1、第二章 機械零件的工作能力和計算準則一、失效失效：機械零件喪失工作能力或達不到設計要求性能工作能力：零件不發(fā)生失效時的安全工作限度承載能力：零件不發(fā)生失效時所能承受的最大載荷失效并不意味著破壞 帶傳動打滑 圖示為自行車的一種車鈴結構，當自行車在雨中行駛時這種車鈴內容易進水，使得車鈴失效。 能否提出一種結構改進設計方案，使得當自行車在雨中行駛時這種車鈴內不易進水？失效形式分類：強度失效剛度失效磨損失效振動、噪聲失效精度失效可靠性整體強度表面強度失效失效形式分類： 零件損壞：零件的尺寸、形狀發(fā)生變化 例如：軸、螺栓、輪齒斷裂、輪齒表面磨損、膠合、壓潰 狀態(tài)變化：失去理想的工作狀態(tài) 例如：帶傳動打滑

2、、滑動軸承失去流體潤滑狀態(tài) 同一零件發(fā)生失效的形式可能有數種 確定失效形式的方法： 1. 實踐 2. 理論分析 3. 試驗 失效分析步驟 確定可能的失效形式 分析引起失效的原因 針對失效原因建立數學模型 得到設計參數與失效的定量關系（工作能力條件，如強度條件，剛度條件，壽命條件等）二、載荷和應力分類 1.載荷 靜載荷：不隨時間變化或隨時間變化緩慢的載荷 變載荷：隨時間作周期性變化或非周期性變化 計算載荷名義載荷，載荷系數 2. 應力 靜應力 變應力 對稱循環(huán) 脈動循環(huán) 非對稱循環(huán)最大應力最小應力平均應力應力幅循環(huán)特性maxmin2minmaxm2minmaxamaxmin/r 脈動循環(huán)、對稱循

3、環(huán)和非對稱循環(huán)的平均應力、應力幅和循環(huán)特性系數各為多少？5個參數 注意：靜應力只能在靜載荷作用下產生；變應力由變載荷和靜載荷產生。 設計計算準則防止產生各種可能失效為目的而擬定的零件工作能力計算依據的基本原則。三、機械零件的強度 3.1 判定強度的方法,limS,limS,危險截面的最大應力limlimSS極限正應力許用安全系數極限切應力許用安全系數1.疲勞極限塑性材料脆性材料)()()()(limlimYYSSBB 3.2 靜應力強度 失效形式為塑性變形或斷裂 1. 單向應力時 用 代替 2. 復合應力時 第三、四強度理論 3. 復合安全系數SS ,limlim, 422Tb彎扭復合應力32

4、2Tb)(222SSTSSbS22SSSSSS或者 3.3 變應力強度 變應力失效是疲勞斷裂 疲勞曲線(實驗獲得) A點，應力循環(huán)次數為1/4，應力值為材料強度極限 AB段，循環(huán)次數少，應力變化小，看作靜應力強度 BC段，疲勞破壞伴隨著材料的塑性變形，稱為低周疲勞 疲勞強度計算略CD段，有限壽命疲勞階段，零件經過相應次數的變應力作用后總會發(fā)生疲勞破壞D點以后，無論應力變化多少次，零件都不會發(fā)生破壞 四、機械零件的表面強度 4.1 接觸強度 赫茲公式12, )(maxmaxmaxHHHEEbF21222121111111AFPPPpp pvpv vv 五、機械零件的剛度 剛度：零件材料抵抗彈性（

5、扭轉、彎曲）變形的能力。 同類金屬零件的彈性模量相差不大，以昂貴的高強度合金鋼代替普通碳鋼來提高零件的剛度不起作用。六、機械零件的可靠性 材料的離散性，零件達不到預定的工作時間而失效，希望這種概率限制在一定程度內. 可靠性：產品在規(guī)定條件和時間內完成規(guī)定功能的能力tR 可靠度：產品在規(guī)定條件和時間內完成規(guī)定功能的概率 累計失效概率：產品在規(guī)定條件和時間內失效概率 FtNNRtt 個零件在規(guī)定時間 t 內，Nf 個失效，剩Nt 個tfftFNNNNNR11ttRF1浴盆曲線七、機械零件常用的材料及其選擇原則 1、機械零件的常用材料 黑色金屬 鑄鐵 灰鑄鐵：良好的切削加工性和減震性 常用作機座和機

6、架 球墨鑄鐵：強度高、耐磨性好，減震、抗沖擊 曲軸、齒輪 可鍛鑄鐵：馬口鐵，強度和塑性較高 當零件尺寸小，形狀復雜，而不能用鑄鋼或鍛鋼制造時 鑄鋼 鑄造性比鑄鐵差，但比鍛鋼和軋制鋼好 用于重載零件鑄造。 強度性能比鑄鐵好，但比鍛鋼和軋制鋼差（組織沒那么致密） 碳素鑄鋼 低合金鑄鋼 中合金鑄鋼 高合金鑄鋼 碳鋼與合金鋼 應用最廣泛 普通碳鋼 優(yōu)質碳鋼（化學成份比較穩(wěn)定） 有色金屬 減摩、抗腐蝕、耐熱性、電磁性等較好 鋁合金 重量輕、導熱導電性較好、塑性好、抗氧化性好 高強度鋁合金強度可與碳素鋼相近 可作承載零件，在飛機、汽車及其他行走機械上有廣泛應用。 銅合金 耐磨、耐腐蝕和自潤滑性 黃銅：Cu

7、與Zn合金 青銅：Cu與Sn的合金 無錫青銅：Cu與鋁、硅、錳、鎳的合金 其他合金 鎂合金 鈦合金 軸承合金非金屬材料橡膠： 彈性、絕緣性好 常用作彈性元件和密封元件、減震元件塑料： 重量輕、易加工成形、減摩性好，強度低 可作為普通機械零件、絕緣體陶瓷： 電熱性好，硬度高復合材料2、機械零件材料選用的原則 考慮三個方面的要求 使用要求（首要考慮）： 零件的工況 對零件尺寸和質量的限制 零件的重要程度 工藝要求： 毛坯制造 機械加工 熱處理經濟性要求： 材料價格 加工批量和加工費用 材料的利用率 局部品質原則 替代（盡量用廉價材料來代替價格相對昂貴的稀有材料） 考慮當地材料的供應情況The evolution of engineering materials with time 第二章第二章 機械零件的工作能力和計算準則機械零件的工作能力和計算準則 一、失效 二、載荷和應力分類 三、機械零件的強度 四、機械零件的表面強度 五、