4第四章 机械零部件工作能力设计计算基础解析

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
F p A'
5.扭转 5.3b），
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
非周期性载荷：无周期规律的载荷。
– 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 最大应力：σ 最小应力：σ
max min
σ σa
max min 平均应力： m 2
其值为
F c A
b
(3-4)
b 2 b D
F
F
D
F
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 A
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。
σa
σmin
σ
σm
max
应力幅：
max min a 2
t
min/σ max
应力循环特征：用来表示应力的变化情况 r=σ 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 σa
σ
max
σ =常数
t
t
σmin
a）静应力：r= +1 变应力特例
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
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
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
ห้องสมุดไป่ตู้
4.3 机械零件中的应力
• 几个重要的概念
– 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
受力的简化图
图5.2 (c)
F
F
挤压应力图
F
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
• 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。
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
σ
σa σa σ σm
max
b）对称循环变应力r= -1
σ
σa
σa σmin t σm σ
max
t
c）脉动循环变应力r= 0 应力类型
d）非对称循环变应力r 在（-1～+1）间变化
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。 • 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。
(35)
杆A F ④
销钉 ④ ① ④
杆B
F
F
⑤
a
②
③
⑥
F
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 F ④
销钉 ④ ① ④
杆B
F
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 杆A受挤压的情况
（5.8）
式中：WT一抗扭截面系数，圆截面WT=d3/160.2d3。
(a) 传动轴 T
τmax
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 F
a
F
(a) 车轮轴
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
a F
(a) 车轮轴
F
(b) 车轴受力
+σ b -σ b +σb -σ b
M
(c) 弯矩
图5.4 车轴的弯曲
(d) 弯曲应力分布
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
b ，其值为
（5.9a）
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）
b
b 2 b D
F
F
D
F
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，