机械设计课件(第四版邱宣怀主编)第2章零件的工作能力和计算准则.ppt

1、l主要内容：主要内容：载荷与应力的分类；机械零件的载荷与应力的分类；机械零件的强度；机械零件的强度；机械零件的 刚度；机械零件的冲击强刚度；机械零件的冲击强度；温度对机械零件工作能力的影响；机械度；温度对机械零件工作能力的影响；机械零件的振动稳定性零件的振动稳定性 ；机械零件的可靠性。；机械零件的可靠性。l重点重点：载荷与应力的分类；：载荷与应力的分类；l 机械零件的强度。机械零件的强度。l难点：难点：机械零件的表面强度机械零件的表面强度第第2 2章章 机械零件的工作机械零件的工作能力和计算准则能力和计算准则设计人员的任务：设计人员的任务：零件不发生失效时的安全工作限度零件不发生失效时的安全工

2、作限度。为防止失效而制定的判断条件。为防止失效而制定的判断条件。设计出合格的零件，使它具有一定的工作能设计出合格的零件，使它具有一定的工作能力，抵抗力，抵抗失效失效。2.工作能力工作能力：3.工作能力计算准则工作能力计算准则：第第2 2章章 机械零件的工作能力机械零件的工作能力和计算准则和计算准则机械零件丧失工作能力或达不机械零件丧失工作能力或达不到设计者要求的性能。到设计者要求的性能。1.失效：失效：如：疲劳断裂弯曲变形轴轴强度问题刚度问题计算应力许用应力计算变形量许用变形量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 不同不同的计算准则。的计算准则。总之：计算量计算量 许用量

3、许用量 第第2 2章章 机械零件的工作能力机械零件的工作能力和计算准则和计算准则2.1 2.1 载荷与应力的分类载荷与应力的分类1.1.载荷的分类载荷的分类 2.2.应力的分类应力的分类 应力计算应力计算载荷名义应力名义载荷载荷应力变应力变载荷静应力静载荷载荷图2.2第第2 2章章 机械零件的工作能力机械零件的工作能力和计算准则和计算准则非稳定变应力对称循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力稳定变应力变应力 描述变应力特性的主要参数有：描述变应力特性的主要参数有：应力循环特性。应力循环特性。maxmin 图2.1,minmaxam2.1 2.1 载荷与应力的分类载荷与应力的分类2.2 2.2

4、 机械零件的强度机械零件的强度2.2.1 2.2.1 判断零件强度的方法判断零件强度的方法（1 1）判断危险截面处的最大计算应力是）判断危险截面处的最大计算应力是否小于或等于许用应力。否小于或等于许用应力。强度条件：强度条件：（2.1）（2 2）判断危险截面处的实际安全系数是）判断危险截面处的实际安全系数是否大于或等于许用安全系数。否大于或等于许用安全系数。SSlimlim,SSSSlimlim（2.2）强度条件：强度条件：2.2.2 2.2.2 静应力强度静应力强度 在静应力下工作的零件，其主要失效形式是在静应力下工作的零件，其主要失效形式是塑性变形或断裂。塑性变形或断裂。1.1.单向应力时

5、的塑性材料零件单向应力时的塑性材料零件2.2 2.2 机械零件的强度机械零件的强度 按照不发生塑性变形的条件进行强度计算。强度条按照不发生塑性变形的条件进行强度计算。强度条件公式为（件公式为（2.12.1）或（）或（2.22.2），），时可不考虑应力集中。，计算或,limlimss2.2.复合应力时的塑性材料零件复合应力时的塑性材料零件根据第三或第四强度理论来确定其强度条件。根据第三或第四强度理论来确定其强度条件。强度条件：强度条件：(2.3)2.2 2.2 机械零件的强度机械零件的强度 222234TbTb SSSSSSSSTssbs22222或(2.4)复合安全系数：复合安全系数：3.3.

6、允许少量塑性变形的零件允许少量塑性变形的零件 可根据允许达到一定塑性变形时的载荷进可根据允许达到一定塑性变形时的载荷进行强度计算。行强度计算。2.2 2.2 机械零件的强度机械零件的强度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）中的极限应力为）中的极限应力为材料的强材料的强度极限度极限。对组织不均匀的材料，在计算时不考虑应。对组织不均匀的材料，在计算时不考虑应力集中。组织均匀的低塑性材料应考虑应力集中。力集中。组织均匀的低塑性材料应考虑应力集中。2.2.3 2.2.3 变应力强度变应力强度(ch3)(ch3)在变应力下工作的

7、零件，其主要失效形式是在变应力下工作的零件，其主要失效形式是疲劳疲劳断裂断裂。应用（应用（2.12.1）-(2.4)-(2.4)计算疲劳强度时，其计算疲劳强度时，其极极限应力为疲劳极限。限应力为疲劳极限。2.2.4 2.2.4 许用安全系数许用安全系数2.2 2.2 机械零件的强度机械零件的强度 在许用安全系数中要考虑的因素有：在许用安全系数中要考虑的因素有：1 1）载荷和）载荷和应力的性质和计算的准确性；应力的性质和计算的准确性；2 2）材料的性质和材质）材料的性质和材质的不均匀性；的不均匀性；3 3）零件的重要程度；）零件的重要程度；4 4）工艺质量和探）工艺质量和探伤水平；伤水平；5 5

8、）运转条件；）运转条件；6 6）环境状况等。）环境状况等。安全系数的选择原则：安全系数的选择原则：在保证安全、可靠的前提下，尽可能选用较在保证安全、可靠的前提下，尽可能选用较小的许用安全系数。小的许用安全系数。2.2 2.2 机械零件的强度机械零件的强度2.2.4 2.2.4 许用安全系数许用安全系数2.3 2.3 机械零件的表面强度机械零件的表面强度 1 1）表面接触强度；）表面接触强度；2 2）表面挤压强度；）表面挤压强度；3 3）表面磨损强度。）表面磨损强度。2.3.1 2.3.1 表面接触强度表面接触强度表面接触应力表面接触应力：表面强度分为三种：表面强度分为三种：局部小面积上产生的压

9、应力局部小面积上产生的压应力 应力的分布规律：应力的分布规律：表面接触应力分布12max221212111HFbEE 上下左右对称，最大应上下左右对称，最大应力位于接触面宽中线处。力位于接触面宽中线处。2.3 2.3 机械零件的表面强度机械零件的表面强度maxH表面疲劳磨损表面疲劳磨损疲劳点蚀，疲劳点蚀，简称点蚀。简称点蚀。主要失效形式：主要失效形式：1 1）静应力下：）静应力下：脆性材料脆性材料表面压溃；表面压溃；塑性材料塑性材料表面塑性变形表面塑性变形2 2）变应力下：）变应力下：后果：后果：2.3 2.3 机械零件的表面强度机械零件的表面强度点蚀的形成和润滑油的关系：点蚀的形成和润滑油的

10、关系：不发生失效的强度条件：不发生失效的强度条件：2.3.22.3.2提高表面接触强度的主要措施提高表面接触强度的主要措施增大接触表面的综合曲率半径。增大接触表面的综合曲率半径。将外接触改为内接触。将外接触改为内接触。将点接触改为线接触。将点接触改为线接触。采用粘度较高的润滑油。采用粘度较高的润滑油。提高零件表面硬度。提高零件表面硬度。提高接触表面的加工质量。提高接触表面的加工质量。2.3 2.3 机械零件的表面强度机械零件的表面强度HHmax例例2.2 2.2 求图求图2.102.10所示三种圆柱体接触的最大接所示三种圆柱体接触的最大接触应力之比，其他工作条件均相同，尺寸已知。触应力之比，其

11、他工作条件均相同，尺寸已知。解：212121maxmaxmax1111111111:1:1:cbacbacHbHaH483.0:783.0:1:maxmaxmaxcHbHaH图2.102.3 2.3 机械零件的表面强度机械零件的表面强度 挤压应力：通过局部配合面间的接触来挤压应力：通过局部配合面间的接触来传递载荷的零件，在接触面上的压应力叫挤传递载荷的零件，在接触面上的压应力叫挤压应力。压应力。2.3.3 2.3.3 表面挤压强度表面挤压强度主要失效形式：主要失效形式：脆性材料脆性材料表面塑性变形；表面塑性变形；表面破碎表面破碎塑性材料塑性材料挤压强度条件：挤压强度条件：pp2.3 2.3 机

12、械零件的表面强度机械零件的表面强度2.3.42.3.4表面磨损强度表面磨损强度 在滑动摩擦下工作的零件，常因过度磨损在滑动摩擦下工作的零件，常因过度磨损而失效。影响磨损的因素很多，而且比较复而失效。影响磨损的因素很多，而且比较复杂，常条件性计算。杂，常条件性计算。1 1）滑动速度低、载荷大时，即）滑动速度低、载荷大时，即 pp 2 2）滑动速度较高时，还要限制摩擦功耗）滑动速度较高时，还要限制摩擦功耗pvpv 2.3 2.3 机械零件的表面强度机械零件的表面强度2.42.4机械零件的刚度机械零件的刚度2.5 2.5 机械零件的冲击强度机械零件的冲击强度2.6 2.6 温度对机械零件工作能力的影

13、响温度对机械零件工作能力的影响2.7 2.7 机械零件的振动稳定性机械零件的振动稳定性2.82.8机械零件的可靠性机械零件的可靠性 3 3）高速时还要限制滑动速度，以免由于）高速时还要限制滑动速度，以免由于速度过高而加速磨损，降低零件工作寿命，即速度过高而加速磨损，降低零件工作寿命，即 vv 2.3 2.3 机械零件的表面强度机械零件的表面强度 1 1 何谓失效？失效是否就是破坏？何谓失效？失效是否就是破坏？2 2 零件的计算准则与失效形式有什么关系？常零件的计算准则与失效形式有什么关系？常用的有哪些准则？它们是针对什么失效形式而建用的有哪些准则？它们是针对什么失效形式而建立的？立的？3 3

14、解释以下术语：静载荷，变载荷，名义解释以下术语：静载荷，变载荷，名义载荷，计算载荷，静应力，变应力，最大计算应载荷，计算载荷，静应力，变应力，最大计算应力（最大应力）力（最大应力）思考题：思考题：4 4 何谓变应力的循环特性何谓变应力的循环特性r r？对静应力、？对静应力、脉动循环变应力和对称循环变应力其脉动循环变应力和对称循环变应力其r r值各值各为多少，其为多少，其 各为多少？各为多少？am5 5 变应力只能由变载荷产生吗？静载荷只能产生变应力只能由变载荷产生吗？静载荷只能产生 静应力吗？静应力吗？6 6 静应力强度计算时，塑性材料的零件，其极静应力强度计算时，塑性材料的零件，其极限应力应

15、为限应力应为 ，脆性材料的零件，脆性材料的零件，其极限应力应为其极限应力应为 。疲劳强度计算。疲劳强度计算时，极限应力应时，极限应力应 。思考题：思考题：、7 7 判断零件强度的方法有哪两种判断零件强度的方法有哪两种？8 8 根据接触状态和工作条件不同，零件的根据接触状态和工作条件不同，零件的 表面强度分为哪三种表面强度分为哪三种？9 9 依靠表面接触工作的零件，你知道的有哪些？依靠表面接触工作的零件，你知道的有哪些？10 10 重型机械中，常见到内接触的零件，重型机械中，常见到内接触的零件，为什么？为什么？11 11 疲劳点蚀是如何产生的？疲劳点蚀是如何产生的？12 12 提高零件表面强度的措施有哪些？提高零件表面强度的措施有哪些？思考题：思考题：图图2.1 2.1 应力的类型应力的类型 对称循环t脉动循环t非对称循环t t静应力 t2.1 2.1 载荷与应力的分类载荷与应力的分类图2.10 例题2.2第第2 2章章 机械零件的工作能力机械零件的工作能力和计算准则和计算准则21112图图2.22.2在静载荷下，随时间变化的变应力在静载荷下，随时间变化的变应力第第2 2章章 机械零件的工作能力机械零件的工作能力和计算准则和计算准则