天津大学：国家级十五规划教材《机械原理与机械设计》课程教学资源（PPT课件）第十三章 机械零件设计基础

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 =