机械零件的主要失效形式.pptVIP

第二章　机械零件的工作能力和计算准则 失效：零部件不能满足工作要求称为失效 工作能力：不发生失效时的工作限度 计算（设计）准则：（要满足的条件） ○强度准则：σ≤［σ］或τ≤［τ］；［σ］＝或［τ］＝τmin/s ○刚度准则：ｙ≤［ｙ］或θ≤［θ］　φ≤［φ］ ○耐磨性准则：验算压强：ｐ［ｐ］，单位接触面上单位时间产生摩擦功不太大，控制ｐｖ≤［ｐｖ］? ○可靠性准则：按传统强度设计方法设计零件，由于材料强度，外载荷和加工尺寸等存在离散性，有可能出现达不到预定工作时间而失效的情况。希望将出现这种失效情况的概率控制在一定程度之内，这就对零件提出可靠性要求。 ○可靠度：机器或零件在一定工作环境下，在规定的使用期限内连续工作的概率。 2.2.1 两种判断零件强度的方法 应力法 σ≤[σ]= σlim /[Sσ], τ≤[τ]= τ lim /[Sτ], 安全系数法 Sσ= σlim / σ ≥ [Sσ], Sτ = τ lim / τ ≥[Sτ], 2.2.2 静应力强度 失效形式：塑性变形或断裂 单向应力时极限应力采用屈服极限σs, τs 复合应力时的塑性材料（ τmax是破坏主因按第三、强度理论，单位体积塑性变形是破坏主因用第四强度理论，公式见P１４） 脆性材料极限应力采用强度极限σB, τB 2.2.3 变应力强度（主要破坏形式是疲劳，见下章） 2.2.4 许用安全系数 根据工作情况选择，在保证安全可靠的情况下，尽可能小（具体P15） 2.2.5 提高机械零件强度的措施 （材料、截面积及结构等方法，结构见P16） 2.3 机械零件的表面强度 在零件整体没出现断裂、塑性变形等情况下，零件表面也可能出现破坏失效，这种失效由表面强度确定 表面强度分：①表面接触强度；②表面挤压强度；③表面磨损强度； 2.3.1 表面接触强度 产生原因：力作用点、接触面接触不均匀及塑性变形造成接触面局部应力较大（P19图） 计算：赫兹公式（P19，理解，并理解课本上的两个例题） 失效形式： 静载荷：脆性材料的表面压碎和塑性材料的表面塑性变形 循环接触：表面疲劳磨损（疲劳点蚀），产生原因及过程见P20 强度指标（极限应力） 静载荷：最大许用接触应力σHmax≤ [σH]max 循环接触：接触疲劳极限（在规定的应力循环次数下材料 不发生点蚀现象的极限应力） σHmax≤ [σH] 2.3.2 提高表面接触强度的主要措施 增大接触表面的综合曲率半径，以降低接触应力（赫兹公式） 将外接触改为内接触，将点接触改为线接触，降低接触应力（课本上例子） 提高表面质量，使接触面更均匀，降低接触应力，同时减少缺陷，避免发生应力集中 提高表面硬度，延缓点蚀 采用黏度高的润滑油，减轻油挤入裂纹，形成油压 2.3.3 表面挤压强度 产生原因：局部应力过大 失效形式：压溃（表面塑性变形）和表面破碎 计算公式： σp = F/A≤ [σp], A为曲面接触时的投影面积（见P22） 2.3.4 表面磨损强度 计算准则： 滑动速度低，载荷大时p ≤[p] 中速时：pv ≤[pv] 高速时： pv ≤[pv]；v ≤[v] 2.3.5 提高表面磨损强度的主要措施 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） 2.6 温度对机械零件工作能力的影响 2.6.1 对摩擦磨损的影响 温度过高造