4第四章机械零部件工作能力设计计算基础
机械零件的工作能力和计算准则
1 材料强度
考虑零件的材料强度和承载能力以判断其工 作能力。
2 工作环境
考虑工作环境对零件的影响，如温度、湿度、 震动等。
3 负荷类型
不同负荷类型对零件的影响不同，如静载、 动载和冲击载荷。
4 设计安全系数
考ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ设计安全系数以确保零件在工作过程中 不失效和破坏。
机械零件工作能力计算的公式和方法
公式
根据材料的强度和负荷类型选 择适当的工作能力计算公式。
机械零件的工作能力和计 算准则
本演示将介绍机械零件的工作能力定义、计算因素、公式和方法，以及实践 示例、注意事项、应用范围和限制。提供专业知识和实用指南。
机械零件工作能力的定义
机械零件工作能力是指零件在规定工作条件下能够承受的最大工作负荷或扭矩。它是保证机械设备正常运行和 安全性的重要指标。
机械零件工作能力计算的考虑因素
机械零件计算准则的应用范围 和限制
机械零件的工作能力计算准则适用于各种机械设备和工程领域，如汽车、航 空航天、能源等。但是，它也存在一些限制，如复杂结构的零件和特殊工况 下的应用。
结束语和总结
机械零件的工作能力和计算准则对于提高机械设备的性能和可靠性至关重要。 正确应用工作能力计算准则可以确保零件的安全性和可持续性。希望本演示 能够帮助您深入了解机械零件的工作能力和计算方法。
评估结果并根据需要进行设计优 化。
计算过程中的常见误区和注意事项
忽视工作环境
工作环境对零件的影响常常被忽视，导致计算 结果不准确。
安全系数设置过高
过高的安全系数可能导致设计过于保守，降低 零件的工作能力。
错误使用公式
选择错误的计算公式会导致工作能力计算结果 不符合实际情况。
机械零件的工作能力和计算准则
单向应力状态： 塑性材料
lim s ， lim s
按第三或第四强度理论计算当量应力。
复合应力状态：
单向应力状态：
脆性材料
lim B
，
lim B
复合应力状态： 按第一强度理论计算当量应力。
非稳定循环变应力
随机性非稳定循环变应力
静应力 应力 变应力 o t
脉动循环应力 对称循环应力
稳定循环变应力
非对称循环应力
规律性非稳定循环变应力
非稳定循环变应力
随机性非稳定循环变应力
尖峰应力
周期
规律性
随机性
静应力（可看作是循环应力的一个特例）
T σ σ r =+1 σ σ a r =0 σa σmax σa r = -1 σmaxσ σm σ σ σ max a a min σmin σa σ m σ t Ｏ tＯ tＯ min
为了防止机械零件在工作中产生失效，设计时，需要以零件的工作能力计算
准则为依据进行必要的计算。机械零件的设计准则大体有：
载荷和应力1
• 强度准则
• 刚度准则
• 寿命准则 • 振动稳定性准则 • 可靠性准则 • 摩擦学准则
§1
ห้องสมุดไป่ตู้1 载荷
载荷和应力的分类
静载荷
按是否随时间变化，载荷分为：
变载荷
由于运动中产生的惯性力和冲击等引起的载荷称为动载荷。 按是否考虑动载荷的影响，载荷分为： 名义载荷：在理想平稳条件下所受的载荷（不考虑动载荷的影响） 计算载荷＝载荷系数K×名义载荷（代表机器或零件实际所受载荷） 载荷系数K：用于计入在实际工作中受到的各种动载荷的影响。
机械零件工作能力计算的理论基础
4
力的三要素
大小 方向 —→ 常用带箭头的有向线段表示，如图示 作用点 大小：线段的长度 方向：线段的位置及箭头的指向 作用点：线段的起点或终点 力常用字母F 表达
机械零件工作能力计算的理论基础
内力： 内力：系统内各物体间的相互作用力 外力： 外力：系统外的物体对系统的作用力
5
几 个 概 念
力系： 力系：作用于同一物体的一群力 合力： 合力：一个力与一个力系等效 等效力系：两个力系对同一刚体的作用效果相同 等效力系： 平衡力系：物体受到的力系合力为零， 平衡力系：物体受到的力系合力为零，则物体的运动 状态保持不变
—→ 反抗失效 ＞ 失效 —→ 解决办法：合理设计 遵循设计准则 设计准则
机械零件工作能力计算的理论基础
设计准则（工作能力准则） 设计准则（工作能力准则）： 1、强度准则 、 强度： 强度：零件抵抗断裂、塑性变形、疲劳破坏的能力。 方法： 方法： 1） σ ≤ [ σ ] 或 τ ≤ [τ ] 2） Sσ = 2、刚度准则 、 刚度：抵抗弹性变形的能力。 y ≤ [ y ] ，θ ≤ [ θ ] 刚度： 3、寿命准则 、 4、温升准则 、 实际使用寿命大于或等于预期寿命，L ≥ [ L ]。 ∆t ≤ [∆t ]
扭转：
弯曲：
机械零件工作能力计算的理论基础
§3 轴的拉伸与压缩
一、横截面上的内力和应力 内力：在外力作用下，杆件内部材料的 内力 颗粒间因相对位置改变而产生的相互作用力。 应力：单位面积上的内力。 应力 正应力：垂直于横截面的应力。 σ = F /A = N /A 式中：N 为拉（压）杆横截面上的内力，N； F 为轴向受拉（压）外力，N； A 为拉（压）杆横截面面积，mm2； σ 为拉（压）杆应力，N/mm2（ Pa帕：N/mm2 ）。 应变：单位长度的伸长量。 应变
机械零件工作能力计算的理论基础
F 工作应力 A
极限应力
塑性材料
lim S
lim S
S—安全系数是大于1的数，其值由设计规范规定。
把极限应力除以安全系数称作许用应力。
安全系数的取值可查阅专门表格进行选取。 塑性材料的许用应力 s S
b 脆性材料的许用应力 S
如果零件的刚度不足，有些零件则会因为产生过大的弹 性变形而失效。
3
轧钢机螺旋丝杠断牙宏观图
丝杠断牙部位 丝杠断牙局部放大
4
键槽应力集中导致齿轮轴疲劳断裂 初始裂 纹源
裂纹扩 展区 键槽
最终瞬 断区
5
整体塑性变形
6
冷胶合：低速重载，接触零件挤压粘着，相对运动撕裂。
7
热胶合：润滑不良引起的齿面
27
§2-2 轴的拉伸和压缩
4 应力集中的概念
等截面直杆受轴向拉伸或压缩时横截面上的 应力是均匀分布的。
由于结构的需要，构件的截面尺寸往往会突 然变化，例如开孔、沟槽、肩台和螺纹等， 局部的应力不再均匀分布而急剧增大
构件内局部区域应力突然增大的现象称为 应力集中
28
§2-2 轴的拉伸和压缩
应力集中
以右手4个手指弯曲的方向沿扭矩转动的方向，大拇 指伸直与截面垂直，则大拇指的指向即为扭矩的方向。
扭矩正负号：
指向截面为负，离开截面为正
指向截面
离开截面
36
§2-4 圆轴的扭转
扭矩图
将扭转轴的扭矩沿截面的分布用图形表示
已知A轮输入功率为65kW，B、C、D轮输出功率 分别为15、30、20kW，轴的转速为300r/min，画 出该轴扭矩图。
26
机械零件的工作能力和计算准则
– 采用合适的摩擦副材料，如：钢－青铜 – 提高表面硬度，降低表面粗糙度 – 采用有效的润滑剂和润滑方法 – 防尘、防高温
• 2.4 机械零件的刚度
– 刚度：在载荷作用下抵抗弹性变形的能力
• 2.4.1 刚度的影响
– 刚度不足影响机器的正常工作，加速零件失效（弹性零件则需要较小的刚度）
• 刚度计算
– ｙ≤［ｙ］或θ≤［θ］ φ≤［φ］
• 影响刚度的因素及其改进措施
– 材料对刚度的影响
• 弹性模量大则刚度大，但同类金属材料的弹性模量相差不大，故没必要用合 金钢代替普通钢来提高刚度
– 结构对刚度的影响
• 截面形状：增大截面面积，采用中空、工字钢、槽钢、T形截面等惯性矩大的 截面
• 支撑方式：采用合适的支撑方式，减少最大弯矩（见p24图） • 采用加强筋
– 在装配中适当增加予紧力有助于刚度的提高（具体原因见１８章）
• 2.5 机械零件的冲击强度
• 2.5.1 冲击强度和冲击变形计算（P25）
– 讨论计算公式，并定性地了解结论
• 2.5.2 提高冲击强度和缓冲能能力的措施
– 增加柔性（柔性结构设计、低弹性模量材料、增加橡胶、弹簧垫等） – 避免冲击（予紧防止出现间隙）
–
Fc=KF ,Pc=KP, Tc=KT(K参见P12)
• 2.1.2 应力分类（载荷无法衡量工作极限，需要用应力,见 P12）
– 静应力：只能由静பைடு நூலகம்荷产生
– 变应力 对称循环
脉动循环
可以变载荷产生也可以由静载荷产生(P13)
非对称循环
– 应力循环特性r:最小与最大应力之比
– σ 变应力的描述：用 max ， σmin ， σm ， σa ，r五个参数中的任意两
机械零件设计的基础知识及设计方法简介
Modern Considerations & Others
1. Safety 2. Ecology (land, air, water, thermal pollution) 3. Quality of life 4. Reliability and maintainability 5. Aesthetics
计算准则
一、强度(Strength)准则
强度 (Strength) 是指零件在载荷作用下抵抗
断裂、塑性变形及表面损伤的能力。 计算条件为：
σ ≤ [σ ]
S ≥ [S]
另一种表示方式是：
σ 2 σ1
[σ ]
二、刚度(Rigidity)准则
刚度 (Rigidity) 是指零件受载后抵抗弹性变 形的能力。 计算条件为：
内、外圈破裂实例
二、过量变形
过量变形 过量的弹性变形 塑性变形
塑性变形(Plastic Distortion)：零件过载时，塑性材 料发生塑性变形。 过量的弹性变形(Excessive Elastic Distortion)： 微小的弹性变形不可避免，但过量的弹性变形会 使零件、机器不能正常工作。
设计/绘图
制造样机
实物样机 实 验
产品定 型生产
改进设计
现代设计方法
（一）计算机辅助设计(CAD) （二）优化设计 (Optimization Design) （三）可靠性设计 (Design for Reliability) （四）模块化设计 (Modularization Design) （五）机械系统设计 (Mechanical System Design) （六）价值分析 (Value Analysis) （七）专家系统 (Expert System) （八）机械动态设计 (Mechanical Dynamic Design) （九）并行设计 (Concurrent Engineering)
4第四章 机械零部件工作能力设计计算基础
σHmin σHmax
线接触应力 图5.5表示曲率半径各为1和2、长为b的两个圆柱体接触，载荷为F，由于接触表面局 部弹性变形，形成一个2ab的矩形接触面积，该面上的接触应力分布是不均匀的，最 大应力位于接触面宽中线处。
F ρ1
2a b ρ2
F
图5.5 两圆柱体接触应力分布
由弹性力学的赫兹（Hertz）公式可得最大接触应力为
H max
F
11
1 2
（5.10）
b 1 12
E1
1 22
E2
式中，1、2──为两接触体材料的泊松比
E1、E2──为两接触体材料的弹性模量
1、2_ ─两圆柱体接触处的曲率半径,外接触取正号，内接触取 负号,平面与圆柱或球接触，取平面曲率半径2=。
F
F
F
a
F
(a) 车轮轴 F
F
(b) 车轴受力
图5.4 车轴的弯曲
6.弯曲:
车轴轮受的弯矩M，轴的横截面上的应力分布。
F
F
F
F
F
(a) 车轮轴 F
M
a
(b) 车轴受力
+σb
+σb
-σb
-σb
(c) 弯矩
(d) 弯曲应力分布
图5.4 车轴的弯曲
从图可看出弯曲应力不是均匀分布的，在中性面上为零，中
性面一侧受拉伸，另一侧受压缩。
p F A'
5.3b），5.扭转
当受到转矩T作用时，轴受扭转，扭转剪应力是不均匀分布的（图 圆轴截面的扭转剪应力最大值为
T
WT
（5.8）
式中：WT一抗扭截面系数，圆截面WT=d3/160.2d3。
西安交通大学考研专业课《802机械设计基础》基础提高讲义
运动链（ Ｋ ｉ ｎ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃＣ ｈ ａ ｉ ｎ ） — — —两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统 。 ·按照几何形状是否封闭， 可以分为开链和闭链： 闭链： 指运动链的各构件构成首尾封闭的系统。 开链： 指运动链的各构件未构成首尾封闭的系统。 ·按照各构件间的相对运动可分为平面运动链和空间运动链： 平面运动链： 各构件间的相对运动为平面运动的运动链。 空间运动链： 各构件间的相对运动为空间运动的运动链。 自由度（ Ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅｏ ｆ Ｆ ｒ ｅ ｅ ｄ ｏ ｍ ） — — —构件所具有的独立运动个数 。 空间自由构件： — — —６个
２ ． 现代设计方法
现代广义设计和分析科学方法的统称 设计思想上： 强调创新设计、 动态设计 设计方法上： 采用更加科学、 理性和系统的设计方法 设计手段上： 利用最新计算机技术
第三章 ㊀ 机械运动设计与分析基础知识
１ ． 概述
对机构进行研究： （ 研究什么， 用什么方法研究） 首先， 对机构进行研究， 就要研究机构的组成及组成要素， 机构的组成要素就是构件与运动副； 其次， 对机构进行研究， 要研究机构在什么条件下才具有确定的相对运动， 这就是机构的自由度 计算； 再次， 对机构进行研究， 要对机构进行运动分析与设计， 就必须建立机构的运动模型， 这个模型就 是机构运动简图； 最后， 研究机构运动特性的一种工具— — ——速度瞬心法。
— ６—
西安交通大学《 ８ ０ ２机械设计基础》 基础提高
移动： Ｘ 、 Ｙ 、 Ｚ ； 转动： Ｘ 、 Ｙ 、 Ｚ 平面自由构件： — — —３个 例㊀在 Ｘ Ｏ Ｙ平面， 移动 Ｘ 、 Ｙ ； 转动 Ｚ 约束（ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ） — — —对自由度的限制个数 。 自由度和约束之和应为 ６ 。运动副为活动联接， 所以引入的约束数目最多为 ５个， 而剩下的自由 度最少为 １个。 自由度 １ ５ ； 约束 １ ５ 。 ２ ） 运动副的分类 按构成运动副的两构件的相对运动分 转动副： — — —两构件之间的相对运动为转动 移动副： — — —两构件之间的相对运动为移动 平面滚滑副： — — —相对滚动和相对滑动并存 螺旋副： — — —几何特征是两螺旋面接触， 相对运动为螺旋运动 球面副： — — —球面运动 圆柱副： — — —几何特征为两圆柱面配合， 构成圆柱副的两构件都可绕其轴线做相对转动， 与转动 副的区别在于圆柱副还可以延其轴线方向移动 按运动副接触形式分 低副— — —两构件通过面接触而构成的运动副。 运动副 高副— — —两构件通过点或线接触而构成的运动副。（ 滚滑副、 球面高复、 圆柱高副） 根据锁合方式分 形锁和： 是指用几何形状来完成锁合（ 又称几何锁合） 力锁合： 是利用外力使两运动副元素始终保持接触。 ３ ） 由基本概念看机构的组成 运动链成为机构的条件 （ １ ） 将运动链中的一个构件固定为机架； （ ２ ） 必须有原动件。 机构中构件的类型： 机架— — —机构中作为参考系的构件。 原动件— — —机构中按给定的运动规律独立运动的构件。 从动件— — —机构其余活动构件。 机构的分类： 平面机构— — —组成机构的各构件间的相对运动为平面运动。 空间机构— — —组成机构的各构件间的相对运动为空间运动。
机械零件的工作能力和计算准则
机械零件的工作能力和计算准则机械零件的工作能力是指其在特定工作环境下承受外部力和承载物体的能力。
机械零件的工作能力是保证机械设备正常运转的基础，因此需要进行合理的设计和计算。
本文将从机械零件的工作能力和计算准则两方面，来详细探讨机械零件在设计和应用中的重要性。
机械零件的工作能力直接关系到机械设备的负载能力以及运行的安全性和可靠性。
在设计机械零件时，必须考虑到其所受的力和载荷，保证零件不会超过其承载能力，避免零件的过载现象和破坏。
机械零件的工作能力通常包含以下几个方面的考虑：1.强度：机械零件的强度是指在外部力的作用下，不发生塑性变形和破坏的能力。
在设计机械零件时，需要根据外部力的大小、形式以及工作环境的特点来确定零件的强度标准。
通过合理的材料选择和结构设计，确保机械零件能够承受所受的力而不发生失效。
2.刚度：机械零件的刚度是指零件在外部力作用下的变形能力。
刚度越大，零件的变形越小，提高了机械设备的精度和工作稳定性。
在设计机械零件时，需要考虑不同工作条件下的应力分布和变形情况，使得零件具有适当的刚度。
3.寿命：机械零件的寿命是指其在工作条件下能够承受的循环载荷的次数。
通过分析零件的应力状态和应力历程，可以计算出零件的寿命，以保证机械零件可以在规定寿命范围内正常工作。
1.按规范进行设计：设计机械零件时，需要根据国家或行业的有关规范和标准进行设计。
这些规范主要包括材料的选择、零件的几何尺寸、载荷条件的确定等方面。
按照规范进行设计，可以确保机械零件的工作能力和安全性。
2.采用合适的材料：材料的选择是机械零件设计的重要环节。
设计师需要根据工作环境和工作条件的要求，选择具有合适强度和刚度的材料。
同时，还要考虑材料的耐磨性、耐腐蚀性等性能，以保证零件能够长期稳定工作。
3.合理确定载荷和荷载条件：在进行机械零件设计时，需要准确地确定零件所受的力和载荷条件。
通过对工作环境的分析和计算，可以确定零件所受的静载荷、动载荷以及瞬变载荷等，以保证零件的工作能力和安全性。
机械零件的工作能力和计算准则
机械零件的工作能力和计算准则引言机械零件是现代机械工程中不可或缺的组成部分，它们承担着各种功能和载荷。
了解机械零件的工作能力和计算准则对于设计和制造高效可靠的机械系统至关重要。
本文将介绍机械零件的工作能力和计算准则，以帮助读者理解和应用。
工作能力机械零件的工作能力指的是其在各种工作条件下所能承受的外力和载荷。
了解机械零件的工作能力对于避免失效和保证机械系统的安全运行至关重要。
以下是一些常见的机械零件的工作能力：1. 钢材的抗拉强度钢材的抗拉强度是指其在拉伸过程中所能承受的最大外力。
在设计机械零件时，需要确保所选用的钢材的抗拉强度能够满足实际工作条件下的外力要求。
2. 轴承的承载能力轴承是机械系统中常见的零件，它们承担着支撑和传递载荷的任务。
轴承的承载能力是指其在工作过程中能够承受的最大载荷。
在选择和设计轴承时，需要考虑所需承载能力以及预计的工作条件。
3. 齿轮的承载能力齿轮是传动系统中重要的元件，它们负责传递动力和承受转矩。
齿轮的承载能力是指其在工作过程中能够承受的最大转矩。
在设计齿轮时，需要确保其承载能力能够满足实际工作条件下的转矩要求。
为了保证机械零件的工作能力，我们可以使用一些计算准则来评估其在各种工作条件下的性能。
以下是常见的机械零件计算准则：1. 安全系数安全系数是指机械零件的实际工作能力与设计要求之间的比值。
通常，我们会给机械零件设置一个合适的安全系数，以确保其在工作过程中有足够的余量。
安全系数的选取应考虑到工作条件和材料性能等因素。
2. 疲劳寿命疲劳寿命是指机械零件在连续循环加载下能够承受的次数。
疲劳寿命与工作负载、材料强度和设计几何形状等因素有关。
通过计算疲劳寿命，可以评估机械零件在实际工作条件下的寿命。
应力分析是用于评估机械零件受力情况的一种方法。
通过应力分析，可以计算出机械零件在工作过程中所受到的应力，进而评估其工作能力。
常见的应力分析方法包括有限元分析和解析计算等。
结论机械零件的工作能力和计算准则对于设计和制造可靠的机械系统至关重要。
机械零件的工作能力与计算准则
机械零件的工作能力与计算准则1. 引言机械零件是机械系统中的基础组成部分，决定了整个机械系统的工作能力和性能。
为了确保机械系统的稳定运行，必须对机械零件的工作能力进行准确的计算和评估。
本文将介绍机械零件的工作能力和计算准则，包括材料强度、负载分析和安全系数等方面的内容。
2. 材料强度材料强度是衡量机械零件抵抗外部力量的能力的关键指标。
常用的材料强度参数包括抗拉强度、屈服强度和断裂强度等。
在设计机械零件时，需要确定零件所能承受的最大力量，并与材料的强度进行对比，以确保零件不会发生破裂或变形。
2.1 抗拉强度抗拉强度是材料抵抗拉伸力的能力。
它是材料在受到拉伸时所能承受的最大应力。
常见的抗拉强度单位为兆帕（MPa），表示材料所能承受的力量与其横截面积之比。
2.2 屈服强度屈服强度是材料开始变形的临界点。
超过屈服强度，材料将发生可逆变形，并会出现塑性变形。
屈服强度常用于设计机械零件的安全边界，确保零件在正常工作状态下不会产生塑性变形。
2.3 断裂强度断裂强度是材料在受到拉伸力作用下破裂的抵抗能力。
当拉伸应力超过材料的断裂强度时，材料将发生断裂破裂。
断裂强度是设计机械零件时必须考虑的重要参数，以确保零件在受大力作用时不会发生破裂。
3. 负载分析负载分析是计算机械零件工作能力的重要方法。
通过对零件所受到的力量和力矩进行分析，可以确定零件的承载能力和工作状态。
常见的负载分析方法有静力学分析和动力学分析。
3.1 静力学分析静力学分析是计算零件在静态负载下的应力和变形的方法。
通过分析外部应力和内部应力的平衡关系，可以计算零件受力部位的应力分布和变形情况。
静力学分析是设计机械零件的基础，可以评估零件在正常工作状态下的工作能力。
3.2 动力学分析动力学分析是计算零件在动态负载下的应力和变形的方法。
通过分析零件所受到的力矩和动态载荷，可以计算零件在加速度下的应力分布和变形情况。
动力学分析主要用于评估机械零件在高速运动和震动工况下的工作能力。
〖机械〗机械零件的工作能力和计算准则
注:零件承受静载荷时不仅产生静应力,有时也能产生变应力。如:承 受静载荷的回转运动或周期性运动的零件将产生变应力。 变应力的五大特性参数: 应力最大值σmax ; 应力最小值σmin;应力平均值σm;应力幅度值 σa;应力变化的循环特性r
2.4 机械零件的刚度
校核条件: y y.... ....
以上三个参数分别表示零件的挠度、变形角、扭转角。 2.5 机械零件的冲击强度 2.6 温度对机械零件工作能力的影响 2.7 机械零件的振动强度
2.8 机械零件的可靠性
决定机械零件工作能力和寿命的因素:
1、 机械零件的整体强度 ── 正应力强度σB σS σrN 切应力强度τB τS τrN
补充:脆性材料的零件应按第一强度理论确定强度准则,
即:
1 2
b
2 b
4
2 T
S
2 b
S
b
2 b
4
2 T
3. 允许有少量变形的零件 材料在允许有少量变形下所承受的载荷较大。
4. 脆性材料和低塑性材料的零件
2.2.3 变应力强度 在变应力下工作的零件失效将是疲劳断裂
αrN─循环特性r一定时应力作用N次后,材料未发生疲劳破 坏时的最大应力,称为疲劳极限。
度达1.5μm的微细轴。
工艺基础的基本概念
2.2.4 许用安全系数
选择原则:在保证安全可靠的前提下,尽可能选用较小的安全系 数。
2.2.5 提高机械零件的强度的措施
1. 合理布置零件,减少所受载荷 2.降低载荷集中,均匀载荷分布 3.采用等强度结构 4.选用合理截面 5.减小应力集中
机械零件的工作能力和计算准则
机械零件的工作能力和计算准则在机械设计和制造领域，机械零件的工作能力是非常重要的一个概念。
它通常指的是机械零件在承受负荷（载荷）时，能够承受的最大力或扭矩。
而机械零件的计算准则，就是根据不同的工作情况和零件特点，通过相应的计算公式和标准，来确定机械零件的工作能力。
机械零件的工作能力承受力的定义和计算机械零件承受力是指机械零件在静态或动态工作时，承受的最大载荷。
而承受力的计算则需要考虑多种因素，包括材料的强度和硬度、零件的尺寸和形状、载荷的作用方向和大小等。
机械零件承受力的计算公式通常由机械设计师和工程师制定，具体的计算方法也有不同的标准和规范。
例如，ISO和ASME等标准就制定了不同的机械零件承受力计算方法和公式，以满足不同应用场景和使用要求。
扭矩的定义和计算除了承受力外，对于一些需要扭转运动的机械零件，扭矩的计算也是非常重要的。
扭矩是指在一定长度的臂杆上，施加的作用力与臂长的乘积。
而对于圆形截面的零件，扭矩还可以用杆的直径、长度和材料的剪切强度等因素来计算。
同样，机械零件扭矩的计算也需要考虑多种因素，包括零件的形状和尺寸、材料的强度和硬度、扭矩作用的方向和大小等。
机械工程师必须根据具体的工作情况和使用要求，制定相应的扭矩计算公式和标准。
机械零件的计算准则机械零件的计算准则主要是针对零件的尺寸、材料、工艺和加工精度等各个方面制定的规范和标准。
根据不同的机械零件特点和工作要求，工程师们需要遵循相应的计算准则来设计和制造机械零件。
国际标准国际标准化组织（ISO）制定了众多机械零件的计算准则和标准，例如机械弹簧的计算、螺纹的计算、齿轮的计算等。
这些计算准则和标准对提高机械零件的质量和可靠性具有重要的意义，而且还可以提高机械零件的交换和共享能力，减少设计和制造成本。
ASME标准ASME（美国机械工程师学会）也制定了一系列机械零件的计算准则和标准，例如ASME B16.5钢制管法兰和配件的标准、ASME SA-106无缝钢管等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
– 准周期载荷 – 瞬变载荷：非周期性的突加载荷。
随机载荷：载荷的幅值和频率都随时间变化，且不 能够用一个函数确切地描述。
周期载荷和周期应力
变应力参数及典型变应力
1. 变应力参数
σ
最大应力：σmax 最小应力：σmin
平均应力：
m
max min 2
应力幅：
(a) 传动轴
τmax
T
T
φ
(b) 轴的扭切应力
图5.3 传动轴的扭转
6.弯曲 车轮轴的受力情况
F
F
F
a
F
(a) 车轮轴 F
F
(b) 车轴受力
图5.4 车轴的弯曲
6.弯曲:
车轴轮受的弯矩M，轴的横截面上的应力分布。
F
F
F
F
F
(a) 车轮轴 F
M
a
(b) 车轴受力
+σb
+σb
-σb
-σb
(c) 弯矩
F
F
F
挤压应力图 受挤压后也的变形图 受力的简化图
挤压问题的条件性计算:假定挤压应力是均匀分布在钉孔的有效挤压面上，有效 挤压面积就是实际受挤压面积在钉孔直径上的投影面积A′=2bd。钉孔表面的挤压应 力为
p
F A'
挤压问题的条件性计算:假定挤压应力是均匀分布在钉孔的有效挤压面上，有效 挤压面积就是实际受挤压面积在钉孔直径上的投影面积A′=2bd。钉孔表面的挤压应 力为
b
Fa 0.1d 3
（5.9b）
4.3.1接触应力
Байду номын сангаас• 计算载荷：考虑实际工作中受到的不同因素的影响后零件所受 的载荷。
Tc = K·T
注:计算载荷只是初步设计时所依据的一个数值，它与用在零件上随机变化的实 际载荷是有区别的。实际载荷与计算载荷之间的差异以及对强度的影响，可 在安全系数中考虑。
• 3、实测法
4.3 机械零件中的应力
• 几个重要的概念
a
max
min 2
σa σa
σmin
σmax σm
t
应力循环特征：用来表示应力的变化情况 r=σmin/σmax
注意：五个参数具有符号，计算时要带有符号； σmax、σmin是指绝对值而言。
2. 典型变应力及应力循环特征r
σ
σ
σ =常数 t
a）静应力：r= +1 变应力特例
σ
σa
σmax
t σmin
c
F A
(3-4)
D b2 b
bD
F
FF
F
开口销
d
图5.2 （a）拉杆连接
5.剪切:如图b所示， 在受拉力F作用下，销钉的截面①、
两杆的截面②和③均受到剪切通。常假定剪应力是均匀分布的
，则这些剪切面上的剪应力为
F
(3-
A
5)
式中：A为各个零件本身受剪切面积之和，如销钉A=2d2/4；杆接头A=4cb。
静载荷：不随时间变化或随时间缓慢变化的载荷
动载荷：随时间变化的载荷。
确定性载荷：随时间变化的规律能用明确的数学关系式描述的载荷 随机载荷：随时间变化的规律不能用明确的数学关系式描述的载荷
载荷的分类
周期性载荷：载荷是随时间做周期性变化的。
– 对称循环 – 脉动循环 – 非对称循环 – 规律性不稳定循环
– 名义应力：根据名义载荷计算求得的应力称为名义应力 – 计算应力：根据计算载荷计算求得的应力称为名义应力
• 应力也可分为静应力和变应力
– 静应力：作用在零件上的载荷的大小和相对与零件的载荷方向不变的应力 称为静应力。
– 变应力：非静应力的应力。
• 应力也可以分为体积应力和表面应力
– 体积应力：在玲件体内产生的应力，如拉伸应力、压缩应力、弯曲应力、 扭转应力和剪应力。
– 表面应力：作用在接触表面的应力，如表面挤压应力和接触应力。
1.拉伸: 图5.2为拉杆联接，图5.2a为各部分的尺寸和受力情况。 当联接杆受实线箭头拉力F作用时，杆内将产生拉应力，其值为
F
A
式中：A为杆的截面面积，A=D2/4。
（5.3）
D b2 b
bD
F
FF
F
开口销
d
图5.2 （a）拉杆连接
2.压缩: 图5.2的杆联接受虚线箭头压力F作用时两联接杆将受压应力c， 其值为
杆A
销钉
杆B
F
④
④
①
F
④
F
⑤
②
③ ⑥
F
a
图5.2（b）拉杆连接各零件受剪切和挤压部位
4.挤压:如图b所示， 在销钉和杆的钉孔互相接触压紧的表面④、⑤、⑥处受到挤压 的作用。
杆A
销钉
杆B
F
④
④
①
F
④
图c所示为杆A钉孔受挤压的情况。
F
F
F
挤压应力图 受挤压后也的变形图 受力的简化图 图5.2 (c) 杆A受挤压的情况
(d) 弯曲应力分布
图5.4 车轴的弯曲
从图可看出弯曲应力不是均匀分布的，在中性面上为零，中
性面一侧受拉伸，另一侧受压缩。
轴表面上的应力 达到最大 ，其值为 b
b
M W
（5.9a）
式中，W－抗弯截面系数，对于轴， W=d3/320.1d3。 各种形状的截面系数WT和W可由设计手册查得。
轴的中段所受最大弯矩M＝Fa，此段的最大弯曲应力为
机械设计基础（陈定国版）
第四章 机械零部件工作能力设计计算基础
By：秦霆 Time：2013.09.10
本章主要内容：
• 4.1 概述 • 4.2 作用在零件上的载荷 • 4.3 机械零件的应力 • 4.4 机械零件的工作能力设计及材料选用原则 • 4.5 机械零件的强度和刚度 • 4.6 机械零件的振动稳定性 • 7.7 摩擦、磨损和润滑简介
b）对称循环变应力r= -1
σ
σa
σa
σm
σmax t
c）脉动循环变应力r= 0
应力类型
σa
σa σmin
σmax σm
t
d）在非（对-称1～循+环1）变间应变力化r
载荷的确定
• 1、类比法
– 根据经验和简单计算确定
• 2、计算法
– 根据力学原理、经验公式或图标来确定
• 名义载荷：平稳工作条件下作用在零件上的载荷或说是在理想 条件下的载荷。
p
F A'
接触表面之间有相对滑动时，常常用单位面积上的压力来控制磨损。这种压力称 为压应力，例如滑动轴承的轴颈和轴瓦间的情况。压应力一般用p表示，其值为
p F A'
5.3b），5.扭转
当受到转矩T作用时，轴受扭转，扭转剪应力是不均匀分布的（图 圆轴截面的扭转剪应力最大值为
T
WT
（5.8）
式中：WT一抗扭截面系数，圆截面WT=d3/160.2d3。
4.1 概述
工作能力设计的基本要求是：保证零部件 的工作能力。
机械零部件的工作能力包括：强度、刚度 、振动稳定性、耐磨性等。
4.2 作用在零件上的载荷
• 4.2.1 载荷的类型
载荷：机械零件在工作时作用在零件上的外力。
– 单位：F（N，kN） T（N·m N·mm） M（N·m ） P（kW）
N·mm