机械设计第二章 机械零件的计算准则.ppt

第二章机械零件的计算准则及强度计算沈阳农业大学工程学院机械设计教研室张祖立基本要求 1、掌握载荷和应力的分类、含义及其确定方法 2、掌握静应力下零件的强度计算判据,计算应力,许用应力和安全系数的确定方法 3、了解疲劳现象和疲劳曲线的来源、意义和用途 4、了解疲劳损伤积累的概念、意义及其应用 5、了解疲劳极限线图的来源、意义和用途,能根据材料的极限应力绘制简化疲劳极限线图 6、掌握变应力下机械零件的疲劳强度安全系数校核计算方法 7、了解接触疲劳强度的概念和接触应力的计算方法重点内容 1、机械零件的失效分析 2、静应力下机械零件强度计算准则、计算应力、材料极限应力和安全系数的确定 3、疲劳现象及其断口特征、疲劳曲线及其表达式 4、线性疲劳损伤积累理论及其表达式 5、材料极限线图的功用、常用的简化疲劳极限线图的绘制及其数学表达式 6、变应力下机械零件的疲劳强度计算第一节机械零件的主要失效形式及计算准则一、机械零件的主要失效形式?失效的概念机械零件在规定的使用期间内,在规定的条件下,不能完成规定的功能而丧失工作能力时?机械零件常见的失效形式:——静应力过大产生的疲劳断裂——变应力的反复作用下产生的机械零件整体断裂中, 80% 属于疲劳断裂 、胶合、疲劳点蚀、腐蚀磨损、表面压溃、表面塑性流动等??弹性变形塑性变形??有些零件只有在一定的工作条件下才能正常地工作。如带传动和摩擦轮传动,高速转动的零件?同一种零件发生失效的形式可能有数种?齿轮的失效形式有:轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面或齿体塑性变形、齿轮其他部分的破坏?主要失效形式将由零件的材料、具体的结构及工作条件等决定?工作能力?零件不发生失效时的安全工作的限度?同一种零件可能有数种不同的失效形式,显然,起决定作用的将是承载能力中的较小值二、机械零件的计算准则?计算准则——用于计算并确定零件基本尺寸的主要依据?常用的计算准则有: 1 .强度准则强度是零件在载荷作用下抵抗整体断裂、表面接触疲劳及塑性变形的能力 2 .刚度准则刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力 3 .寿命准则影响零件寿命的主要失效形式:腐蚀、磨损、疲劳腐蚀寿命、磨损寿命没有提出实用有效的或通行的定量计算的方法疲劳寿命计算通常是求出使用寿命时的疲劳极限来作为计算的依据?????][ ][????][yy? 4 .耐磨性准则耐磨性是指磨损过程中材料抵抗脱落的能力——采用条件性计算?滑动速度低,载荷大时可只限制工作表面的压强 p ——防止过快磨损?滑动速度?较高时还要限制摩擦功耗——防止加剧磨损或胶合?高速时还要限制滑动速度?——防止加速磨损][pp?][??pp?][??? 5 .振动稳定性准则?失稳?零件的自振频率 f 与激振源的激振频率 f p 相等或相接近时,零件发生共振的现象,即丧失振动稳定性?振动稳定性准则使机器中各零件的自振频率与激振源的激振频率错开 6 .可靠性准则?设一批相同零件的件数为 N 0 ,如在 t 时间后仍有 N 件在正常地工作, 则此零件在工作时间 t 的可靠度 R ?零件的可靠度是时间的函数????? p pff ff15 .1 85 .00N NR??如果时间 t到 t+dt的间隔中,又有 dN件零件发生失效,则在此时间间隔内失效的比率式中: ?(t)称为失效率,负号表示 dN的增大将使 N减小?分离变量并积分,得?即 N tNt d/d)(???RN NN Ntt NN t ln ln dd)( 0 0 0?????????? ttteR 0d)(??浴盆曲线零件或部件的失效率?(t)与时间 t 的关系,一般是用试验的方法求得?该曲线分为三段: ?第Ⅰ段:早期失效阶段失效率由开始的很高的数值急剧地下降到某一稳定的数值原因是零、部件中所存在的初始缺陷?第Ⅱ段:正常使用阶段?失效的发生是随机性的,失效率则表现为一常数?第Ⅲ段:损坏阶段?由于长时间的使用而使零件发生磨损、疲劳等原因,使失效率急剧增加