机械零件工作能力计算的理论基础.ppt
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1机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础1机械零件的失效及其工作能力准则机械零件的失效及其工作能力准则2工程力学基础工程力学基础3轴的拉伸与压缩轴的拉伸与压缩4剪切和挤压剪切和挤压5扭转扭转6弯曲弯曲7强度理论概述强度理论概述8疲劳强度概述疲劳强度概述9接触强度概述接触强度概述2机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础1机械零件的失效及其工作能力准则机械零件的失效及其工作能力准则一、机械零件的失效及其失效形式一、机械零件的失效及其失效形式失效失效：
零件丧失工作能力或达不到设计要求的性能。
常见的常见的失效形式失效形式：
破裂或塑性变形；弹性变形过大；表面磨损、胶合；打滑；联接松动性；振动不稳定性等。
零件工作承受载荷载荷欲使零件失效零件据自身结构、材料反抗失效反抗失效失效解决办法：
合理设计遵循设计准则设计准则二、机械零件的工作能力二、机械零件的工作能力工作能力工作能力：
零件不发生失效失效的安全工作限度（预定使用期限）。
承载能力承载能力：
对于载荷载荷而言的工作能力。
3机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础设计准则（工作能力准则）设计准则（工作能力准则）：
1、强度准则、强度准则强度：
强度：
零件抵抗断裂、塑性变形、疲劳破坏的能力。
方法：
方法：
1）或2）2、刚度准则、刚度准则刚度：
刚度：
抵抗弹性变形的能力。
3、寿命准则、寿命准则实际使用寿命大于或等于预期寿命，LL。
4、温升准则、温升准则tt5、振动稳定性准则、振动稳定性准则4机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础一、力的基本知识一、力的基本知识力力：
物体间相互的机械作用使物体改变运动状态改变运动状态或产生变形产生变形力的三要素大小方向作用点力的单位：
牛顿（N）常用带箭头的有向线段表示，如图示大小：
线段的长度方向：
线段的位置及箭头的指向作用点：
线段的起点或终点力常用字母F表达2工程力学基础工程力学基础外效应内效应5机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础内力内力：
系统内各物体间的相互作用力：
系统内各物体间的相互作用力等效力系等效力系：
两个力系对同一刚体的作用效果相同：
两个力系对同一刚体的作用效果相同合力合力：
一个力与一个力系等效：
一个力与一个力系等效平衡力系平衡力系：
物体受到的力系合力为零，则物体的运动：
物体受到的力系合力为零，则物体的运动状态保持不变状态保持不变静力学四大公理静力学四大公理：
公理公理：
人类经过长期实践和经验而得到的结论，它被反复的实践所验证，是无须证明而为人们所公认的结论。
外力外力：
系统外的物体对系统的作用力：
系统外的物体对系统的作用力力系力系：
作用于同一物体的一群力：
作用于同一物体的一群力几几个个概概念念6机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础公理公理1：
力的合成与分解的平行四边形法则力的合成与分解的平行四边形法则作用在物体上同一点的两个力的合力，其作用线仍通过该点，合力的大小和方向可以该两个力为邻边构成的平行四边形的主对角线来表示。
也可将一个力按已知方向分解为两个共点分力：
力的合成力的合成：
由力系求合力力的分解力的分解：
由合力求分力7机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础公理公理2：
刚体二力平衡条件刚体二力平衡条件作用于刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要与充分条件是：
这两个力大小相等大小相等，方向相反方向相反，且作用在同一条直线上作用在同一条直线上。
如刚体处于二力平衡状态，则必有：
等值、反向、共线二力体（杆）二力体（杆）：
只受两个力的作用而保持平衡的刚体（杆）公理公理3：
力对刚体的可传递性力对刚体的可传递性作用在刚体上的力可沿其作用线移动作用点而不改变该力对刚体作用的效果。
（图a等效于图b）8机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础公理公理4：
作用与反作用定律作用与反作用定律一物体以一力作用于另一物体时，被作用的物体必同时以一大小相等、方向相反、沿同一作用线的力反作用于施力物体上。
作用力与反作用力分别作用在不同的物体上，同时产生，同时消失。
例例：
吊灯9机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础二、力矩及合力矩定理二、力矩及合力矩定理力矩力矩：
力（F）与力臂（l）之乘积力矩是衡量力使物体转动效果的尺度。
常用符号Mo（F）表示力F对O点之矩，简称力矩。
点O称为矩心，矩心到作用线的垂直距离l称为力臂。
力矩为代数量，即Mo（F）=Fl（Nm或Nmm）合力矩定理合力矩定理：
合力对于一点O之矩，等于各分力对点O之矩的代数和。
Mo（F）=Mo（Fi）式中：
Fi（i=1,2,n）为合力F的n个分力三、力偶和力偶矩三、力偶和力偶矩力偶力偶：
大小相等、方向相反、作用线相互平行的一种特殊的力系10机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础力偶矩力偶矩：
力（F）与力偶臂（d）之乘积M=Fd（Nm或Nmm）注意注意：
a.力矩和力偶都能使物体转动；b.力矩使物体的转动效应与矩心的位置有关；c.力偶对其作用面内任一点的矩均为常数（与矩心位置无关）。
四、力的作用线平移定理四、力的作用线平移定理若将作用于刚体上的力，平行于自身移到刚体上任意一新点，而要不改变原力对该刚体的作用效果，则必须附加一力偶，其力偶矩等于原力对该新点的矩。
11机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础五、约束与约束力五、约束与约束力自由体自由体：
位移不受限制的物体；非自由体非自由体：
位移受限制的物体；约束约束：
对非自由体的某些位移预先施加的限制条件；约束力约束力：
约束对被约束物体的力。
约束力特点约束力特点：
1、大小常常是未知的；2、方向总是与约束限制的物体的运动方向相反；3、作用点在物体与约束相接触的那一点。
GGN1N212机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础PPTS1S1S2S2常见的约束类型常见的约束类型：
1、柔索约束柔索约束：
由柔性的绳、带、链条等构成的约束。
绳索类只能受拉，所以它们的约束力是作用在接触点，方向沿绳索中心线而背离物体。
13机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础2、光滑面约束、光滑面约束：
由完全光滑的刚体接触面构成的约束。
约束力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体。
PNNPNANB14机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础3、圆柱形光滑铰链约束、圆柱形光滑铰链约束：
约束物与被约束物以光滑圆柱面铰接构成的约束特例特例：
a、固定铰链约束、固定铰链约束：
15机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础b、活动铰链约束、活动铰链约束：
活动铰链约束造成的约束力的作用线通过铰链中心并垂直于支撑表面。
活动铰链约束造成的约束力只有一个。
4、固定端约束、固定端约束：
固定端相对其约束物不能向任何方向移动或转动的约束。
16机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础六、研究对象的受力分析及受力图六、研究对象的受力分析及受力图1、受力分析、受力分析研究、解决力学问题时，首先要选定需要进行研究的物体，即选择研究对象；然后根据已知条件、约束类型并结合基本概念和公理分析它的受力情况，这个过程过程称为物体的受力分析。
作用在物体上的力有两类：
一：
主动力，如重力、风力、气体压力等；二：
被动力，即约束力。
2、受力图、受力图为了清楚地表示出物体的受力情况，需要把所研究的物体从周围的物体中分离出来，并画出作用在其上的全部作用力，这种表示物体受力的简图称为受力简图（受力图）。
画物体受力图是分析解决力学问题的重要前提，必须正确无误！
17机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础画物体受力图主要步骤为：
画物体受力图主要步骤为：
1、确定研究对象，取分离体；2、画上主动力；3、画出约束力。
例：
例：
RAyRAx18机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础画受力图应注意的问题：
画受力图应注意的问题：
1、不要漏画力除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处必有力，力的方向由约束类型而定。
2、不要多画力要注意力是物体之间的相互机械作用。
因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是哪一个施力体施加的。
3、不要画错力的方向在分析两物体之间的作用力与反作用力时，要注意：
作用力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，不要把箭头方向画错。
约束力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。
19机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础4、受力图上不能再带约束画约束力时，应取消约束，而用约束力来替代它的作用。
受力图一定要画在分离体上。
5、受力图上只画外力，不画内力一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有可能不同。
当物体系统拆开来分析时，原系统的部分内力，就成为新研究对象的外力。
6、同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相互协调，不能相互矛盾对于某一处的约束力的方向一旦设定，在整体、局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。
RAyRAx20机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础七、机械零件变形的基本形式七、机械零件变形的基本形式刚体刚体：
受力后形状和体积不发生改变的理想化物体。
可变形固体可变形固体的若干概念：
固体的变形在分析机件损伤和失效时将成为不可忽视的主要问题，此时不能将研究对象再视为刚体，而应如实将其作为可变形固体可变形固体。
弹性变形弹性变形：
可变形固体的变形若在撤除外力以后能完全消失的变形。
塑性变形塑性变形：
可变形固体的变形若在撤除外力以后不能消失的变形。
变形的基本类型：
变形的基本类型：
拉伸或压缩：
剪切：
扭转：
弯曲：
21机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础3轴的拉伸与压缩轴的拉伸与压缩一、横截面上的内力和应力一、横截面上的内力和应力内力内力：
在外力作用下，杆件内部材料的颗粒间因相对位置改变而产生的相互作用力。
应力应力：
单位面积上的内力。
正应力：
垂直于横截面的应力。
=F/A=N/A式中：
N为拉（压）杆横截面上的内力，N；F为轴向受拉（压）外力，N；A为拉（压）杆横截面面积，mm2；为拉（压）杆应力，N/mm2（Pa帕：
N/mm2）。
应变应变：
单位长度的伸长量。
22机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础二、材料的力学（机械）性能二、材料的力学（机械）性能力学性能力学性能：
在外力作用下，在变形和破坏方面表现出来的种种性能。
材料的机械性质力学性质（特性）：
弹性模量、屈服极限、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、硬度、冲击韧性等材料的机械性质是机械设计中选择材料和强度、刚度计算的重要依据。
通过各种实验测定实验测定1、材料的静拉伸实验、材料的静拉伸实验图a）：
标准试件图b）：
拉伸图图c）：
应力应变曲线23机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础1）正比阶段）正比阶段（图上oa直线段）此阶段材料的应力与应变十分接近线性关系。
最高应力（a点）比例极限P2）屈服阶段）屈服阶段（图上bc段）应力几乎不变，而应变却急剧增长，材料似乎暂时失去对变形的抵抗能力。
屈服阶段的最低应力屈服极限s塑性材料的极限应力lim3）强化阶段）强化阶段（图上cd段）经过屈服阶段后，需要继续增大拉力才能使材料继续变形。
强化阶段的最高应力（d点）强度极限b（材料承受最大应力）4）局部收缩阶段）局部收缩阶段（图上de段）试件某一部分截面发生显著收缩，在e点发生断裂。
24机械零件工作能力计算的理论基础机械零件工作能力计算的理论基础2、材料的压
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