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2、许用应力
在变应力,应取材料的疲劳极限作为极限应力。同时还应考虑零件的切口和沟槽等截面突变、绝对尺寸和表面状态等影晌,为此引人应力集中系数kσ、尺寸系数εσ和表面状态系数β等。
当应力是对称循环变化时,许用应力为:
当应力是脉动循环变化时,许用应力为:
σ0为材料的脉动循环疲劳极限,S为安全系数。以上各系数均可机械设计手册中查得。以上所述为“无限寿命”,
有限寿命时,用σ-1N代入得:
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四、安全系数安全系数定得正确与否对零件尺寸有很大影响
1)静应力下,塑性材料的零件:S=~
铸钢件:S=~
S↑
典型机械的S可通过查表求得。无表可查时,按以下原则取:
→零件尺寸大,结构笨重。
S↓
→可能不安全。
2)静应力下,脆性材料,如高强度钢或铸铁:
S=3~4
3)变应力下,S=~
材料不均匀,或计算不准时取:S=~
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初始疲劳裂纹
初始疲劳裂纹
§9-3机械零件的接触强度
若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后,由于变形其接触处为一小面积,通常此面积甚小而表层产生的局部应力却很大,这种应力称为接触应力。这时零件强度称为接触强度。
如齿轮、凸轮、滚动轴承等。
机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的,在载荷重复作用下,首先在表层内约20μm处产生初始疲劳裂纹,然后裂纹逐渐扩展(润滑油被挤迸裂纹中将产生高压,使裂纹加快扩展,终于使表层金属呈小片状剥落下来,而在零件表面形成一些小坑,这种现象称为渡劳点蚀。发生疲劳点蚀后,减小了接触面积,损坏了零件的光滑表面,因而也降低了承载能力。
裂纹的扩展与断裂
油
失效形式常表现为:
疲劳点蚀
金属剥落出现小坑
后果:减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、降低了承载能力、引起振动和噪音。
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由弹性力学可知,应力为:
对于钢或铸铁取泊松比:
μ1=μ2=μ=,则有简化公式。
上述公式称为赫兹(H·Hertz)公式
“+”用于外接触,
“-”用于内接触。
σH
σH
ρ2
b
ρ1
ρ1
Fn
b
ρ2
σH
σH
Fn
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σH-------最大接触应力或赫兹应力;
b-------接触长度;
Fn-------作用在圆柱体上的载荷;
-----综合曲率半径;
-----综合弹性模量;E1、E2分别为两
圆柱体的弹性模量。
接触疲劳强度的判定条件为:
b
Fn
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§9-4机械零件的耐磨性
运动副中,摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损。磨损会逐渐改变零件尺寸和摩擦表面形状。零件抗磨损的能力称为耐磨性。
磨损↑
→间隙↑、
精度↓、
效率↓、
振动↑、
冲击↑、
噪音↑
据统计,约有80%的损坏零件是因磨损而报废的。
磨损的主要类型:
1)磨粒磨损
2)粘着磨损(胶合磨损)
在滚动或兼有滑动和滚动的高副申,如凸轮、齿轮等,受载时材料表层有很大的接触应力。当载荷重复作用时,常会出现表层金属呈小片状剥落,而在零件表面形成小坑,这种现象称为疲劳磨损或疲劳点蚀。
在摩擦过程申,与周围介质发生化学反应或电化学反应的磨损,称为腐蚀磨
硬质颗粒或摩擦表面上硬的凸蜂,在摩擦过程中引起的材料脱落现象称为磨粒磨损。硬质颗粒可能是零件本身磨损造成的金属微粒,也可能是外来的尘土杂质等。摩擦面间的硬粒,能使表面材料脱落而留下沟纹。
加工后的零件表面总有一定的粗糙度。摩擦表面受载时,实际上只有部分峰顶接触,接触处压强很高,能使材料产生塑性流动。若接触处发生粘着,滑动时会使接触表面材料由一个表面转移到另一个表面,这种现象称为粘着磨损(胶合磨损)。所谓材料转移是指接触表面擦伤和撕脱,严重时摩擦表面能相互咬死。
3)疲劳磨损(疲劳点蚀)
4)腐蚀磨损
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实用耐磨计算是限制运动副的压强p,即:
p≤[p][p]由实验或同类机器使用经验确定
相对运动速度较高时,还应考虑运动副单位时间单位接触面积的发热量fpv。在摩擦系数一定的情况下,可将pv值与许用的[pv]值进行比较。即:
pv≤[pv]
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§9-5机械制造常用材料及其选择
机械制造中最常用的材料是钢和铸铁,其次是有色金属合金。非金属材料如塑料、橡胶等。
一、金属材料
:灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。
:结构钢、工具钢、特殊钢(不锈钢、耐热钢、耐酸钢等)、碳素结构钢、合金结构钢、铸钢等。
铸铁
常用金属材料
钢
铜合金
----含碳量>2%
----含碳量≤2%
铁碳合金
特点:良好的液态流动性,可铸造成形状复杂的零件。
较好的减震性、耐磨性、切削性(指灰铸铁)、成本低廉。
应用:应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。
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选用原则:
优选碳素钢,其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。
特点:与铸铁相比,钢具有高的强度、韧性和塑性。可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。
零件毛坯获取方法:锻造、冲压、焊接、铸造等。
应用:应用范围极其广泛。
表9-2常用材料的相对价格
材料种类规格相对价格
热轧圆刚
碳素结构钢Q235(φ33~42)1
铸件
优质碳素钢(φ29~50)~
合金结构钢(φ29~50)~
滚动轴承钢(φ29~50)3
合金工具钢(φ29~50)3~20
4Cr9Si2耐热钢(φ29~50)5
铜合金、铝合金铸件8~10
价格便宜且供应充分
我国资源丰富
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