编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第PAGE117页共NUMPAGES11页第PAGE\*MERGEFORMAT117页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT11页第9章机械零件设计概论9.1机械零件设计概述机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为工作能力。通常此限度对载荷而言，所以习惯上又称为承载能力。零件的失效可能由于：断裂或塑性变形；过大的弹性变形；工作表面的过度磨损或损伤；发生强烈的振动；联接的松弛；摩擦传动的打滑等。机械零件虽然有多种可能的失效形式，但归纳起来最主要的为强度、刚度、耐磨性、稳定性和温度的影响等几个方面的问题。对于各种不同的失效形式，相应地有各种工作能力判定条件。设计机械零件时，常根据一个或几个可能发生的主要失效形式，运用相应的判定条件，确定零件的形状和主要尺寸。机械零件的设计常按下列步骤进行：1)拟定零件的计算简图。2)确定作用在零件上的载荷。3)选择合适的材料。4)根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定条件，确定零件的形状和主要尺寸。应当注意，零件尺寸的计算值一·般并不是最终采用的数值，设计者还要根据制造零件的工艺要求和标准、规格加以圆整。5)绘制工作图并标注必要的技术条件。以上所述为设计计算。在实际工作中，也常采用相反的方式─—校核计算，这时先参照实物（或图纸）和经验数据，初步拟定零件的结构和尺寸，然后再用有关的判定条件进行验算。还应注意，在一般机器中，只有一部分零件是通过计算确定其形状和尺寸的，而其余的零件则仅根据工艺要求和结构要求进行设计。9.2机械零件的强度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。然而在机器运转时，零件还会受到各种附加载荷，通常用引入载荷系数K（有时只考虑工作情况的影响，则用工作情况系数KA）的办法来估计这些因素的影响。载荷系数与名义载荷的的乘积，称为计算载荷。按照名义载荷用力学公式求得的应力，称为名义应力，按照计算载荷求得的应力，称为计算应力。当机械零件按强度条件判定时，比较危险截面处的计算应力（σ、τ）是否小于零件材料的许用应力([σ]、[τ])。即(9-1)材料的极限应力一般都是在简单应力状态下用实验方法测出的。对于在简单应力状态下工作的零件，可直接按式(9—1)进行计算；对于在复杂应力状态下的零件，则应根据材料力学中所述的强度理论确定其强度条件。许用应力取决于应力的种类、零件材料的极限应力和安全系数等。9.2.1应力的种类按照随时间变化的情况，应力可分为静应力和变应力。不随时间变化的应力，称为静应力图（9-1a），纯粹的静应力是没有的，但如变化缓慢，就可看作是静应力。例如，锅炉的内压力所引起的应力，拧紧螺母所引起的应力等。图9-1应力的种类随时间变化的应力，称为变应力。具有周期性的变应力称为循环变应力，图9-1b所示为一般的非对称循环变应力，图中T为应力循环周期。从图b可知平均应力(9-2)应力幅应力循环中的最小应力与最大应力之比，可用来表示变应力中的应力变化的情况，通常称为变应力的循环特性，用r表示，即。当σmax＝—σmin时，循环特性r＝-l，称为对称循环变应力（图c），其σa=σmax＝-σmin，σm=0。当σmax≠0、σmin=0时，循环特性r＝0，称为脉动循环变应力（图d），其σa=σmax＝1/2σmax。静应力可看作变应力的特例，其σmax=σmin，循环特性r=+1。9.2.2静应力下的许用应力静应力下，零件材料有两种损坏形式：断裂或塑性变形。对于塑性材料，可按不发生塑性变形的条件进行计算。这时应取材料的屈服极限σs作为极限应力，故许用应力为(9-3)对于用脆性材料制成的零件，应取强度极限σB作为极限应力，其许用应力为（9-4）对于组织均匀的脆性材料，如淬火后低温回火的高强度钢．还应考虑应力集中的影响．灰铸铁虽属脆性材料，但由于本身有夹渣、气孔及石墨存在，其内部组织的不均匀性已远大于外部应力集中的影响，故计算时不考虑应力集中。表9-1列举了一些常用钢铁材料的极限应力。9.2.3变应力下的许用应力变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。疲劳断裂具有以下特征：1）疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低；2）不管脆性材料或塑性材料，其疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂；3）疲劳断裂是损伤的积累，它的初期现象是在零开的截面积不足以承受外载荷时，零件就突然断裂。在零件的断口上可以清晰地看到这种情况。1．疲劳曲线由材料力学可知，表示应力σ与应力循环次数N之间的关系曲线称为疲劳曲线。从大多数黑色