机械设计中零件的载荷应力.pptx

机械零件的设计准则机械零件的设计准则一、强度准则一、强度准则 机器正常工作时所受的实际载荷机器正常工作时所受的实际载荷 (一般难以确定一般难以确定)1 1、载荷和应力、载荷和应力名义载荷名义载荷：工作载荷工作载荷：按原动机功率求得按原动机功率求得(理想状态理想状态)计算载荷计算载荷：载荷系数载荷系数(考虑各种附加载荷考虑各种附加载荷)功率功率 kWkW转速转速 r/minr/min静载荷静载荷变载荷变载荷不随时间不随时间不随时间不随时间改变或变化缓慢改变或变化缓慢改变或变化缓慢改变或变化缓慢随时间随时间随时间随时间作周期性或非周期性变化作周期性或非周期性变化作周期性或非周期性变化作周期性或非周期性变化（1 1）载荷）载荷（2 2）应力）应力静应力静应力变应力变应力不随时间改变或变化缓慢不随时间改变或变化缓慢随时间作周期性或非周期性变化随时间作周期性或非周期性变化变应力变应力稳定变应力稳定变应力周期性循环变应力周期性循环变应力非稳定变应力非稳定变应力非周期性循环变应力非周期性循环变应力脉动循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力非对称循环变应力对称循环变应力对称循环变应力图图3-1（3 3）几个应力参数）几个应力参数循环特征循环特征(应力比)：表示应力变化的情况表示应力变化的情况对称循环对称循环 脉动循环脉动循环 非对称循环非对称循环 静应力静应力用用r r 表示循环特征为表示循环特征为 r r 的变应力。如的变应力。如 -1-1、0 0等等r r=-1=-1r=r=0 0r 0 r 0 且且|r|1|r|1 r r=+1=+1平均应力：平均应力：应力幅：应力幅：对称循环对称循环:脉动循环脉动循环:（3 3）几个应力参数）几个应力参数1 1、载荷和应力、载荷和应力注意：注意：变载荷变载荷 变应力变应力静载荷静载荷 静应力？静应力？或变应力或变应力nP anm m=0;0;a a=maxmaxm m=a a=max max/2/22 2、静应力静应力作用下的强度问题作用下的强度问题主要失效形式主要失效形式：断裂或塑性变形：断裂或塑性变形强度条件强度条件：或或 塑性材料：塑性材料：许用应力：许用应力：lim 、lim 极限正应力极限正应力 s 安全系数安全系数lim =s；lim=s脆性材料：脆性材料：lim =b；lim=bs、s 材料屈服极限材料屈服极限b、b 材料强度极限材料强度极限3 3、变应力变应力作用下的强度问题作用下的强度问题 变应力下零件的损坏形式是变应力下零件的损坏形式是疲劳断裂疲劳断裂。疲劳断裂具有以下。疲劳断裂具有以下特征：特征：（1 1）疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低；限低，甚至比屈服极限低；（2 2）不管脆性材料或塑性材不管脆性材料或塑性材料，其最终的断口均表现为料，其最终的断口均表现为无明无明显显塑性变形的脆性断裂；塑性变形的脆性断裂；（3 3）疲劳断裂是损伤的积累疲劳断裂是损伤的积累初始裂纹初始裂纹疲劳区疲劳区(光滑光滑)粗糙区粗糙区轴轴3 3、变应力作用下的强度问题、变应力作用下的强度问题NrNrNN0疲劳曲线疲劳曲线N 应力循环次数应力循环次数rN 疲劳极限（对应于疲劳极限（对应于N N）N0 循环基数循环基数r 持久极限持久极限有限寿命区有限寿命区无限无限由此得：由此得：变应力时，取变应力时，取 lim =r（无限寿命）（无限寿命）或或 lim =rN（有限寿命）（有限寿命）m为随应力状态而不同的幂指数为随应力状态而不同的幂指数强度条件：强度条件：lim =？疲劳破坏与零件的疲劳破坏与零件的变应力循环次数变应力循环次数有关有关二、刚度准则n零件在载荷作用下产生的弹性变形量零件在载荷作用下产生的弹性变形量y y，小于或等于机器，小于或等于机器工作性能所允许的极限值工作性能所允许的极限值yy（许用变形量），就叫做满（许用变形量），就叫做满足了刚度要求，或符合刚度计算准则。其表达式为足了刚度要求，或符合刚度计算准则。其表达式为 yyyyny y可以是挠度、偏转角或扭转角可以是挠度、偏转角或扭转角n弹性变形量弹性变形量y y可按各种变形量的理论或实验方法来确定，可按各种变形量的理论或实验方法来确定，而许用变形量而许用变形量yy则应随不同的使用场合，根据理论或经则应随不同的使用场合，根据理论或经验来确定其合理的数值。验来确定其合理的数值。三、寿命准则三、寿命准则四、四、振动稳定性准则振动稳定性准则五、五、可靠性准则可靠性准则：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。：高速运转机械的设计应重视该准则。：高速运转机械的设计应重视该准则。：确保零件在规定的使用寿命内：确保零件在规定的使用寿命内正常工作正常工作的准则。的准则。：可靠度可靠度表示零件在规定的条件下和规定的时表示零件在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率。间内完成规定功能的概率。