机械零件的工作能力与计算准则

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,特别申明：本电子教案中所有素材的版权归原创作者国防科技大学潘存云教授所有。购买方有权复制多份光盘用于本单位的教学。但不得提供给第三方。未经作者同意，也不得在公开出版物中引用其中的素材，违者应承担相应的法律责任。作者：潘存云 教授 2004年2月,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2-1,载,载荷和应力,的,的分类,2-2,机,机械零件的,强,强度(整体,强,强度),2-3,机,机械零件的,表,表面强度,2-4,机,机械零件的,刚,刚度,2-5、6、7、8,（,简介,）,和机,械,械失,效,效示,例,例,第2,章,章,机,机械,零,零件,的,的工,作,作能,力,力和,计,计算,准,准则,2-9,机,机,械,械现,代,代设,计,计方,法,法简,介,介,第2,章,章,机,机械,零,零件,的,的工,作,作能,力,力和,计,计算,准,准则,2-1,载,载,荷,荷和,应,应力,的,的分,类,类,二、,应,应力,的,的种,类,类,静应,力,力:,=常,数,数,变应,力,力:,随时,间,间变,化,化,一、,载,载荷:静/变,名,名义,计,计算,t,=常数,脉动,循,循环,变,变应,力,力,r,=0,平均,应,应力:,应力,幅,幅:,循环,变,变应,力,力,对称,循,循环,变,变应,力,力,r,=,-,1,脉动,循,循环,变,变应,力,力,对称,循,循环,变,变应,力,力,-1,=0,+1,静应,力,力,t,t,静应,力,力是,变,变应,力,力的,特,特例,max,min,a,a,max,m,a,a,T,max,min,m,t,2-2,机,机,械,械零,件,件的,强,强度(整,体,体强,度,度),一、,强,强度,判,判别,式,式(,计,计算,准,准则)：,应,应,力,力：,；,；,：,安,全,全,系,系,数,数,：.,二,、,、,静,静,应,应,力,力,下,下,的,的,强,强,度,度,计,计,算,算,：,：,1.,失,失,效,效,形,形,式,式,：,：,断,断,裂,裂,或,或,塑,塑,性,性,变,变,形,形,；,；,2.,分,分,析,析,：,：,极,极,限,限,应,应,力,力,：,：,a.,塑,塑,性,性；b.,脆,脆,性,性；c.,少,少,许,许,塑,塑,性,性,极,极,荷,荷,载,载,荷,荷,；,计算,应,应力：,a.单,向,向,；,b.复,合,合,：,应力,集,集中：,塑性或,组,组织不,均,均匀材,料,料不考,虑,虑：,因,因为塑,性,性变形,可,可弥补,应,应力变,化,化,组织均,匀,匀的低,塑,塑性材,料,料：考,虑,虑,三、变,应,应力下,的,的强度,计,计算（,第,第三章,中,中详讲,）,）,1失,效,效：疲,劳,劳断裂,2疲,劳,劳极限,：,：,零,零件在,变,变应力,作,作用下,到,到应力,循,循环N,次,次材,料不发,生,生疲,劳,劳破坏,的,的最大,应,应力，,和,和r、N有关,.,3判,别,别式（,分,分析）,：,：,四、许,用,用安全,系,系数S,1目,的,的：使,零,零件工,作,作更可,靠,靠，留,有,有余量.,2取,法,法总则,：,：在保,证,证安全,可,可靠的,前,前提下,，,，取得,越,越小越,好,好.,3取,决,决于：,的,计,计算精,确,确度,材料,性,性能,零件,的,的重要,程,程度,（理想,状,状态，,往,往往做,不,不到）,4取,值,值：S=,（,（1.24,）,）,查,查P15,表,表2.2,工,工作中,：,：a.,习,五、提,高,高零件,强,强度的,措,措施：,（,（改进,措,措施）,1、改,善,善零件,结,结构形,状,状,机械,：,：喷丸,2,、,改善零,件,件表面,的,的物理,状,状态,化学,：,：热处,理,理（渗,碳,碳、渗,氮,氮）,物理,：,：热处,理,理（调,质,质、正,火,火）,集中,载,载荷：,均,均布载,荷,荷,等强,度,度：,合理,截,截面,减少,应,应力集,中,中,2-3 机,械,械零件,的,的表面,强,强度,静止面,接,接触,表,表面,挤,挤压强,度,度,动面接,触,触,表,表面磨,损,损强度,动静面,潘存云,教,教授研,制,制,潘存云,教,教授研,制,制,一、,机械零,件,件的接,触,触强度,如齿轮,、,、凸轮,、,、滚动,轴,轴承等,。,。,B,机械零,件,件中各,零,零件之,间,间的力,的,的传递,，,，总是,通,通过两,个,个零件,的,的接触,形,形式来,实,实现的,。,。常见,两,两机械,零,零件的,接,接触形,式,式为点,接,接触或,线,线接触,。,。,机械零,件,件的接,触,触应力,通,通常是,随,随时间,作,作周期,性,性变化,的,的，在,载,载荷重,复,复作用,下,下，首,先,先在表,层,层内约20,m处产生,初,初始疲劳,潘存云教,授,授研制,潘存云教,授,授研制,两个零件,在,在受载前,是,是点接触或线接触。受,载,载后，由,于,于变形其,接,接触处为,一,一小面积，通常此,面,面积甚小,而,而表层产,生,生的局部,应,应力却很,大,大，这种,应,应力称为接触应力,。,。这时零件,强,强度称为接触强度,。,F,F,2,O,2,1,O,1,2,O,2,1,O,1,F,F,2,2,b,s,H,1,变形量,B,接触失效,形,形式常表,现,现为,疲劳点蚀,。,。,后果：减少了接,触,触面积、,损,损坏了零,件,件的光滑,表,表面、降,低,低了承载,能,能力、引,起,起振动和,噪,噪音。,初始疲劳裂纹,初始疲劳裂纹,裂纹的扩展与断裂,油,金属剥落出现小坑,潘存云教,授,授研制,潘存云教,授,授研制,b,由弹性力,学,学可知，,应,应力为：,对于钢或,铸,铸铁取泊,松,松比,1,=,2,=,=0.3,则有简化,公,公式。,上述公式,称,称为赫兹(H,Hertz)公,式,式,“”用于外接,触,触，,“”用于内接,触,触。,H,H,2,1,F,n,1,F,n,b,2,H,H,潘存云教,授,授研制,H,最大接触,应,应力或赫兹应力;,b,接触长度;,F,n,作用在圆,柱,柱体上的,载,载荷;,综合曲率,半,半径;,综合弹性,模,模量;,E,1,、,E,2,分别为两,圆柱体的,弹,弹性模量,。,。,接触疲劳,强,强度的判,定,定条件为,提高措施,：,：,增大综合,曲,曲率半径,点,面,面,；,；外接触,内,内,接,接触,提高零件,的,的表面应,力,力,采用粘度,均,均匀的润,滑,滑油,二、表面,挤,挤压强度,分析：,挤,挤压应力,破坏形,式,式a.,塑,塑性变形,（,（塑材）,b.压塌,（,（脆）,计算,说明：1）A,接,接触,面,面在力作,用,用下垂直,方,方向的投,影,影,2）,p,1,、,p,2,取小的一,个,个,三、表面,磨,磨损强度,（,（耐磨性,）,）,失效形,式,式：磨损,主,主参,量,量：磨损,量,量 因,为,为磨损量,不,不好算，,但,但磨损和,力,力、速度,、,、温度有,关,关,PP,PVPV,VV,控制,计,计算,控制温升,，,，功率损,耗,耗.,提高措,施,施,（条件性,计,计算）,2-4,机,机械零,件,件的刚度,概念和,计,计算,人结构,上,上按经验,来,来保证,2-5.6.7.8（简,介,介）,作,作业2-1.2.3,机械零件,失,失效实例,：,：,潘存云教授研制,轮齿塑性变形,潘存云教授研制,齿轮轮齿折断,潘存云教授研制,轴承内圈破裂,潘存云教授研制,轴承外圈塑性变形,失效原因:强度、刚,度,度、耐磨,性,性、振动,稳,稳定性、,温,温度等,原,因,因,。,。,统,计,计,结,结,果,果,显,显,示,示,：,：,断,裂,裂,仅,仅,占,占4,.,79%;,腐蚀、磨损,、,、疲劳破坏,占,占73.88%,。,。,这是,主,主要,失,失效,原,原因,。,。,潘存云教授研制,齿面接触疲劳,潘存云教授研制,轴瓦磨损,机械,现,现代,设,设计,现代,设,设计,方,方法,从,从总,体,体上,概,概括,为,为力,求,求运,用,用现,代,代应,用,用数,学,学、,应,2-9,机,机,械,械现,代,代设,计,计方,法,法简,介,介,静态的 动态的,如机器结构动力学计算,分部处理法 系统工程法,如系统工程,定性的 定量的,如有限元计算,宏观的 微观的,如微纳米摩擦学设计,串行设计 并行设计,如并行设计,可行性设计 优化设计,如优化设计,确定量 随机量,如可靠性设计,人工设计 自动化设计,如计算机辅助设计,