機械零件的計算準則

tags: 機械零件    時間:2014-03-07 10:26:21
機械零件的計算準則簡介
    在設計時對零件進行計算所依據的準則,無疑地是與零件的失效形式緊密地聯繫在一起的。概括地講,大體有以下準則: (一)強度準則   強度準則就是指零件……
機械零件的計算準則正文

    在設計時對零件進行計算所依據的準則,無疑地是與零件的失效形式緊密地聯繫在一起的。概括地講,大體有以下準則:

(一)強度準則


強度準則就是指零件中的應力不得超過允許的限度。即:

σ≤σlim


其中:σlim為材料的極限應力,對於脆性材料:σlim=σB(強度極限),對於塑性材料:σlim=σS(屈服極限)。


考慮到各種偶然性或難以精確分析的影響,上式右邊要除以設計安全係數(簡稱安全係數),即:

σ≤σlim/S  即  σ≤[σ]


式中:安全係數S為大於1的數,S過大,雖安全但浪費材料;S過小,雖節省材料但趨危險,故S的選取應適當。[σ]稱為許用應力。

(二)剛度準則


零件在載荷作用下產生的彈性變形量y,小於或等於機器工作性能所允許的極限值[y](許用變形量),就叫做滿足了剛度要求,或符合剛度計算準則。其表達式為: 

y≤[y]


彈性變形量y可按各種變形量的理論或實驗方法來確定,而許用變形量[y]則應隨不同的使用場合,根據理論或經驗來確定其合理的數值。

(三)壽命準則


由於影響壽命的主要因素——腐蝕、磨損和疲勞是三個不同範疇的問題,所以它們各自發展過程的規律也就不同。迄今為止,還沒有提出使用有效的腐蝕壽命計算方法,因而也無法列出腐蝕的計算準則。關於磨損的計算方法,由於其類型眾多,產生的機理還未完全搞清,影響因素也很複雜,所以尚無通行的能夠進行定量計算的方法。關於疲勞壽命,通常是求出使用壽命時的疲勞極限來作為計算的依據。

(四)振動穩定性準則


機器中存在著很多周期性變化的激振源。例如:齒輪的嚙合,滾動軸承中的振動,滑動軸承中的油膜振蕩,彈性軸的偏心轉動等。如果某一零件本身的固有頻率與上述激振源的頻率重合或成整數倍關係時,這些零件就會發生共振,以致使零件破壞或機器工作關係失常等。所謂振動穩定性,就是說在設計時要使機器中受激振作用的各零件的固有頻率與激振源的頻率錯開。例如,令f代表零件的固有頻率,fp代表激振源的頻率,則通常應保證如下的條件:

0.85f>fp  或  1.15f


如果不能滿足上述條件,則可改變零件及系統的剛性,改變支承位置,增加或減少輔助支承等辦法來改變f值。


把激振源與零件隔離,使激振的周期性改變的能量不傳遞到零件上去;或採用阻尼以減小受激振動零件的振幅,都會改善零件的振動穩定性。

(五)可靠性準則


如有一大批某種零件,其件數為N0在一定的工作條件下進行試驗。如在t時間后仍有N件在正常地工作,則此零件在該工作環境條件下工作t時間的可靠度R可表示為:R=N/N0


如果試驗時間不斷延長,則N將不斷地減小,故可靠度也將改變。這就是說,零件的可靠度是一個時間的函數。若在時間t到t+dt的間隔中,又有dN件零件發生破壞,則在此dt時間間隔內破壞的比


式中f(t)稱為失效率,負號表示dN的增大將使N減小。分離變數並積分,得:


即:


零件或部件的失效率λ=f(t)與時間t的關係如右圖所示。

    早期失效階段,失效率由很高的數值急劇地下降到某一穩定的數值。引起這一階段失效率特別高的原因是零、部件存在的初始缺陷。正常使用階段如果發生失效,一般是由偶然的原因引起的,故其發生是隨機性的,失效率則表現為一常數。損壞階段主要是由於長期的使用而使零件發生磨損、疲勞裂紋擴展等原因,使失效率急劇地增加。


表徵失效率的另一個指標是兩次失效間的平均工作時間MTBF,用符號m表示,和λ的關係為:m=1/λ。

 

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