机械零件的工作能力和计算准则.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械零件的主要失效形式,第,二,章机械零件的,工作能力,和计算准则,失效：,零部件不能满足工作要求称为失效,破坏正常工作条件引起的失效：打滑、胶合、共振,整体断裂：拉，压，弯，扭,过大的残余应力：加工，热处理,零件表面的破坏：点蚀、磨损，热处理,工作能力：不发生失效时的工作限度,计算（设计）准则：（要满足的条件）,强度准则：,或,；,或,min/,s,刚度准则：,或,耐磨性准则：验算压强：，单位接触面上单位时间产生摩擦功不太大，控制,可靠性准则：按传统强度设计方法设计零件，由于材料强度，外载荷和加工尺寸等存在离散性，有可能出现达不到预定工作时间而失效的情况。希望将出现这种失效情况的概率控制在一定程度之内，这就对零件提出可靠性要求。,可靠度：机器或零件在一定工作环境下，在规定的使用期限内连续工作的概率。,2.1,载荷和应力的分类,载荷是机械设计中的重要参数，是重要的设计目标之一，也是造成失效的重要原因,2.1.1,载荷分类,静载荷：不随时间变化的载荷,动载荷：随时间变化（周期或非周期、大小、方向、位置）的载荷,名义载荷：根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷（,F,、,P,、,T,）,计算载荷：考虑原动机、工作机、零件受力不均匀等因素影响而设计出的载荷,Fc,=KF,Pc=KP,Tc,=KT(K,参见,P12),2.1.2,应力分类,（载荷无法衡量工作极限，需要用应力,见,P12,）,静应力：只能由静载荷产生,变应力 对称循环,脉动循环 可以变载荷产生也可以由静载荷产生,(P13),非对称循环,应力循环特性,r:,最小与最大应力之比,变应力的描述：用,max,，,min,，,m,，,a,，,r,五个参数中的任意两个来描述,2.2,机械零件的强度,2.2.1,两种判断零件强度的方法,应力法,=,lim,/S,=,lim,/S,安全系数法,S,=,lim,/,S,S,=,lim,/,S,2.2.2,静应力强度,失效形式：塑性变形或断裂,单向应力时极限应力采用屈服极限,s,s,复合应力时的塑性材料（,max,是破坏主因按第三、强度理论，单位体积塑性变形是破坏主因用第四强度理论，公式见,P,）,脆性材料极限应力采用强度极限,B,B,2.2.3,变应力强度（,主要破坏形式是疲劳，见下章）,2.2.,4,许用安全系数,根据工作情况选择，在保证安全可靠的情况下，尽可能小（具体,P15,）,2.2.5,提高机械零件强度的措施,（材料、截面积及结构等方法，结构见,P16,）,2.3,机械零件的表面强度,在零件整体没出现断裂、塑性变形等情况下，零件表面也可能出现破坏失效，这种失效由表面强度确定,表面强度分：,表面接触强度；,表面挤压强度；,表面磨损强度；,2.3.1,表面接触强度,产生原因：力作用点、接触面接触不均匀及塑性变形造成接触面局部应力较大（,P19,图）,计算：赫兹公式（,P19,，,理解，并理解课本上的两个例题）,失效形式：,静载荷：脆性材料的表面压碎和塑性材料的表面塑性变形,循环接触：表面疲劳磨损（疲劳点蚀），产生原因及过程见,P20,强度指标（极限应力）,静载荷：最大许用接触应力,Hmax,H,max,循环接触：接触疲劳极限（在规定的应力循环次数下材料,不发生点蚀现象的极限应力）,Hmax,H,2.3.2,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，以降低接触应力（赫兹公式）,将外接触改为内接触，将点接触改为线接触，降低接触应力（课本上例子）,提高表面质量，使接触面更均匀，降低接触应力，同时减少缺陷，避免发生应力集中,提高表面硬度，延缓点蚀,采用黏度高的润滑油，减轻油挤入裂纹，形成油压,2.3.3,表面挤压强度,产生原因：局部应力过大,失效形式：压溃（表面塑性变形）和表面破碎,计算公式：,p,=F/A,p,A,为曲面接触时的投影面积（见,P22,）,2.3.4,表面磨损强度,计算准则：,滑动速度低，载荷大时,p,p,中速时：,pv,pv,高速时：,pv,pv,；,v,v,2.3.5,提高表面磨损强度的主要措施,采用合适的摩擦副材料，如：钢青铜,提高表面硬度，降低表面粗糙度,采用有效的润滑剂和润滑方法,防尘、防高温,2.4,机械零件的刚度,刚度：在载荷作用下抵抗弹性变形的能力,2.4.1,刚度的影响,刚度不足影响机器的正常工作，加速零件失效（弹性零件则需要较小的刚度）,刚度计算,或,影响刚度的因素及其改进措施,材料对刚度的影响,弹性模量大则刚度大，但同类金属材料的弹性模量相差不大，故没必要用合金钢代替普通钢来提高刚度,结构对刚度的影响,截面形状：增大截面面积，采用中空、工字钢、槽钢、,T,形截面等惯性矩大的截面,支撑方式：采用合适的支撑方式，减少最大弯矩（见,p24,图）,采用加强筋,在装配中适当增加予紧力有助于刚度的提高（具体原因见章）,2.5,机械零件的冲击强度,2.5.1,冲击强度和冲击变形计算,（,P25,）,讨论计算公式，并定性地了解结论,2.5.2,提高冲击强度和缓冲能能力的措施,增加柔性（柔性结构设计、低弹性模量材料、增加橡胶、弹簧垫等）,避免冲击（予紧防止出现间隙）,2.6,温度对机械零件工作能力的影响,2.6.1,对摩擦磨损的影响,温度过高造成润滑油黏度下降，导致吸附油膜破裂，太低会使油黏度过大，甚至凝固,2.6.2,温度对材料膨胀和收缩的影响,热胀冷缩，设计时要采取补偿措施（见,P29,表,2.5),2.6.3,温度对材料力学性能的影响,高温下金属强度一般会急剧下降，低温时钢强度提高，但变脆；有色金属在低温下一般无冷脆性，且强度及塑性均有提高，所以低温设备常用有色金属制造,蠕变：在一定工作温度和应力下，零件塑性变形缓慢而连续增长的现象，如高温高压的管道管壁逐渐变薄,改善蠕变的措施：采用耐热钢、冷却和隔热,松弛：由于塑性变形而引起的，原予紧零件应力逐渐减小的现象,改善松弛的措施：采用耐温材料、采用加工良好的接触面、定期检查,2.7,机械零件的振动稳定性,2.7.,1,振动稳定性,失稳：机器或零件发生共振时，振幅会急剧增大，从而丧失振动稳定性，这种现象称为失稳,2.7.2,减轻振动的措施,采用对称结构，减少悬臂长度、缩短中心距等,对转动零件进行平衡,利用阻尼消耗振动,设置隔振零件,2.8,机械零件的可靠性,2.8.,1,可靠性概念,可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力,可靠度：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率，,R,t,=,N,t,/N=1-N,f,/N,累计失效概率：产品在规定的条件下和规定的时间内失效的概率,F,t,=,N,f,/N=1-,R,t,R,t,+F,t,=1,例题：铆钉联接，两块钢板材料均为,Q215,，,F=500000N,，,求：各部分尺寸。,解：分析失效方式及计算公式,1,。钉剪切,2,板挤压,3,板拉断,4,板边剪切,F,1,=F,2,=F,3,=F,4,=F,5,=F,由,1,：,d=18.8,取,d,为,18,由,2,：,S=6.6,取,S,为,7,由,3,：,b=54.7,取,b,为,55,由,4,：,e=29.3,取,e,为,30,e,n,d,