第2章-机械零件的工作能力和计算准则PowerPoint

第2章零件的工作能力和计算准则零件的工作能力反映零件的抗失效能力。计算准则是设计零件的基本准则。重点内容基本概念基本概念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.计算准则：?机械零件丧失工作能力或达不到设计要求基本概念计算准则:计算量≤许用量失效形式工作能力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;温度过高、管道泄漏；运动精度、几何精度达不到要求等等4、常见失效形式如：疲劳断裂弯曲变形轴强度问题刚度问题计算应力＜许用应力计算变形量＜许用变形量2.1载荷与应力的分类1.载荷分类2.应力分类应力计算应力计算载荷名义应力名义载荷载荷应力变应力变载荷静应力静载荷载荷静载荷产生变应力非稳定变应力对称循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力稳定变应力变应力描述变应力特性的主要参数有：－应力循环特性。maxmin,,,,minmaxam,,maT不变稳定变应力---,,maT其中之一变非稳定变应力---最大应力---危险截面图解应力类型例2-1：设有一零件受变应力作用，已知变应力的平均应力＝189Mpa，应力幅为＝129Mpa，试求该变应力的循环特征r解：＝＋＝－＝1、刚度准则刚度：抵抗弹性变形的能力][][，yy机床主轴弹性变形过大影响加工精度2.2机械零件的强度2.2.1设计准则2、寿命准则实际使用寿命大于或等于预期寿命，L≥[L]3、温升准则Δt≤[Δt]4、强度准则强度：零件抵抗断裂、塑变、疲劳破坏的能力1）][或][][][limS][][limS2）][limSS][limSS危险截面许用应力危险截面安全系数2.2.2静应力强度在静应力条件下工作的零件，主要失效形式：塑性变形或断裂强度条件公式为（2.1）或（2.2）lim,s计算应力时可不考虑应力集中。2.复合应力/塑性材料根据第三or第四强度理论确定强度条件强度条件：222234TbTbslim1.单向应力/塑性材料SSSSSSSSTssbs22222或复合安全系数：3.允许少量塑性变形根据达到一定塑变时的载荷进行计算4.脆性材料和低塑性材料式2.1/2.2中极限应力为材料强度极限组织不均匀材料，计算时不考虑应力集中组织均匀/低塑性材料,考虑应力集中2.2.3变应力强度变应力下工作的零件，主要失效形式是疲劳断裂。应用（2.1-2.4)计算时，极限应力取疲劳极限limrN安全系数的选择原则：安全、可靠的前提下，尽可能选较小的许用安全系数安全系数过小，机器不够安全；安全系数过大，在材料、加工、运输等方面不经济，机器笨重自学P15-172.2.4许用安全系数2.3机械零件的表面强度表面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滑动摩擦下工作挤压应力应力的分布规律：ρ1ρ2max221212111HFbEE2.3.1表面接触强度表面接触应力：局部小面积上产生的接触应力赫兹表面疲劳磨损——疲劳点蚀，简称点蚀主要失效形式：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：p212.3.1表面接触强度点蚀的形成和润滑油的关系：P21不发生失效的强度条件：HHmax2.3.2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：212121maxmaxmax1111111111:1:1::cbacbacHbHaH483.0:783.0:1::maxmaxmaxcHbHaH图2.10计算公式挤压应力：通过局部配合面间的接触传递载荷的零件，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：pp销2.3.4表面磨损强度滑动摩擦下工作的零件，常因过度磨损失效。影响磨损的因素很多，且比较复杂，常采用条件性计算1）滑动速度低、载荷大时，只限制工作表面的压强pp2）滑动速度较高，还要限制摩擦功耗，以免温度过高润滑失效pvpv3）高速时还要限制滑动速度，以免速度过高加速磨损，降低零件寿命vv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图2.10例题2.2ρ1ρ2ρ1ρ1ρ2图2.2在静载荷下，随时间变化的变应力σσσσσmaxσminσmσaσm=（σmax+σmin)/2σa=（σmax-σmin)/2maxminσmaxσmaxσmax图2.1应力类型静应力对称循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力赫兹：(1857-1894)德国物理学家，生于汉堡，1885年任卡尔鲁厄大学物理学教授1881年，赫兹解出两弹性体局部接触时弹性体内的应力分布实验证实电磁波的存在1894年元旦血中毒逝世2007年九江大桥2010年宝成铁路巴拿马油轮机械失效分析发展的战略思考新学科：金属材料断口学痕迹分析失效预测具体问题：固体材料环境损伤的演化诱致突变及预测新材料断口特征及其规律研究构件的安全可靠性评估电子产品及控制系统的失效分析失效过程的计算机模拟与辅助诊断