1、第二章機械零件的工作能力和計算準則失效：零件在工作時喪失工作能力或達不到設計要求性能時。注意：a) 失效并不單純指破壞，破壞只是失效的形式之一。 機械零件的可能失效形式很多，歸納起來主要有強度、剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性以及溫度等方面的失效。 b) 同一種零件可能的失效形式往往有若干種。 例如：軸在工作中可能產生斷裂、過大彈性變形、共振等失效。工作能力：零件不發(fā)生失效時的安全工作限度。承載能力：對載荷而言的工作能力。同一種零件對應于各種失效形式有不同的工作能力，而起決定作用的將是承載能力中的較小值。機械零件主要應考慮的是強度、剛度、耐磨性、溫度影響、振動穩(wěn)定性及可靠性等。1 載荷和應力分類載荷和

2、應力載荷和應力1 載荷按是否隨時間變化，載荷分為：靜載荷變載荷由于運動中產生的慣性力和沖擊等引起的載荷稱為動載荷。 按是否考慮動載荷的影響，載荷分為：載荷和應力2名義載荷： 在理想平穩(wěn)條件下所受的載荷。（不考慮動載荷的影響）計算載荷載荷系數(shù)K名義載荷 。 （代表機器或零件實際所受載荷） 載荷系數(shù)K：用于計入在實際工作中受到的各種動載荷的影響。額定載荷： 由原動機的額定功率推算出的載荷。2 應力應力分為靜應力循環(huán)應力：2minmaxm2minmaxamax最大應力； min最小應力m平均應力； a應力幅值r 應力比（循環(huán)特性）maxminr循環(huán)應力載荷和應力3對稱循環(huán)脈動循環(huán)常見的循環(huán)應力有：對

3、稱循環(huán)應力r = -1、 m0脈動循環(huán)應力 r=0、 min0靜應力 r=1靜應力（可看作是循環(huán)應力的一個特例）注：靜應力只在靜載荷作用下產生，循環(huán)應力可由變載荷產生，也可 由靜載荷產生。另外，應力還分為名義應力：根據(jù)名義載荷求得的應力計算應力：根據(jù)計算載荷求得的應力a0tt0a2 機械零件的強度 （強度準則）一.判斷零件強度的方法：limlimSSlimlimSSSS強度：指機械零件工作時抵抗破壞（斷裂或塑性變形）的能力。 1.應力校核法：2.安全系數(shù)法：二.靜應力強度：失效為塑性變形或斷裂。單向應力時的塑性材料零件：a.按不發(fā)生塑性變形的條件進行強度計算；b.極限應力為材料的屈服極限S或S

4、；c.計算應力時不考慮應力集中。復合應力時的塑性材料零件：a.利用第3、第4強度理論計算： 342222TbTb22222SSSSSSSSTSSbS 按第3、第4強度理論計算時的安全系數(shù)法： 允許少量塑性變形的零件 根據(jù)允許達到一定塑性變形時的載荷進行強度計算。脆性材料和低塑性材料零件：a.極限應力應為材料的強度極限B或B；b.對于組織不均勻的材料，在計算時不考慮應力集中；而組織均勻的低塑性材料，則應考慮應力集中。 三.變應力強度：a.在變應力時工作的零件，其強度失效是疲勞斷裂。b.極限應力取rN=lim。四.許用安全系數(shù)：在保證安全，可靠的前提下，盡可能選較小的安全系數(shù)。選用安全系數(shù)的原則：

5、 一般查行業(yè)標準。塑性材料：以S=lim，如載荷和應力計算不準確時S應加大20%50%。以b=lim的材料：組織不均勻的脆性材料，在靜應力下S=34。a. 組織均勻的低塑性材料：S=23。如計算不準確，則應加大50%100%。c.變應力下： rN=lim如計算準確，載荷和數(shù)據(jù)可靠：S=1.31.5。如果準確性和可靠性不高：鋼件：S=1.52.1；灰鑄鐵S=22.4。3 機械零件的表面強度 （表面強度準則）v 靠表面接觸工作的零件，工作能力取決于接觸表面強度；v 表面強度分為：表面接觸強度、表面擠壓強度、表面磨損。一.表面接觸強度： 在載荷作用下，兩零件表面理論上為線接觸或點接觸，考慮變形，實際

6、為很小的面接觸。1.兩圓柱體接觸的接觸應力：a.兩圓柱體接觸的接觸面為矩形；b. 兩圓柱體接觸的最大接觸應力Hmax位于接觸面寬度中線處； 實際中的高副零件所受的接觸應力都是循環(huán)變化的。例如齒輪的輪齒，接觸嚙合時受應力作用，脫離嚙合時不受應力作用。 c.接觸面半寬：1114222121EEbFa222121max11124EEbFabFHbFEH418. 0max21F31Fd.最大接觸應力：e.當1=2=0.3，和E1=E2=E 時：f.可見圓柱體接觸：2.兩球體接觸：例1：1) 將齒廓在節(jié)點的嚙合看為兩圓柱體的接觸。1111222121maxAEEbFH073. 0111210598. 0

7、11121907. 0maxmaxHH2）標準齒輪傳動：3）正變位：4）應力比：6）結論：采用正變位可增加節(jié)點處的綜合曲率半徑，降低接觸應力，提高接觸強度。483. 0:783. 0:1:maxmaxmaxcHbHaH結論：最大接觸應力以兩圓柱體外接觸最高，圓柱體-平面外接觸次之，內外圓柱體內接觸最低。因此，重載情況下，宜采用內接觸。強度條件：a.失效形式：表面壓脆和表面塑變。b. 強度條件：HmaxHmax。表面磨損（表面點蝕）機理：觸應力為變應力；表面失效形式：表面疲勞磨損； 點蝕與潤滑的關系：點蝕將引起振動、沖擊噪音，是閉式傳動的主要失效形式；判斷表面接觸疲勞強度的指標：Hlim強度條件

8、：limmaxHHHHS表面未強化：SH=1.11.2； 強化時：SH=1.21.3。二.提高表面接觸強度的措施：提高表面的綜合曲率半徑；將外接觸改為內接觸；在結構設計上將點接觸改為線接觸；提高表面硬度；提高表面加工質量；采用粘度較高的潤滑油。 三.表面磨損強度（耐磨損準則）：在滑動摩擦下工作的零件，常因過度磨損而失效；滑動速度低，載荷大時，需限制接觸表面壓強：pp；滑動速度較大時，還需限制摩擦功：pvpv；1) 高速時，還需限制滑動速度：vv。4 機械零件的剛度準則yy，。 剛度是指機械零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。如果零件的剛度不足，有些零件則會因為產生過大的彈性變形而失效。 例如：

9、機床主軸的彈性變性過大將會影響所加工工件的精度。注：1）零件材料的彈性模量E越大，則其剛度越大。 2）用合金鋼代替碳鋼能提高零件的強度，但不能提高零件的剛度。 5 其它準則 一.壽命準則：腐蝕計算準則：現(xiàn)還無該計算準則。磨損計算準則：還無準確的計算準則，用通用計算方法（如上）。疲勞壽命準則：見第3章。二.振動穩(wěn)定性準則：振動：零件發(fā)生周期性彈性變形的現(xiàn)象。1. 機器中存在很多作周期性變化的激振源，如齒輪傳動、帶傳動接頭等。為避免共振，應使零件的固有頻率f與激振源頻率fp錯開。 條件：0.85ffp 1.15ffp 通過改變零件的結構和重量、改變支承位置、增加或減少輔助支承等來改變零件或系統(tǒng)的剛性即改變 f，而 fp受轉速等限制，一般不變。三.可靠性準則： 可靠性：產品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內，完成規(guī)定功能的能力。 可靠度Rt：產品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內，完成規(guī)定功能的概率； 設