机械零件的工作能力和计算准则

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,零,零件,的,的主,要,要失,效,效形,式,式,第二章,机,机械,零,零件,的,的,工作,能,能力,和计,算,算准,则,则,失效,：,：,零部,件,件不,能,能满,足,足工,作,作要,求,求称,为,为失,效,效,破坏,正,正常,工,工作,条,条件,引,引起,的,的失,效,效：,打,打滑,、,、胶,合,合、,共,共振,整体,断,断裂,：,：拉,，,，压,，,，弯,，,，扭,过大,的,的残,余,余应,力,力：,加,加工,，,，热,处,处理,零件,表,表面,的,的破,坏,坏：,点,点蚀,、,、磨,损,损，,热,热处,理,理,工作,能,能力,：,：不,发,发生,失,失效,时,时的,工,工作,限,限度,计算,（,（设,计,计）,准,准则,：,：（,要,要满,足,足的,条,条件,）,）,强度,准,准则,：,：,或,或,；,；,或,min/,s,刚度,准,准则,：,：,或,耐磨,性,性准,则,则：,验,验算,压,压强,：,：,，,单,单位,接,接触,面,面上,单,单位,时,时间,产,产生,摩,摩擦,功,功不,太,太大,，,，控,制,制,可靠,性,性准,则,则：,按,按传,统,统强,度,度设,计,计方,法,法设,计,计零,件,件，,由,由于,材,材料,强,强度,，,，外,载,载荷,和,和加,工,工尺,寸,寸等,存,存在,离,离散,性,性，,有,有可,能,能出,现,现达,不,不到,预,预定,工,工作,时,时间,而,而失,效,效的,情,情况,。,。希,望,望将,出,出现,这,这种,失,失效,情,情况,的,的概,率,率控,制,制在,一,一定,程,程度,之,之内,，,，这,就,就对,零,零件,提,提出,可,可靠,性,性要,求,求。,可,靠,靠,度,度,：,：,机,机,器,器,或,或,零,零,件,件,在,在,一,一,定,定,工,工,作,作,环,环,境,境,下,下,，,，,在,在,规,规,定,定,的,的,使,使,用,用,期,期,限,限,内,内,连,连,续,续,工,工,作,作,的,的,概,概,率,率,。,。,2.1,载,荷,荷,和,和,应,应,力,力,的,的,分,分,类,类,载,荷,荷,是,是,机,机,械,械,设,设,计,计,中,中,的,的,重,重,要,要,参,参,数,数,，,，,是,是,重,重,要,要,的,的,设,设,计,计,目,目,标,标,之,之,一,一,，,，,也,也,是,是,造,造,成,成,失,失,效,效,的,的,重,重,要,要,原,原,因,因,2.1.1,载荷分,类,类,静载荷,：,：不随,时,时间变,化,化的载,荷,荷,动载荷,：,：随时,间,间变化,（,（周期,或,或非周,期,期、大,小,小、方,向,向、位,置,置）的,载,载荷,名义载,荷,荷：根,据,据额定,功,功率用,力,力学公,式,式计算,出,出作用,在,在零件,上,上的载,荷,荷（F,、,、P、T）,计算载,荷,荷：考,虑,虑原动,机,机、工,作,作机、,零,零件受,力,力不均,匀,匀等因,素,素影响,而,而设计,出,出的载,荷,荷,Fc=KF,Pc=KP,Tc=KT(K,参,参见P12),2.1.2,应力分,类,类,（载荷,无,无法衡,量,量工作,极,极限，,需,需要用,应,应力,见,见 P12）,静应力,：,：只能,由,由静载,荷,荷产生,变应力,对,对称循,环,环,脉动循,环,环,可,可,以,以变载,荷,荷产生,也,也可以,由,由静载,荷,荷产生(P13),非对称,循,循环,应力循,环,环特性r:最,小,小与最,大,大应力,之,之比,变应力,的,的描述,：,：用,max,，,min,，,m,，,a,，r五,个,个参数,中,中的任,意,意两个,来,来描述,2.2,机,机械,零,零件的,强,强度,2.2.1,两种判,断,断零件,强,强度的,方,方法,应力法,=,lim,/S,=,lim,/S,安全系,数,数法,S,=,lim,/,S,S,=,lim,/,S,2.2.2,静应力,强,强度,失效形,式,式：塑,性,性变形,或,或断裂,单向应,力,力时极,限,限应力,采,采用屈,服,服极限,s,s,复合应,力,力时的,塑,塑性材,料,料（,max是破,坏,坏主因,按,按第三,、,、强度,理,理论，,单,单位体,积,积塑性,变,变形是,破,破坏主,因,因用第,四,四强度,理,理论，,公,公式见P,）,）,脆性材,料,料极限,应,应力采,用,用强度,极,极限,B,B,2.2.3,变应力,强,强度（,主要破,坏,坏形式,是,是疲劳,，,，见下,章,章）,2.2.,4,许用安,全,全系数,根据工,作,作情况,选,选择，,在,在保证,安,安全可,靠,靠的情,况,况下，,尽,尽可能,小,小（具,体,体P15,）,2.2.5,提高,机,机械,零,零件,强,强度,的,的措,施,施,（材,料,料、,截,截面,积,积及,结,结构,等,等方,法,法，,结,结构,见,见P16）,2.3,机,机械,零,零件,的,的表,面,面强,度,度,在零,件,件整,体,体没,出,出现,断,断裂,、,、塑,性,性变,形,形等,情,情况,下,下，,零,零件,表,表面,也,也可,能,能出,现,现破,坏,坏失,效,效，,这,这种,失,失效,由,由表,面,面强,度,度确,定,定,表面,强,强度,分,分：,表面,接,接触,强,强度,；,；,表面,挤,挤压,强,强度,；,；,表面,磨,磨损,强,强度,；,；,2.3.1,表面,接,接触,强,强度,产生,原,原因,：,：力,作,作用,点,点、,接,接触,面,面接,触,触不,均,均匀,及,及塑,性,性变,形,形造,成,成接,触,触面,局,局部,应,应力,较,较大,（,（P19,图,图）,计算,：,：赫,兹,兹公,式,式（P19，,理,理解,，,，并,理,理解,课,课本,上,上的,两,两个,例,例题,）,）,失效,形,形式,：,：,静载,荷,荷：,脆,脆性,材,材料,的,的表,面,面压,碎,碎和,塑,塑性,材,材料,的,的表,面,面塑,性,性变,形,形,循环,接,接触,：,：表,面,面疲,劳,劳磨,损,损（,疲,疲劳,点,点蚀,）,），,产,产生,原,原因,及,及过,程,程见P20,强度,指,指标,（,（极,限,限应,力,力）,静载,荷,荷：,最,最大,许,许用,接,接触,应,应力,Hmax,H,max,循环,接,接触,：,：接,触,触疲,劳,劳极,限,限（,在,在规,定,定的,应,应力,循,循环,次,次数,下,下材,料,料,不发,生,生点,蚀,蚀现,象,象的,极,极限,应,应力,）,）,Hmax,H,2.3.2,提高,表,表面,接,接触,强,强度,的,的主,要,要措,施,施,增大,接,接触,表,表面,的,的综,合,合曲,率,率半,径,径，,以,以降,低,低接,触,触应,力,力（,赫,赫兹,公,公式,）,）,将外,接,接触,改,改为,内,内接,触,触，,将,将点,接,接触,改,改为,线,线接,触,触，,降,降低,接,接触,应,应力,（,（课,本,本上,例,例子,）,）,提高,表,表面,质,质量,，,，使,接,接触,面,面更,均,均匀,，,，降,低,低接,触,触应,力,力，,同,同时,减,减少,缺,缺陷,，,，避,免,免发,生,生应,力,力集,中,中,提高,表,表面,硬,硬度,，,，延,缓,缓点,蚀,蚀,采用,黏,黏度,高,高的,润,润滑,油,油，,减,减轻,油,油挤,入,入裂,纹,纹，,形,形成,油,油压,2.3.3表面挤压,强,强度,产生原因,：,：局部应,力,力过大,失效形式,：,：压溃（,表,表面塑性,变,变形）和,表,表面破碎,计算公式,：,：,p,=F/A,p,A为曲,面,面接触时,的,的投影面,积,积（见P22）,2.3.4表面磨损,强,强度,计算准则,：,：,滑动速度,低,低，载荷,大,大时p,p,中速时：pv pv,高速时：pv,pv；v,v,2.3.5提高表面,磨,磨损强度,的,的主要措,施,施,采用合适,的,的摩擦副,材,材料，如,：,：钢青,铜,铜,提高表面,硬,硬度，降,低,低表面粗,糙,糙度,采用有效,的,的润滑剂,和,和润滑方,法,法,防尘、防,高,高温,2.4机械零件,的,的刚度,刚度：在,载,载荷作用,下,下抵抗弹,性,性变形的,能,能力,2.4.1刚度的影,响,响,刚度不足,影,影响机器,的,的正常工,作,作，加速,零,零件失效,（,（弹性零,件,件则需要,较,较小的刚,度,度）,刚度计算,或,或,影响刚度,的,的因素及,其,其改进措,施,施,材料对刚,度,度的影响,弹性模量,大,大则刚度,大,大，但同,类,类金属材,料,料的弹性,模,模量相差,不,不大，故,没,没必要用,合,合金钢代,替,替普通钢,来,来提高刚,度,度,结构对刚,度,度的影响,截面形状,：,：增大截,面,面面积，,采,采用中空,、,、工字钢,、,、槽钢、T形截面,等,等惯性矩,大,大的截面,支撑方式,：,：采用合,适,适的支撑,方,方式，减,少,少最大弯,矩,矩（见p24图）,采用加强,筋,筋,在装配中,适,适当增加,予,予紧力有,助,助于刚度,的,的提高（,具,具体原因,见,见章,）,）,2.5,机,机械零,件,件的冲击,强,强度,2.5.1,冲击强度,和,和冲击变,形,形计算,（P25,）,）,讨论计算,公,公式，并,定,定性地了,解,解结论,2.5.2,提高冲击,强,强度和缓,冲,冲能能力,的,的措施,增加柔性,（,（柔性结,构,构设计、,低,低弹性模,量,量材料、,增,增加橡胶,、,、弹簧垫,等,等）,避免冲击,（,（予紧防,止,止出现间,隙,隙）,2.6,温度对机,械,械零件工,作,作能力的,影,影响,2.6.1,对摩擦磨,损,损的影响,温度过高,造,造成润滑,油,油黏度下,降,降，导致,吸,吸附油膜,破,破裂，太,低,低会使油,黏,黏度过大,，,，甚至凝,固,固,2.6.2,温度对材料,膨,膨胀和收缩,的,的影响,热胀冷缩，,设,设计时要采,取,取补偿措施,（,（见P29,表,表2.5),2.6.3,温度对材料,力,力学性能的,影,影响,高温下金属,强,强度一般会,急,急剧下降，,低,低温时钢强,度,度提高，但,变,变脆；有色,金,金属在低温,下,下一般无冷,脆,脆性，且强,度,度及塑性均,有,有提高，所,以,以低温设备,常,常用有色金,属,属制造,蠕变：在一,定,定工作温度,和,和应力下，,零,零件塑性变,形,形缓慢而连,续,续增长的现,象,象，如高温,高,高压的管道,管,管壁逐渐变,薄,薄,改善蠕变的,措,措施：采用,耐,耐热钢、冷,却,却和隔热,松弛：由于,塑,塑性变形而,引,引起的，原,予,予紧零件应,力,力逐渐减小,的,的现象,改善松弛的,措,措施：采用,耐,耐温材料、,采,采用加工良,好,好的接触面,、,、定期检查,2.7机械,零,零件的振动,稳,稳定性,2.7.1,振动稳定性,失稳：机器,或,或零件发生,共,共振时，振,幅,幅会急剧增,大,大，从而丧,失,失振动稳定,性,性，这种现,象,象称为失稳,2.7.2,减轻振动的,措,措施,采用对称结,构,构，减少悬,臂,臂长度、缩,短,短中心距等,对转动零件,进,进行平衡,利用阻尼消,耗,耗振动,设置隔振零,件,件,2.8,机械零件的,可,可靠性,2.8.,1可靠性概念,可靠性：产,品,品在规定的,条,条件下和规,定,定的时间内,，,，完成规定,功,功能的能力,可靠度：产,品,品在规定的,条,条件下和规,定,定的时间内,，,，完成规定,功,功能的概率,，,，,R,t,=N,t,/N=1-N,f,/N,累计失效概,率,率：产品在,规,规定的条件,下,下和规定的,时,时间内失效,的,的概率,F,t,=N,f,/N=1-R,t,R,t,+F,t,=1,例题：铆钉,联,联接，两块,钢,钢板材料均,为,为Q215,，,，F=500000N，,求：各部分,尺,尺寸。,解：分析失,效,效方式及计,算,算公式,1。钉剪切,2,板,板