔4〕設(shè)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(jī)械零件的沖擊強(qiáng)度1.沖擊強(qiáng)度和沖擊變形的計(jì)算由沖擊能轉(zhuǎn)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(shí)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(xí)題1-41-51-61-91-141-161-37復(fù)習(xí)思索題

1、何謂零件的失效？常見方式有哪些？

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

3、如何判別零件受力類型？

4、兩種判別零件強(qiáng)度的方式是什么？

5、平安系數(shù)如何選擇？其大小會(huì)產(chǎn)生什么