第2章 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,*,第,2,章 机械零件的工作能力和计算准则,机械零件的工作能力反映了零件的抗失效能力。计算准则是设计机械零件的最基本准则。设计人员的任务：设计出合格的零件，使它具有一定的工作能力，抵抗失效。,重点、难点,主要内容,1.,失效：,零件不发生失效时的安全工作限度。,为防止失效而制定的判断条件。,2.,工作能力：,3.,工作能力计算准则：,机械零件丧失工作能力或达不到设计,者要求的性能。,一、术语,2.1,载荷和应力的分类,计算准则,:,计算量,许用量,不同的失效形式 不同的工作能力 不同的计算准则。,断裂或塑性变形；弹性变形过大；表面磨损、胶合；打滑；联接松动等。,3,、常见失效形式,整体断裂,正常工作条件破坏,过大的残余变形,零件的表面破坏,零件在外载荷作用下，由于某一危险截面的应力超过零件的强度极限而发生的断裂。,零件上的应力超过了材料的屈服极限产生的过大残余变形而导致的失效。,零件表面在受到各种腐蚀、磨损和接触疲劳而产生的表面破坏失效。,滑动轴承的润滑得不到保障将产生过热、胶合、磨损等形式的失效；带传动在外载荷超过极限摩擦力时将发生打滑失效等。,二,载荷与应力的分类,1.,载荷的分类,2.,应力的分类,t,静应力,描述变应力特性的主要参数有：,应力循环特性。,应力分类,不变,稳定变应力,-,其中之一变,非稳定变应力,-,零件的尺寸常取决于危险截面的最大计算应力（最大应力）,零件工作,承受载荷,载荷欲使零件失效,零件据自身结构、材料,反抗失效,反抗失效失效,解决办法：合理设计,遵循设计准则,三、设计准则,1,、刚度准则,刚度：抵抗,弹性变形,的能力。,机床主轴等弹性变形过大将影响加工精度。,2,、寿命准则,实际使用寿命大于或等于预期寿命，,LL,。,3,、温升准则,tt,4,、强度准则,强度：零件抵抗,断裂,、,塑变,、,疲劳破坏,的能力。,(2.2,机械零件的强度,),或,（公式,2.1,）,（公式,2.2,）,2.2.1,两种判断零件强度的方法,（,1,）判断危险截面处的最大应力是否小于许用应力（正应力或切应力）,（,2,）判断危险截面处的安全系数是否大于或等于许用安全系数。,2.2,机械零件的强度,2.2.2,静应力强度,在静应力下工作的零件，主要失效形式：,塑性变形或断裂。,按照不发生塑性变形的条件进行强度计算。公式用（,2.1,）或（,2.2,）。其中 。,2.,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。,(2.3),1.,单向应力时的,塑性材料,零件,或,(2.4),复合安全系数：,3.,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,行强度计算。,4.,脆性材料和低塑性材料的零件,公式（,2.1,）和（,2.2,）中的极限应力应为,材料的强度极限,。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。,2.2.3,变应力强度,在变应力下工作的零件，其主要失效形式是,疲劳断裂,。,应用（,2.1,）,-(2.4),计算疲劳强度,(,第三章,),时，其,极限应力为疲劳极限。,循环特性,r,一定时，应力循环,N,次后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力，称为,疲劳极限,。,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,小的许用安全系数,。,安全系数过小，机器可能不够安全；安全系数过大，在材料、加工、运输等方面不符合经济原则，且机器笨重。,不同的机器制造部门，常有自己制定的许用应力和许用安全系数的专用规范。,没有规范的可遵循一定原则选用许用安全系数：自学内容,P15,。,2.2.4,许用安全系数,2.2.5,提高机械零件强度的措施,P16,合理布置零件，减少所受载荷。,降低载荷集中，均匀载荷分布。,采用等强度结构,选用合理截面,减小应力集中,2.3,机械零件的表面强度,整体强度,表面强度,静强度,疲劳强度,静应力下的强度,变应力下的强度,表面磨损强度,表面挤压强度,表面接触强度,表面接触应力下的强度,在滑动摩擦下工作的零件,挤压应力下的强度,一些依靠表面接触工作的零件，如齿轮传动、滚动轴承、摩擦离合器等，它们的工作能力决定于接触表面的强度。,应力的分布规律：,1,2,2.3.1,表面接触强度,表面接触应力：,局部小面积上（两圆柱体或两球体）产生的接触应力,赫兹,（,1881,）,b,F,F,式中，,E,为材料的弹性模量。,表面疲劳磨损,疲劳点蚀，简称点蚀。,其,主要失效形式：,1,）静应力下：,脆性材料,表面压溃；,塑性材料,表面塑性变形,2,）变应力下：,后果：零件的有效面积减少，传递载荷的能力降低；工作时引起振动和噪声。是闭式齿轮传动、滚动轴承等的主要失效形式。,点蚀的形成和润滑油的关系：,（,1,）润滑油从裂纹开口处渗入裂纹中，在载荷作用下，导致裂纹内产生巨大油压，从而促进裂纹的发展和表层剥落。油的粘度愈低，油便易于渗入裂纹，点蚀发展愈快。,（,2,）如果没有润滑油，表面直接接触，引起磨粒磨损。,不发生失效的强度条件：,例,2.2,求图,2.10,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。,解：,图,2.10,2.3.2,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。,将外接触改为内接触。,将点接触改为线接触。,采用粘度较高的润滑油。,提高接触表面的加工质量。,提高零件表面硬度。,降低计算应力,提高许用应力,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压应力。,2.3.3,表面挤压强度,主要失效形式：,脆性材料,表面塑性变形；,表面破碎。,塑性材料,挤压强度条件：,2.3.4,表面磨损强度,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，而且比较复杂，通常采用条件性计算,。,1,）滑动速度低、载荷大时，可只限制工作表面的,压强，即,2,）滑动速度较高时，还要限制摩擦功耗，以免工作,温度过高而使润滑失效。,3,）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,2.3.5,提高表面磨损强度的主要措施,选用合适的摩擦副材料，如钢,-,黄铜。,提高表面硬度。,降低表面粗糙度值。,采用有效的润滑剂和润滑方式。,表面镀层、氧化处理。,防止尘土落入两摩擦表面间，如加防尘罩。,限制工作温度过高，如利用风扇散热。,2.4,机械零件的刚度,2.5,机械零件的冲击强度,2.6,温度对机械零件工作能力的影响,2.7,机械零件的振动稳定性,2.8,机械零件的可靠性,重点：,载荷与应力的分类；机械零件的强度。,机械零件的表面强度。,2.1,载荷与应力的分类,2.2,机械零件的强度,1,2,1,1,2,图,2.2,在静载荷下，随时间变化的变应力,在静载荷作用下产生变应力的例子：图为转动心轴和滚动轴承外圈表面上,a,点的应力变化情况。,式中：,m,为平均应力；,a,为应力幅。,赫 兹：,(1857-1894,),德国物理学家，生于汉堡。,早在少年时代就被光学和力学实验所吸引。十九岁入德累斯顿工学院学工程，由于对自然科学的爱好，次年转入柏林大学，在物理学教授亥姆霍兹指导下学习。,1885,年任卡尔鲁厄大学物理学教授。,1889,年，接替克劳修斯担任波恩大学物理学教授，直到逝世。,赫兹对人类文明作出了很大贡献，正当人们对他寄以更大期望时，他却于,1894,年元旦因血中毒逝世，年仅,36,岁。为了纪念他的功绩，人们用他的名字来命名各种波动频率的单位，简称“赫”。,赫兹对人类最伟大的贡献是用,实验证实了电磁波的存在,。,1881,年，赫兹解出了两弹性体局部接触时弹性体内的应力分布。,1,何谓失效？失效就是破坏？,2,零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立的？,3,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，最大计算应力（最大应力）,思考题：,何谓变应力的循环特性,r,？对静应力、,脉动循环变应力和对称循环变应力其,r,值各,为多少，其,各为多少？,5,变应力只能由变载荷产生吗？静载荷只能产生 静应力吗？,6,静应力强度计算时，塑性材料的零件，其极限应力应为,，脆性材料的零件，其极限应力应为,。疲劳强度计算时，极限应力应,。,思考题：,、,7,判断零件强度的方法有哪两种,？,8,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,？,9,依靠表面接触工作的零件，你知道的有哪些？,10,重型机械中，常见到内接触的零件，,为什么？,11,疲劳点蚀是如何产生的？,12,提高零件表面接触强度的措施有哪些？,思考题：,九江大桥,2007,年,6,月,15,日凌晨,一座百余人历经两年时间建造的桥，,在竣工前夕轰然垮塌！,123,位正在劳作的建桥工人遭飞来横祸,63,人逃生，其中,22,人受伤；已确证,47,人死于非命，另有十余人仍被压在碎石之下，生还无望。这是,2007,年,8,月,13,日下午,4,时,50,分左右，发生于湖南省湘西土家族苗族自治州凤凰县古城边的惨烈一幕。事故桥系湖南省重点工程,凤大公路路段中的一座公路桥梁。按照规划，这条“旅游黄金大道”应在今年,8,月底通车，并为湘西州,50,年州庆“献礼”。,湘西凤凰桥坍塌,