机械零件的强度和计算准则
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（2）根据绝对值大小判断σmax和σmin，绝 对值大者为σmax，小者为σmin。
（3）循环特性的变化范围为 1 r 1 。
静应力只能由静载荷产生， 变应力可能由变载荷或静载荷产生。
a σ
σ
a
t
0
t
0
在变应力下，零件的主要失效形式为：疲劳破坏
• 4.名义应力----由名义载荷求出的应 力 • 5.计算应力----由计算载荷求出的应力
最小应力 min m a
平均应力 应力幅
m
a
max min
max 2 min
2
应力循环特性 min
1 1
max
•变应力通常可用5个参数中任两个来描述:
• 变应力进行有关参数计算时应该注意几 点问题：
（1）横坐标以上为拉伸应力，数值为正， 横坐标以下为压缩应力，数值为负。对 于剪切应力，则可以自行规定一个方向 为正值，另一个方向为负值。
安全系数意义 考虑实际情况及必要强度储备 安全系数的决定因素 （1）载荷和应力的性质和计算的准确程度； （2）运行条件的平稳程度（是否有冲击载荷）； （3）材料的性质和材质的均匀程度； （4）零件的重要程度； （5）工艺和探伤水平； （6）环境是否具有腐蚀性。 安全系数的选择原则： 在保证安全、可靠的前提下，尽可能选用较小的 安全系数。
机床主轴等弹性变形过大将影响加工精度。
2.2.3 寿命准则 寿命是机械零件能正常工作延续的时间
决定零件寿命的主要的因素----腐蚀、疲 劳和磨损； 磨损问题和腐蚀----研究目前还很不完善， 还无法建立一个能够为广泛接受的计算准 则； 疲劳问题----目前发展比较成熟，具体的 疲劳寿命计算方法，后续章节中有详细的 介绍。
第2章 机械零件的强度和计算准则
2.1机械零件的载荷和应力 2.2 机械零件的计算准则 2.3提高强度的一般方法 2.4机械零件的三种表面强度 2.5机械零件的刚度及改进措施 2.6机械零件的稳定性和冲击强度
• 零件设计的步骤： • 1.确定零件的载荷 • 2.选择零件的材料 • 3.确定零件的主要尺寸 • 根据工作能力准则确定 • 4.绘制零件图
零件工作
—→承受载荷
载荷欲使零件失效 —→
零件据自身结构、
材料反抗失效
—→反抗失效＞失效 —→解决办法：合理设计
遵循设计准则
2.2.1 强度准则
强度：零件抵抗断裂、疲劳破坏的能力 1.判断危险截面的最大应力(,)是否小于或等
于许用应力([],[])
[ ],[ ] lim
2.2 机械零件的计算准则
• 机械零件的失效方式 • 失效----零件丧失工作能力或达不到设计
要求的 性能。 • 常见失效形式 • 整体断裂；变形过大；零件表面破坏、不
能满足工作条件包括：打滑；联接松动、 泄露等。
失效具有多样性,同一种零件会有多种失效 形式，但最常发生的失效形式主要是由于强度 、刚度、耐磨性、耐温度性、振动稳定性、可 靠性等方面的问题。
2.1.2机械零件的应力
σ
min max
循环特性
σ
t σ
0
t 0
t
静应力：r=1
脉动循环：r=0 σ
变应力 对称循环：r= -1
非对称循环
0
t
σ=My/Jz
+
σ
0
t
σ=F/A+My/Jz
稳定循环变应力的基本参数和种类
a) 基本参数
最大应力 max m a
图2.8 齿面载荷的均布措施
• 4）选用合理截面
• 比如梁的截面采用工字型、T字型；轴的 截面采用圆形、空心圆形等。
• 5）对零件Baidu Nhomakorabea面进行强化处理
[S ]
[ ],[ ] lim
[S ]
2.判断危险截面的实际安全系数是否大于或等
于许用安全系数
S
lim
[S ]
S
lim
[S ]
S——安全系数，S＞1—→
S↑：安全，浪费材料 S↓：经济，不安全
采用何种方法计算，通常由可资利用的 数据和计算惯例来诀定。
• 随试验时间不断延长，则Nf将不断增加，可靠
度逐渐减少，这说明零件的可靠度是随时间发 生改变的，是时间的函数。
• 对Ft进行微分得：
• 失效分布密度f(t)=dFt/dt=dNf/Ndt
• 与时间的关系曲线称为失效分布曲线,常见的分 布曲线有正态分布,可根据分布函数求出可靠度。
• 累积失效概率： Ft d Ft f (t)dt
2.1 机械零件的载荷和应力
2.1.1机械零件的载荷----静载荷和变载荷 (1)静载荷 ----不随时间变化或变化很小 (2)变载荷 ----随时间作周期性或非周期性变化
a σ
0
t
• 设计计算中涉及----名义载荷F
•
计算载荷Fc=kF
• 载荷系数K ----主要由动力机和工作机的
工作性能决定
• 可靠度： Rt 1 F t
• 可靠性计算准则,就是要保证零件在工作 过程中能够满足规定的可靠性要求。
2.3 提高强度的一般方法
2.3.2 提高机械零件强度的一般措施 1）合理布置零件,减少所受最大载荷
图2.6 改进零件布置提高弯曲强度
2）采用等强度结构
图2.7 阶梯轴的等强度原理
3）减少应力集中
2.2.2刚度准则
• 刚度----零件在载荷作用下抵抗变形的能 力 (力,力矩/弹性变形量)
• 柔度----在外力作用下产生变形的能力 (弹性变形量/力,力矩)
刚度指标: 伸长,压缩,挠度,扭角,转角 计算准则: 弹性变形量不大于许用值
y [y]
[ ] []
实际的弹性变形量可以根据不同的零件，依据不同的理 论或实验方法进行确定，而相应的许用值则需要根据不 同的场合，根据理论和经验确定合理的数值。
2.2.4 可靠性准则
1.可靠性----产品在规定的条件下和规定的时间内无 故障完成规定功能的能力 2.可靠度----产品在规定的条件下和规定的时间内完 成规定功能的概率(Rt) Rt=Nt/N=(N-Nf)/N=1-Nf/N N－总的零件 Nt－继续工作的零件 Nf－失效的零件 3.累积失效概率----产品在规定的条件下和规定的时 间内失效的概率(Ft或P) Ft=Nf/N=1-Rt , Ft+Rt=1
（3）循环特性的变化范围为 1 r 1 。
静应力只能由静载荷产生， 变应力可能由变载荷或静载荷产生。
a σ
σ
a
t
0
t
0
在变应力下，零件的主要失效形式为：疲劳破坏
• 4.名义应力----由名义载荷求出的应 力 • 5.计算应力----由计算载荷求出的应力
最小应力 min m a
平均应力 应力幅
m
a
max min
max 2 min
2
应力循环特性 min
1 1
max
•变应力通常可用5个参数中任两个来描述:
• 变应力进行有关参数计算时应该注意几 点问题：
（1）横坐标以上为拉伸应力，数值为正， 横坐标以下为压缩应力，数值为负。对 于剪切应力，则可以自行规定一个方向 为正值，另一个方向为负值。
安全系数意义 考虑实际情况及必要强度储备 安全系数的决定因素 （1）载荷和应力的性质和计算的准确程度； （2）运行条件的平稳程度（是否有冲击载荷）； （3）材料的性质和材质的均匀程度； （4）零件的重要程度； （5）工艺和探伤水平； （6）环境是否具有腐蚀性。 安全系数的选择原则： 在保证安全、可靠的前提下，尽可能选用较小的 安全系数。
机床主轴等弹性变形过大将影响加工精度。
2.2.3 寿命准则 寿命是机械零件能正常工作延续的时间
决定零件寿命的主要的因素----腐蚀、疲 劳和磨损； 磨损问题和腐蚀----研究目前还很不完善， 还无法建立一个能够为广泛接受的计算准 则； 疲劳问题----目前发展比较成熟，具体的 疲劳寿命计算方法，后续章节中有详细的 介绍。
第2章 机械零件的强度和计算准则
2.1机械零件的载荷和应力 2.2 机械零件的计算准则 2.3提高强度的一般方法 2.4机械零件的三种表面强度 2.5机械零件的刚度及改进措施 2.6机械零件的稳定性和冲击强度
• 零件设计的步骤： • 1.确定零件的载荷 • 2.选择零件的材料 • 3.确定零件的主要尺寸 • 根据工作能力准则确定 • 4.绘制零件图
零件工作
—→承受载荷
载荷欲使零件失效 —→
零件据自身结构、
材料反抗失效
—→反抗失效＞失效 —→解决办法：合理设计
遵循设计准则
2.2.1 强度准则
强度：零件抵抗断裂、疲劳破坏的能力 1.判断危险截面的最大应力(,)是否小于或等
于许用应力([],[])
[ ],[ ] lim
2.2 机械零件的计算准则
• 机械零件的失效方式 • 失效----零件丧失工作能力或达不到设计
要求的 性能。 • 常见失效形式 • 整体断裂；变形过大；零件表面破坏、不
能满足工作条件包括：打滑；联接松动、 泄露等。
失效具有多样性,同一种零件会有多种失效 形式，但最常发生的失效形式主要是由于强度 、刚度、耐磨性、耐温度性、振动稳定性、可 靠性等方面的问题。
2.1.2机械零件的应力
σ
min max
循环特性
σ
t σ
0
t 0
t
静应力：r=1
脉动循环：r=0 σ
变应力 对称循环：r= -1
非对称循环
0
t
σ=My/Jz
+
σ
0
t
σ=F/A+My/Jz
稳定循环变应力的基本参数和种类
a) 基本参数
最大应力 max m a
图2.8 齿面载荷的均布措施
• 4）选用合理截面
• 比如梁的截面采用工字型、T字型；轴的 截面采用圆形、空心圆形等。
• 5）对零件Baidu Nhomakorabea面进行强化处理
[S ]
[ ],[ ] lim
[S ]
2.判断危险截面的实际安全系数是否大于或等
于许用安全系数
S
lim
[S ]
S
lim
[S ]
S——安全系数，S＞1—→
S↑：安全，浪费材料 S↓：经济，不安全
采用何种方法计算，通常由可资利用的 数据和计算惯例来诀定。
• 随试验时间不断延长，则Nf将不断增加，可靠
度逐渐减少，这说明零件的可靠度是随时间发 生改变的，是时间的函数。
• 对Ft进行微分得：
• 失效分布密度f(t)=dFt/dt=dNf/Ndt
• 与时间的关系曲线称为失效分布曲线,常见的分 布曲线有正态分布,可根据分布函数求出可靠度。
• 累积失效概率： Ft d Ft f (t)dt
2.1 机械零件的载荷和应力
2.1.1机械零件的载荷----静载荷和变载荷 (1)静载荷 ----不随时间变化或变化很小 (2)变载荷 ----随时间作周期性或非周期性变化
a σ
0
t
• 设计计算中涉及----名义载荷F
•
计算载荷Fc=kF
• 载荷系数K ----主要由动力机和工作机的
工作性能决定
• 可靠度： Rt 1 F t
• 可靠性计算准则,就是要保证零件在工作 过程中能够满足规定的可靠性要求。
2.3 提高强度的一般方法
2.3.2 提高机械零件强度的一般措施 1）合理布置零件,减少所受最大载荷
图2.6 改进零件布置提高弯曲强度
2）采用等强度结构
图2.7 阶梯轴的等强度原理
3）减少应力集中
2.2.2刚度准则
• 刚度----零件在载荷作用下抵抗变形的能 力 (力,力矩/弹性变形量)
• 柔度----在外力作用下产生变形的能力 (弹性变形量/力,力矩)
刚度指标: 伸长,压缩,挠度,扭角,转角 计算准则: 弹性变形量不大于许用值
y [y]
[ ] []
实际的弹性变形量可以根据不同的零件，依据不同的理 论或实验方法进行确定，而相应的许用值则需要根据不 同的场合，根据理论和经验确定合理的数值。
2.2.4 可靠性准则
1.可靠性----产品在规定的条件下和规定的时间内无 故障完成规定功能的能力 2.可靠度----产品在规定的条件下和规定的时间内完 成规定功能的概率(Rt) Rt=Nt/N=(N-Nf)/N=1-Nf/N N－总的零件 Nt－继续工作的零件 Nf－失效的零件 3.累积失效概率----产品在规定的条件下和规定的时 间内失效的概率(Ft或P) Ft=Nf/N=1-Rt , Ft+Rt=1