【正文】 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 按 應(yīng)力隨時(shí)間變化規(guī)律分類 不隨時(shí)間而變的應(yīng)力 隨時(shí)間周期性變化的應(yīng)力，其應(yīng)力幅度保持穩(wěn)定 ?1靜應(yīng)力 ?2穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 應(yīng)力每循環(huán)一次都對(duì)材料的破壞起相同的作用，按損傷累積假說(shuō)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算 各種不確定應(yīng)力狀態(tài)，用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算 ?3規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力 ?4隨機(jī)變應(yīng)力 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 機(jī)械零件材料的主要破壞形式是屈服和斷裂，對(duì)于大量使用的工程材料可以粗分為兩類： 塑性材料 和 脆性材料 。 ? 根據(jù)隨時(shí)間變化的特性與作用方式的不同， 應(yīng)力可以分為靜應(yīng)力和各種不同形式的變應(yīng)力 。通常引入載荷系數(shù)、工況系數(shù)等來(lái)修正實(shí)際工作狀態(tài)相對(duì)理論狀態(tài)的偏離，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，采用零件實(shí)際工況下可能受到的載荷 如 ：某零件上所受名義扭矩載荷為 T，則計(jì)算載荷為 ，其中 K是載荷系數(shù) caT KT?第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 ? 在載荷作用下，機(jī)械零件的 表面或內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力 。周期性載荷根據(jù)每一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)載荷的變化與否，可以進(jìn)一步分為穩(wěn)定循環(huán)載荷與不穩(wěn)定循環(huán)載荷 如 ：往復(fù)式動(dòng)力機(jī)械；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；回轉(zhuǎn)齒輪軸等 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 設(shè)計(jì)階段的作用 ?1名義載荷 : 按原動(dòng)機(jī)功率求得理想工作條件下的載荷 如 ：某齒輪傳動(dòng)副，輸入功率為 P(kW)，轉(zhuǎn)速為 n(r/min)，則所受扭矩為 (N 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 載荷性質(zhì) ?1靜載荷 ： 不隨時(shí)間改變或變化緩慢。 ? 而載荷性質(zhì)、大小、方向、分布和施加于零件上的具體方式都是導(dǎo)致零件失效的影響因素。 圖 33 幾何尺寸的簡(jiǎn)化 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 總結(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)中零件受載情況，通常需要考慮進(jìn)行如下所示的簡(jiǎn)化： ? 如下圖所示，忽略各種誤差，齒輪傳動(dòng)過(guò)程的總法向載荷一定沿著基圓的切線方向。 如圖 32所示。 圖 31 齒輪傳動(dòng)彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的力學(xué)模型 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 機(jī)械零件載荷 — 是零件在工作過(guò)程中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力傳遞時(shí)，引起零件表面和內(nèi)部應(yīng)力的主要根源。 ?可把輪齒簡(jiǎn)化成一個(gè)懸臂矩形截面梁。 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 作為設(shè)計(jì)者，在對(duì)零件進(jìn)行強(qiáng)度或剛度計(jì)算時(shí)需要知道： ?如何將機(jī)械零件所受的載荷進(jìn)行簡(jiǎn)化分析？ ?如何對(duì)載荷進(jìn)行分解和分類？ ?靜載荷與動(dòng)載荷的計(jì)算公式有何區(qū)別？ ?如何正確運(yùn)用材料力學(xué)中的 4個(gè)強(qiáng)度理論公式？ ?如何區(qū)別靜應(yīng)力和變應(yīng)力？ ?材料的疲勞極限與循環(huán)壽命之間的關(guān)系是什么？ ?如何正確選擇和確定材料的許用應(yīng)力？ 設(shè)計(jì)者思維 簡(jiǎn)單實(shí)例 實(shí)際齒輪的受力極為復(fù)雜，輪齒嚙合傳動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)輪齒受載時(shí)，齒根處的彎曲應(yīng)力最大，因此折斷的部位多發(fā)生在齒根。機(jī)械零件的應(yīng)力 機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的強(qiáng)度計(jì)算 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 機(jī)械零件的載荷 機(jī)械零件的變形 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 工程背景 ?在機(jī)械設(shè)計(jì)中，強(qiáng)度準(zhǔn)則是設(shè)計(jì)零件的最基本準(zhǔn)則，其理論基礎(chǔ)是材料力學(xué)。 ?實(shí)際機(jī)械零件在工作中所受的載荷是復(fù)雜的，既包括靜應(yīng)力也包括變應(yīng)力，因此對(duì)載荷進(jìn)行簡(jiǎn)化、分類是進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的基礎(chǔ)。 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 為了達(dá)到簡(jiǎn)化分析的目的，見(jiàn)圖 31所示的單齒受力分析。 ?輪齒的彎曲強(qiáng)度就可以采用材料力學(xué)的基本公式： 來(lái)進(jìn)行近似的計(jì)算。 要防止零件失效，當(dāng)應(yīng)用強(qiáng)度、剛度等設(shè)計(jì)準(zhǔn)則時(shí)，首先要進(jìn)行載荷的簡(jiǎn)化， 將工程問(wèn)題抽象為可以進(jìn)行計(jì)算的簡(jiǎn)化模型。 圖 32 載荷簡(jiǎn)化 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 圖 33所示的是鉸制螺栓受橫向力，根據(jù)實(shí)際情況表明，螺栓所受的最大擠壓應(yīng)力近似等于沿直徑方向在面積（ Lmin d0）上受均勻擠壓應(yīng)力。 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 ? 如下圖所示，軸承沿寬度方向分布的支撐載荷集中于軸承寬度的中點(diǎn) 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 ?，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程 如下圖所示，軸的直徑尺寸相對(duì)于長(zhǎng)度較小，將軸簡(jiǎn)化為一根線 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 ? 如下圖所示，將沿半圓周方向的分布?jí)毫?jiǎn)化為沿直徑方向的均勻分布 ? 根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理的載荷簡(jiǎn)化 第 3章 機(jī)械設(shè)計(jì)中零件的 載荷、應(yīng)力和變形 ? 引起零件失效的主要原因是 工作載荷。 根據(jù)設(shè)計(jì)過(guò)程載荷的作用和載荷的上述因素在實(shí)際工作中隨時(shí)間變化的情況，將載荷分類如下所示。通常認(rèn)為在工作壽命內(nèi)， 載荷引起應(yīng)力變化的次數(shù)小于1000 如 ：工件質(zhì)量引起的重力；受固定載荷的