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第三节 机械的润滑
第四节 机械零件的工艺性及标准化
第一节 机械零件的工作能力和设计准则
第十章 机械零件设计概论
汇报时间：12月20日
Annual Work
Summary Report
#2022
第一节 机械零件的工作能力及计算准则
工作能力：在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。对载荷而言，即为承载能力。
失效：机械零件由于某种原因不能正常工作称为失效。
计算准则：针对零件的不同失效形式建立的判定零件工作能力的条件，称为设计准则。常用设计准则有强度准则、刚度准则、耐磨性准则和振动稳定性准则等。
设计应满足的要求 ：既要可靠，又要成本低，避免在预定寿命期内失效。
零件常见失效形式有断裂，表面失效（接触疲劳、表面压溃、磨损、胶合），过大的塑性变形，过大的弹性变形，振动失稳，打滑和滑移等。
一、强度
(一)载荷
名义载荷：在理想的平稳工作条件下，作用在零件上的载荷称为名义载荷。
计算载荷：机器运转时，除名义载荷外，还会受到有各种附加载荷的作用，其影响用载荷系数k（工况系数）来估计。载荷系数（k≥1）与名义载荷的乘积，称为计算载荷。机械零件的设计计算是根据计算载荷进行的。
强度： 零件承受载荷后，抵抗破坏的能力。
变载荷：大小和方向随时间变化的载荷。
机械零件的工作能力及计算准则
静载荷：大小和方向不随时间变化的载荷。
机械零件的工作能力及计算准则
零件受载时，在本体内产生应力为整体强度问题。整体强度包括拉压、弯曲、扭转、剪切等几种类型。若零件整体强度不足，就会产生断裂或过大的塑性变形，造成零件失效。
设计时必须满足的强度条件为：σ≤[σ] 、τ≤[τ]
（二） 整体强度
（三）表面强度
零件受载时，在传力接触表面上产生应力为表面强度问题。零件的表面强度包括挤压强度和接触强度两种类型。
挤压强度：通过面接触传力时会产生挤压应力σp，它可能使零件表面压溃破坏，造成失效。
设计时应满足的强度条件为：
挤压破坏首先在强度较弱的材料表面产生，所以式中[σp]值应取两零件中许用挤压应力较小者。
机械零件的工作能力及计算准则
接触强度：两零件通过点、线接触（高副）传递载荷时，受载后由于弹性变形其接触区为一很小面积，表层产生的局部应力很大，称为接触应力，其最大值用σH表示。这时零件的强度称为接触强度。
设计时应满足的强度条件为：σH≤[σH]
式中，ρ为综合曲率半径，
E为综合弹性模量，
对于钢或铸铁，可取泊松比μ1=μ2= ，其值为：
机械零件的工作能力及计算准则
由弹性力学的分析可知，当两个轴线平行的圆柱体相互接触并受压时，其最大接触应力σH发生在接触区的中线上，其值
μ1 、μ2为材料的泊松比；
E1、 E2为材料的弹性模量；
许用应力是设计零件时所依据的条件应力，是强度条件的判据。它取决于应力的种类、零件材料的极限应力和安全系数等。合理的许用应力可使零件在具有足够强度的同时轻巧、紧凑和经济。计算法是确定许用应力的主要方法。其公式为：
σlim为极限正应力；
机械零件的工作能力及计算准则
（四）许用应力
τlim为极限剪应力；
σHlim为接触疲劳极限应力；
S为安全系数；
SH为材料的接触疲劳安全系数。
安全系数：极限应力与许用应力的比值称为安全系数。
机械零件的工作能力及计算准则
S3为考虑零件的重要性系数，一般取S3=1~。
S2为考虑材料机械性能均匀性系数，
对锻钢或轧钢件S2=~；
对铸铁件取S2=~；
S1为考虑载荷及计算应力的准确性系数，一般取S1=1~；
安全系数可用查表法和部分系数法确定。部分系数法也是一种比较常用的方法，一般用于无可靠资料直接确定安全系数的情况下。总安全系数是以几个影响因素系数的连乘积来确定的。即：
S=S1·S2·S3
刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。
刚度对于某些弹性变形超过一定数值后，会影响机器工作质量的零件尤为重要。
二、 刚度
机械零件的工作能力及计算准则
式中 y、 φ 、 θ分别为零件的挠度、扭转角和偏转角；
[y]、[φ ]、[θ]分别为其对应的许用值，其按零件的使用要求来确定。
刚度条件：y≤[y]； φ ≤[φ ]； θ≤[θ]；
机械零件的工作能力及计算准则
耐磨性是指作相对运动的零件表面在载荷作用下抵抗磨损的能力。
p≤[p]， pv≤[pv]
实际应用中，常用限制压强p来控制磨损和限制pv值（v为磨擦副相对运动速度）来控制发热量，即
为许用压强；
[pv]为pv的许用值，其值由摩擦副材料确定。
三、耐磨性
耐磨性条件为：