1、第二章 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則,基本概念： 1、失效：機(jī)械零件喪失工作能力或達(dá)不到設(shè)計(jì)要求性能時(shí)。 失效具有多樣性: 失效并不單純意味著破壞。不同的零件失效形式不同，同一種零件會(huì)有多種失效形式。 2、工作能力：零件不發(fā)生失效時(shí)的安全工作限度。 工作能力也具有多樣性（承載、耐壓、耐溫、耐變形、 耐蠕變等） 、承載能力：相對(duì)于載荷而言的工作能力。由于零件的失效形式多種多樣，同一種零件也有多種不同的工作能力。 4、失效形式的歸納：強(qiáng)度、剛度、耐磨性、溫度、振動(dòng)穩(wěn)定性、可靠性。,計(jì)算準(zhǔn)則-針對(duì)某種失效形式、為滿足某種工作能力而建立的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,本章任務(wù)： 介紹常見(jiàn)計(jì)算準(zhǔn)則（主要涉及強(qiáng)度、剛度、耐磨

2、性、耐溫性），提出相應(yīng)提高零件工作能力的主要措施,2.1 載荷和應(yīng)力的分類,一、載荷分類-靜載荷和變載荷 1.靜載荷-大小方向不隨時(shí)間變化或變化很小的載荷 2.變載荷-隨時(shí)間作周期性或非周期性變化的載荷 3.設(shè)計(jì)計(jì)算中涉及-名義載荷和計(jì)算載荷 4.載荷系數(shù)主要由動(dòng)力機(jī)和工作機(jī)的工作性能 決定,二、應(yīng)力分類,靜應(yīng)力不隨時(shí)間變化，103 變應(yīng)力不斷隨時(shí)間變化,當(dāng)max、min均維持常數(shù)穩(wěn)定交變應(yīng)力 當(dāng)max和min的數(shù)值隨時(shí)間而改變不穩(wěn)定的變應(yīng)力,2.交變應(yīng)力的特征及典型的交變應(yīng)力 交變應(yīng)力隨時(shí)間作周期性變化的應(yīng)力,穩(wěn)定變應(yīng)力 不穩(wěn)定變應(yīng)力,1.應(yīng)力,名義應(yīng)力-由名義載荷求出的應(yīng)力 計(jì)算應(yīng)力-由計(jì)

3、算載荷求出的應(yīng)力,三、幾種穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力,1.變應(yīng)力五個(gè)主要參數(shù) 變應(yīng)力特性通常可用5個(gè)參數(shù)來(lái)描述,最大應(yīng)力max 最小應(yīng)力min,平均應(yīng)力m (max+min)2,應(yīng)力幅 a (maxmin)2，是影響零件疲勞強(qiáng)度主要因素,應(yīng)力循環(huán)特性,r = 1對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力, 當(dāng)m0 (maxmin),2、幾種穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力, 當(dāng)min0 (或max0),r = 0 脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力,應(yīng)力幅 a (maxmin)2,平均應(yīng)力m (max+min)2,應(yīng)力循環(huán)特性 r= minmax,（3） r（-1，+1） 非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力,(4)當(dāng)maxmin,r1 靜應(yīng)力,注意：靜應(yīng)力只有在靜載荷的條件下才能產(chǎn)生，變

4、應(yīng)力既可以在變載荷的條件下產(chǎn)生，也可以在靜載荷的條件下產(chǎn)生。,2.2 機(jī)械零件的強(qiáng)度,兩種判斷零件強(qiáng)度的方法 1.判斷危險(xiǎn)截面的最大應(yīng)力(,)是否小于或等于許用應(yīng)力(,),2.判斷危險(xiǎn)截面的實(shí)際安全系數(shù)是否大于或等于許用安全系數(shù),靜應(yīng)力強(qiáng)度,靜應(yīng)力作用下的零件強(qiáng)度失效形式 -塑性變形或斷裂 1. 單向應(yīng)力時(shí)的塑性材料零件： 按不發(fā)生塑性變形的條件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算, 取屈 服極限為極限應(yīng)力, 不考慮應(yīng)力集中 2. 復(fù)合應(yīng)力時(shí)的塑性材料零件 用第三或第四強(qiáng)度理論進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算, 先求出 復(fù)合應(yīng)力的當(dāng)量值, 然后應(yīng)用強(qiáng)度理論,3.允許少量塑性變形的零件,-對(duì)組織不均勻的材料,在計(jì)算時(shí)不考慮應(yīng)力集中. 組織

5、均勻的低塑性材料則應(yīng)考慮應(yīng)力集中,4.脆性材料和低塑性材料零件,變應(yīng)力強(qiáng)度 變應(yīng)力工作的零件失效形式將是疲勞斷裂,疲勞極限-循環(huán)特性一定的應(yīng)力作用N次而不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力rN 影響疲勞極限的因素-循環(huán)特性,循環(huán)次數(shù),應(yīng)力集中,零件尺寸,表面狀態(tài),許用安全系數(shù),1.安全系數(shù)的決定因素- A.載荷和應(yīng)力的性質(zhì)和計(jì)算的準(zhǔn)確性 B.材料的性質(zhì)和材質(zhì)的不均勻性 C.零件的重要性 D.工藝質(zhì)量和探傷水平 E.運(yùn)行條件（是否平穩(wěn)、沖擊） F.環(huán)境狀況（腐蝕、溫度條件） 2.安全系數(shù)的制定原則-在保證安全可靠的前提下,盡可能選用較小的數(shù)值,提高機(jī)械零件強(qiáng)度的措施,從結(jié)構(gòu)方面 1.合理布置零件,減少所受載

6、荷 2.降低應(yīng)力集中,均勻載荷分布 3.采用等強(qiáng)度結(jié)構(gòu) 4.選用合理截面 5.減少應(yīng)力集中 從工藝方面改善表面狀態(tài) 1. 噴丸,碾壓 2.滲碳,碳氮共滲,滲氮,表面淬火 基本原理-形成殘余壓應(yīng)力,提高表面疲勞強(qiáng)度,2.3 機(jī)械零件的表面強(qiáng)度,1.表面強(qiáng)度的重要性 2.表面強(qiáng)度分為三種: A.表面接觸強(qiáng)度 B.表面擠壓強(qiáng)度 C.表面磨損強(qiáng)度,表面接觸強(qiáng)度,1.靜載荷作用時(shí)的失效形式 -脆性材料的表面壓碎和塑性材料的表面塑性變形 計(jì)算條件,變載荷作用下的表面強(qiáng)度,-失效為疲勞破壞(表面疲勞磨損) 計(jì)算準(zhǔn)則-,提高表面強(qiáng)度的主要措施,1.增大接觸表面的綜合曲率半徑 2.將外接觸改為內(nèi)接觸 3.將點(diǎn)接

7、觸改為線接觸 4.提高表面硬度 5.改善加工質(zhì)量 6.采用粘度較高的潤(rùn)滑油,表面擠壓強(qiáng)度,1.擠壓應(yīng)力- 2.擠壓失效形式-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 5.計(jì)算公式,表面磨損強(qiáng)度,條件性計(jì)算 1、滑動(dòng)速度低、載荷大時(shí)限制表面壓強(qiáng) pp (防止壓碎及塑性變形） 2、滑動(dòng)速度高時(shí)防止?jié)櫥?pvpv 3、高速時(shí)防止速度過(guò)高加速磨損 vv,提高表面磨損強(qiáng)度的措施,1.選用合適的摩擦副材料 2.提高表面硬度 3.降低表面粗糙度 4.采用有效的潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方法 5.表面鍍層,氧化處理 6.防止灰塵進(jìn)入摩擦面 7.防止溫度過(guò)高,2.4 機(jī)械零件的剛度,剛度-零件在載荷作用下抵抗變形的能力 (力,力矩/彈性變形量) 剛度不足的影響 1.影響機(jī)器的正常工作 2.剛度是保證強(qiáng)度的重要因素 3.加工設(shè)備及加工件的剛度影響 4.剛度會(huì)影響零件的自振頻率 5.彈性元件則要求有一定的柔度,剛度的計(jì)算,剛度指標(biāo): 伸長(zhǎng)量,壓縮量,撓度,扭角,轉(zhuǎn)角 計(jì)算方法: 模型簡(jiǎn)化 計(jì)算準(zhǔn)則: 計(jì)算值不大于許用值 按剛度計(jì)算所得的零件截面尺寸一般要比按強(qiáng)度計(jì)算尺寸大,故滿足剛度要求時(shí)往往能滿足強(qiáng)度要求;但對(duì)于尺寸較大的零件,當(dāng)滿足剛度要求時(shí)不一定滿足強(qiáng)度要求,影響剛度的因素及改進(jìn)措施,1.材料對(duì)剛度的影響 彈性模量大則剛性就大,金屬大