第三章机械零件的强度（机械设计中的约束）.doc

第三章 机械零件的强度（机械设计中的约束） 内容提要： 强度准则是设计机械零件的最基本准则。强度问题分为静应力强度和变应力强度。讨论与零件的疲劳强度和接触强度有关的强度问题；主要介绍材料疲劳的两种类别、高周疲劳和机械零件的疲劳强度计算、疲劳曲线、极限应力线图、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算、双向稳定变应力时的疲劳强度计算以及机械零件的接触强度。学习本章要求：掌握机械零件的强度设计准则；掌握材料疲劳的两种类别；熟悉高周疲劳的机械零件的疲劳强度计算；掌握机械零件接触强度计算的有关知识，能够运用有关公式计算接触应力。机械零件的设计准则?机械零件的设计具有众多的约束条件，设计准则就是设计所应该满足的约束条件。 好的设计不但要技术先进，制造可行，操作方便，而且要经济合理。所谓经济合理，其核心就是降低产品的成本。可以说，产品成本的高低，在产品设计的阶段就基本上确定了，因此，降低产品成本，永远是设计人员的一项主要任务，是机械设计领域中的一个永恒的技术经济问题。设计人员进行产品设计时，必须牢固地树立经济效益的观念，对每一个零部件进行功能成本分析，确定合理的技术指标和成本目标。产品设计与制造的目的是为了满足市场的需求，因此，用户的满意程度是衡量产品优劣的重要指标。注重市场调查和预测，明确市场需要什么，是设计师必须关心的问题。所设计的产品应符合国家科技政策和国家科技发展规划的目标；符合减少三废对环境污染的要求；符合人机系统安全、可靠的要求；所设计的产品应有利于提高生产力；有利于资源的合理利用。机械设计的核心是创新。在机械设计中必须突出创新的原则，通过直觉、推理、组合等途径，探求创新设计的原理方案和结构，做到有所发明，有所创造，有所前进。产品设计创新的方向一是无重要新技术，但在形式上有所创新；二是含有重要的高新技术，使产品的竞争力有新的、更重要的提高；三是完全创新。 作为设计人员必须对择优问题予以高度重视。在通常情况下，满足设计约束条件的机械问题的解都不是唯一的，而是存在多种可行方案。因此需从诸多可行方案中进行优化设计，得到最优解。技术性能标准化可靠性安全性技术性能准则 技术性能包括产品功能、制造和运行状况在内的一切性能，既指静态性能，也指动态性能。例如，产品所能传递的功率、效率、使用寿命、强度、刚度、抗摩擦、磨损性能、振动稳定性、热特性等。技术性能准则是指相关的技术性能必须达到规定的要求。 ??? 例如振动会产生额外的动载荷和变应力，尤其是当其频率接近机械系统或零件的固有频率时，将发生共振现象，这时振幅将急剧增大，有可能导至零件甚至整个系统的迅速损坏。振动性稳定准则就是限制机械系统或零件的相关振动参数，如固有频率、振幅、噪声等在规定的允许范围之内。又如机器工作时的发热可能会导致热应力、热应变，甚至会造成热损坏。热特性准则就是限制各种相关的热参数(如热应力、热应变、温升等)在规定范围内。　 标准化准则与机械产品设计有关的主要标准大致有： ? ??概念标准化：设计过程中所涉及的名词术语、符号、计量单位等应符合标准； ? 实物形态标准化： 零部件、原材料、设备及能源等的结构形式、尺寸、性能等，都应按统一的规定选用。 ??? 方法标准化：操作方法、测量方法、试验方法等都应按相应规定实施。 ??? 标准化准则就是在设计的全过程中的所有行为，都要满足上述标准化的要求。 ?? 现已发布的与机械零件设计有关的标准，从运用范围上来讲，可以分为国家标准、行业标准和企业标准三个等级。从使用强制性来说，可分为必须执行的和推荐使用的两种。 ??3、可靠性准则 ??? 可靠性：产品或零部件在规定的使用条件下，在预期的寿命内能完成规定功能的概率。 可靠性准则就是指所设计的产品、部件或零件应能满足规定的可靠性要求。???4、安全性准则 ??? 产品使用安全是产品设计过程中应特别重视的技术质量指标。 机器的安全性包括： ??? 零件安全性：指在规定外载荷和规定时间内零件不发生如断裂、过度变形、过度磨损和不丧失稳定性等等。 ??? 整机安全性：指机器保证在规定条件下不出故障，能正常实现总功能的要求。 ??? 工作安全性：指对操作人员的保护，保证人身安全和身心健康等等。 ??? 环境安全性：指对机器周围的环境和人不造成污染和危害。、载荷 机械工作时所受的力或力矩统称为载荷。载荷大小或方向不断随时间变化时①循环变载荷（载荷循环变化） a) 稳定循环变载荷——每个循环内载荷不变，各循环周期又相同（往复式动力机曲轴） b) 不稳定循环变载荷——每一个循环内载荷是变动的 ②随机（变）载荷——载荷的频率和幅值均随机变化 2．机械零部件所受载荷还可分为工作载荷、名义载荷和计算载荷。 （1）工作载荷 是机