第十三章机械零件设计基础 机械零件的计算准则 摩擦学设计基础 机械零件材料选用原则 机械零部件的标准化
•机械零件的计算准则 •摩擦学设计基础 •机械零件材料选用原则 •机械零部件的标准化 第十三章 机械零件设计基础
§13.1机械零件的计算准则 机械零件的失效及其类型 强度准则 刚度准则 稳定性准则 耐热性准则 可靠性准则
机械零件的失效及其类型 强度准则 刚度准则 稳定性准则 耐热性准则 可靠性准则 §1３.1 机械零件的计算准则
机械零件的失效及其类型 机械零件的计算准则 失效—零件丧失正常工作能力或达不到设计要求的性能 失效形式:变形、断裂、腐蚀、磨损、老化、打滑和松动 等,也有复合型式的失效 工作能力—机械零件具有足够的抵抗失效的能力 计算准则以防止产生各种可能失效为目的而拟定的 零件工作能力计算依据的基本原则 因为失效类型不同,所以机械零件的工作能力类型 也不同,故机械零件的计算准则也不同
机械零件的计算准则 机械零件的失效及其类型 失效——零件丧失正常工作能力或达不到设计要求的性能 失效形式：变形、断裂、腐蚀、磨损、老化、打滑和松动 等，也有复合型式的失效 工作能力——机械零件具有足够的抵抗失效的能力 计算准则——以防止产生各种可能失效为目的而拟定的 零件工作能力计算依据的基本原则 因为失效类型不同，所以机械零件的工作能力类型 也不同，故机械零件的计算准则也不同
机械零件的计算准则 载荷和应力 1、载荷 按是否随时间变化,载荷∫静载荷 变载荷 动载荷:由于运动中产生的惯性力和冲击等引起的载荷 静应力 2、应力应力 循环应力 max qm最大应力;m最小应力c on-平均应力;σ-应力幅值 r-应力比(循环特性 min max R+O 循环应力 max min 2
载荷和应力 载荷和应力1 １、载荷 动载荷：由于运动中产生的惯性力和冲击等引起的载荷 静载荷 变载荷 按是否随时间变化，载荷 机械零件的计算准则 2、应力 应力 静应力 循环应力 2 max min m + = 2 max min a − = max─最大应力； min─最小应力 m─平均应力； a─应力幅值 r ─应力比（循环特性） max min r = 循环应力
机械零件的计算准则 对称循环 常见的循环应力{脉动循环 静应力(可看作是循环应力的一个特例) 对称循环应力 脉动循环应力 静应力r=1 mIn 静应力只在静载荷作用下产生,循环应力可由变载荷产生,也可 由静载荷产生
对称循环 载荷和应力3 常见的循环应力 脉动循环 对称循环应力 r = -1、 m ＝0 脉动循环应力 r=0、 min＝0 静应力 r=1 静应力（可看作是循环应力的一个特例） 静应力只在静载荷作用下产生，循环应力可由变载荷产生，也可 由静载荷产生。 机械零件的计算准则
强度准则 机械零件的计算准则 强度:指机械零件工作时抵抗破坏(断裂或塑性变形)的能力 强度条件有两种表示方法: 1)用应力表示:≤(0) 2)用安全系数表示:S≥(S)S 式中:0—计算最大应力 a)一许用应力 0m极限应力 S一计算安全系数 S)许用安全系数 注:对于切应力,只须将上述各公式中的换成矶即可
强度准则 强度：指机械零件工作时抵抗破坏（断裂或塑性变形）的能力。 强度条件有两种表示方法： 1） 用应力表示： σ ≤ 〔σ〕 〔σ〕 ＝ S σlim 2）用安全系数表示： ≥ 〔S〕 S ＝ σ σlim S 式中： σ —计算最大应力 lim σ —极限应力 S —计算安全系数 〔S〕 〔σ〕—许用应力 —许用安全系数 注：对于切应力，只须将上述各公式中的 σ 换成 τ 即可。 机械零件的计算准则 强度准则
机械零件的计算准则 静强度 在静应力下工作的零件,其可能的失效形式是塑性变形或 断裂。材料种类不同,所取极限应力也不同 单向应力状态下:O1m=Os,f1m=s 塑性材料 复合应力状态下:按第三或第四强度理论计算当暈应力。 单向应力状态下: b lim b 脆性材料 复合应力状态下:按第一强度理论计算当量应力。 ●对于塑性材料和组织不均匀的材料(如灰铸铁) 在计算静强度时,可不考虑应力集中的影响。 ●对于组织均匀的低塑性材料(如淬火钢),在计算 静强度时,应考虑应力集中的影响
静应力下的强 度 一、静强度 在静应力下工作的零件，其可能的失效形式是塑性变形或 断裂。材料种类不同，所取极限应力也不同。 塑性材料 单向应力状态下： lim = s s = ， lim 复合应力状态下： 按第三或第四强度理论计算当量应力。 脆性材料 单向应力状态下： lim = b ， b = lim 复合应力状态下： 按第一强度理论计算当量应力。 ⚫对于塑性材料和组织不均匀的材料（如灰铸铁）， 在计算静强度时，可不考虑应力集中的影响。 ⚫对于组织均匀的低塑性材料（如淬火钢），在计算 静强度时，应考虑应力集中的影响。 机械零件的计算准则
机械零件的计算准则 挤压强度 挤压应力:两零件之间为面接触时,在载荷作用 下,接触表面上产生的应力,用专表示 挤压强度:在挤压应力作用下的强度。其强度条件为 挤压应力作用下,接触面的失效形式是--“压溃”。 相互挤压表面上的挤压应力相等
挤压强度 挤压应力：两零件之间为面接触时，在载荷作用 下，接触表面上产生的应力，用 表示。 p 挤压强度：在挤压应力作用下的强度。其强度条件为： p ≤［ ］ p 挤压应力作用下，接触面的失效形式是－－“压溃” 。 相互挤压表面上的挤压应力相等。 机械零件的计算准则
机械零件的计算准则 二、疲劳强度 疲劳:机械零件在循环应力的作用下的失效形式 设计方法:标称应力法、局部应力应变法、损伤容限设计 法和概率疲劳设计法 疲劳极限:应力比为r的应力循环作用N次后,材料不发 生疲劳的最大应力 疲劳寿命(N):材料疲劳失效前所经历的应力循环次数N 疲劳曲线:应力循环特性一定时,材料的疲劳极限与应 力循环次数之间关系的曲线
接触强度 二、疲劳强度 机械零件的计算准则 疲劳：机械零件在循环应力的作用下的失效形式 设计方法：标称应力法、局部应力应变法、损伤容限设计 法和概率疲劳设计法 疲劳极限：应力比为r的应力循环作用N次后，材料不发 生疲劳的最大应力 疲劳寿命（N）:材料疲劳失效前所经历的应力循环次数N 疲劳曲线： 应力循环特性一定时，材料的疲劳极限与应 力循环次数之间关系的曲线
机械零件的计算准则 无限寿命区N≥N 对称循环 脉动循环:Oo 有限寿命区无限寿命区 当N>103(104)高周循环疲 劳当时随循环次数↑疲劳极限↓ b 疲劳曲线方程 (103(10)≤N≤N0) 0
机械零件的计算准则 无限寿命区 N N0 对称循环： 脉动循环： 0 −1 当N>103 (104 )——高周循环疲 劳当时随循环次数↑疲劳极限↓ 疲劳曲线方程 (10 (10 ) ) 0 3 4 N N N N C m m −1N = −1 0 =