机械设计力学基础

第一章机械设计力学基础知识1.1载荷和应力1.1.1机械零部件的工作能力工作能力需求强度、刚度耐磨性振动稳定性……以传动为主的零件一般要求有一定的强度和刚度，即在工作负荷下不发生破坏和过大的变形；具有相对运动并传力的零件需要有较好的耐磨性；而高速转动的零件则要具有较高的振动稳定性。1.1.2机械零件的强度静强度疲劳强度按工作条件分整体强度表面强度按破坏部位和破坏形式分强度反映机械零件承受载荷时抵抗破坏的能力1.1.3载荷静载荷变载荷周期性变载荷非周期性变载荷名义载荷计算载荷额定功率或名义功率引入载荷系数K计算载荷=K*名义载荷1.1.4应力P113（a）对称循环(b)脉动循环(c)非对称循环静应力r=1静应力变应力1.应力循环特性系数minmaxrr=-1r=0-1r1强度极限屈服极限疲劳极限极限应力bbssrr脆性破坏，断裂塑性变形疲劳破坏工作应力：按照材料力学的基本公式求出的、作用在零件剖面上的应力计算应力：零件危险剖面上呈复杂应力状态时，按照某一强度理论求出、与单向应力等效的应力。工作应力计算应力2.应力ca3.极限应力按照强度准则设计机械零件时，根据材料性质及应力种类而采用材料的某个应力极限值。limlimm01NNN4.标准试件的疲劳极限和疲劳曲线P114疲劳破坏应力循环次数有限寿命疲劳极限工程上常用对称循环r=-1的应力极限值和作为材料的疲劳极限11N0循环基数，对应的和称为疲劳极限rr影响疲劳极限的因素1.应力集中2.绝对尺寸3.表面状态11()kK11()kK110()()dd110()()d110()()110()()11eK11eK零件的对称循环疲劳极限应力5.零件的疲劳极限P1156.许用应力及（许用)安全系数SlimSlim安全系数的采取原则：在保证安全的可靠的前提下，尽可能选择较小的安全系数许用应力：计算应力允许达到的最大值。在实现条件下找出极限应力值，在现场情况下，考虑各方面的影响，加一个安全系数。7.整体强度和表面强度整体强度2d4F零件受载时在本体内产生应力为整体强度问题，整体强度的形式有拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切零件受载时，在传力的接触表面上产生应力，引起表面强度问题。表面强度pPdF8.接触强度接触应力：是在两个零件通过点接触或线接触传递载荷时，在接触部位产生弹性变形，同时产生的很大的应力。1LFZE1E111LFnE22212121nH弹性力学中的赫兹Hertz公式------作用在圆柱体上的压力，N------接触线长度，mm------综合曲率半径------两圆柱体材料的泊松比------材料弹性系数，E1E2圆柱体材料的弹性模量nFL1211112EZ221212111EZEE1.2机械零部件失效形式与设计准则1.2.1失效形式及对策整体破坏拉、弯、扭、剪强度失效挤压（面接触）表面破坏接触（点、线）刚度失效变形过大磨粒磨损磨损胶合磨损压杆稳定（侧弯）失效失稳振动失稳（共振）不自锁（斜面、螺旋）打滑（摩擦传动）松脱（如螺钉）其他过热噪声过大腐蚀等机械零部件由于某种原因丧失工作能力而不能正常工作时称为失效。采用的对策1.控制零件尺寸2.合理选择材料和热处理方式3.合理设计机构4.合理使用和维护1.控制零件尺寸按强度、刚度等工作能力准则计算零件尺寸，使在满足工作要求条件下尺寸尽量紧凑。1）校验计算2Fd42）设计计算4Fd3）计算承载力2Fd42.合理选择材料和热处理从考虑强度出发选择强度极限高的材料同样尺寸的零件可以承受更大载荷而不被破坏从考虑刚度出发选择弹性模量较大的材料相同工况下可以减小变形量从考虑零件的表面硬度和整体韧性出发选择合理的热处理工艺方法选择合理的耐磨材料，可以减少磨损3.采用合理的结构4.合理的使用和维护1.2.2设计准则设计机械零件时保证零部件不产生失效所依据的基本原则，称为设计准则。(1)强度设计准则(2)刚度设计准则yy一般用途的轴Ly)0005.0~0003.0(