第5章_机械零件中的载荷、静应力和变形ppt课件.ppt

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1、第5章机械零件中的载荷、静应力和变形华南理工大学5.1机械零件的载荷5.2机械零件的应力5.3机械零件的变形第三篇静强度设计机械零、部件的失效形式主要与载荷和应力有关。机械零件的设计最重要准则之一就是要满足强度，而静强度是螺纹、键等零件的主要条件。零件的变形对机械设计也是很重要的，如弯曲变形对机械主轴。温度对高温下工作的机械零件有较大影响。由于温度变化将使机械零件产生变形和温度应力。例如，金属材料在高温下可能出现蠕变和松弛。5.l机械零件的载荷5.1.1载荷的简化和力学模型图b所示钢丝绳受力使轴发生弯曲变形。载荷在轮毂和轴承间的轴段呈曲线状分布，如图c所示。通常可将载荷

2、简化为直线分布，如图d所示，使计算得到简化。进一步可将载荷简化为集中力，轴简化为一直线，即得如图e所示的力学模型(a)(b)(c)(d)如图a所示的滑轮轴，轴两端用滑动轴承支承。(e)FR2R1图5.1轴受载的力学模型5.1.2载荷的分类1.静载荷和变载荷载荷可根据其性质分为静载荷和变载荷。静载荷:载荷的大小或方向不随时间变化或变化极缓慢变载荷:载荷的大小或方向随时间有明显的变化2.工作载荷、名义载荷和计算载荷在机械设计计算中，载荷又有工作载荷、名义载荷和计算载荷之分。工作载荷：是机械正常工作时所受的实际载荷。用F和T分别表示力和转矩。若原动机的额定功率为P（kW）、额定

3、转速为n（rpm）时，传动零件上的名义转矩T(N.m)为Nm（5.1）式中：i—由原动机到所计算零件之间的总传动比；—由原动机到所计算零件之间传动链的总效率。名义载荷：缺乏工作载荷的载荷谱，或难于确定工作载荷时，常用原动机的额定功率，或根据机器在稳定和理想工作条件下的工作阻力求出的作用在零件上的载荷。（5.2）机械零件设计时常按计算载荷进行计算。为了安全起见，计算用的载荷值应考虑零件在工作中受到的各种附加载荷，如由机械振动、工作阻力变动、载荷在零件上分布不均匀等因素引起的附加载荷。这些附加载荷可通过动力学分析或实测确定。如果缺乏这方面的资料，可用一个载荷系数K对名义载

4、荷进行修正。计算载荷Fca（力）或Tca（力矩）为载荷系数K与名义载荷的乘积，即：5.2机械零件的应力应力也可按其随时间变化的情况分为静应力和变应力。静应力:不随时间而变化的应力变应力:随时间不断变化的应力受静载荷作用的零件也可以产生变应力图5.l所示的滑轮轴，载荷不随时间变化，是静载荷。当轴不转动而滑轮转动时，轴所受的弯曲应力为静应力；但是，当轴与滑轮固定联接（例如用键联接）并随滑轮一起转动时，轴的弯曲应力则为变应力。因此，应力与载荷的性质并不全是对应的。当然变载荷必然产生变应力。5.2.1应力计算机械零件工作时,在载荷作用下,零件内部和表面会产生应力。根据载荷作用的方

5、式不同产生的应力包括拉伸、压缩、剪切、挤压、扭转、弯曲和接触应力。1.拉伸:图5.2为拉杆联接，图5.2a为各部分的尺寸和受力情况。当联接杆受实线箭头拉力F作用时，杆内将产生拉应力，其值为（5.3）式中：A为杆的截面面积，A=D2/4。DDbb2bFFd开口销FF图5.2（a）拉杆连接2.压缩:(3-4)DDbb2bFFd开口销FF图5.2（a）拉杆连接图5.2的杆联接受虚线箭头压力F作用时两联接杆将受压应力c，其值为5.剪切:如图b所示，通常假定剪应力是均匀分布的，则这些剪切面上的剪应力为(3-5)式中：A为各个零件本身受剪切面积之和，如销钉A=2d2/4；杆

6、接头A=4cb。F杆AFa⑤②F杆B④④④①销钉F⑥③图5.2（b）拉杆连接各零件受剪切和挤压部位在受拉力F作用下，销钉的截面①、两杆的截面②和③均受到剪切。4.挤压:如图b所示，在销钉和杆的钉孔互相接触压紧的表面④、⑤、⑥处受到挤压的作用。F杆AF杆B④④④①销钉图5.2(c)杆A受挤压的情况图c所示为杆A钉孔受挤压的情况。F挤压应力图F受挤压后也的变形图F受力的简化图F挤压应力图F受挤压后也的变形图F受力的简化图挤压问题的条件性计算:假定挤压应力是均匀分布在钉孔的有效挤压面上，有效挤压面积就是实际受挤压面积在钉孔直径上的投影面积A′=2bd。钉孔表面的挤压应力为挤压问

7、题的条件性计算:假定挤压应力是均匀分布在钉孔的有效挤压面上，有效挤压面积就是实际受挤压面积在钉孔直径上的投影面积A′=2bd。钉孔表面的挤压应力为接触表面之间有相对滑动时，常常用单位面积上的压力来控制磨损。这种压力称为压应力，例如滑动轴承的轴颈和轴瓦间的情况。压应力一般用p表示，其值为5.扭转（5.8）式中：WT一抗扭截面系数，圆截面WT=d3/160.2d3。TTφτmaxd(a)传动轴(b)轴的扭切应力图5.3　传动轴的扭转当受到转矩T作用时，轴受扭转，扭转剪应力是不均匀分布的（图5.3b），圆轴截面的扭转剪应力最大值