5 机械零件设计过程中的计算准则

5 机械零件设计过程中的计算准则

概要

机器零件在设计过程中需要严格遵循计算准则，因为这决定了它们最终性能的优劣。本文将具体介绍机械零件设计过程中的五个计算准则。

5 机械零件设计过程中的计算准则
机械零件设计的具体方法

设计中用于计算机器零件的标准无疑与零件的失效模式密切相关。这些计算标准的准确性与机器零件的性能有关。一般来说，大致有以下五个计算标准。

强度准则

强度准则是指零件中的应力不得超过允许的极限。即：σ≤σlim

其中，σlim为材料的极限应力，对于脆性材料：σlim=σB（强度极限），对于塑性材料：σlim=σS（屈服极限）。

考虑到各种偶然因素的影响或难以准确分析，上式右边应除以设计安全系数（简称安全系数），即：σ≤σlim/S，即σ≤[σ]

式中：安全系数S为大于1的数，S过大虽然安全但浪费材料。 S太小，虽然省料但容易发生危险，所以S的选择要适当。 [σ] 称为许用应力。

刚度准则

零件在载荷作用下的弹性变形y小于或等于机器性能的允许极限值[y]（允许变形），则称满足刚度要求或满足刚度计算准则。其表达式为：y≤[y]

弹性变形y可根据各种变形理论或实验方法确定，而许用变形[y]应根据不同的应用场合，根据理论或经验确定。

生活准则

由于影响寿命的主要因素——腐蚀、磨损和疲劳是三类不同的问题，它们各自发展过程的规律也是相同的。迄今为止，尚未提出有效的腐蚀寿命计算方法，因此无法列出腐蚀计算准则。关于磨损的计算方法，由于其种类繁多，其产生机理尚未完全明了，影响因素也十分复杂，因此尚无通用的定量计算方法。关于疲劳寿命，通常以使用寿命期间的疲劳极限作为计算量。

振动稳定性标准

机器中存在许多周期性振动源。例如齿轮啮合、滚动轴承中的振动、滑动轴承中的油膜振荡、弹性轴的偏心转动等。如果某个零件本身的固有频率与上述激励源的频率重合或成为其整数倍关系，这些零件会发生共振，导致机器零件损坏或机器工作关系故障。所谓振动稳定性，是指机器中受激振的各部分的固有频率与激振源的频率交错。例如，f表示零件的固有频率，fp表示激励源的频率，通常应保证以下条件：0.85f>fp或1.15f>fp

如果不能满足上述条件，可以通过改变零件和系统的刚度、改变支撑位置、增减辅助支撑等方式来改变f值。

将激励源与机器基本部件隔离，使激励的周期性变化能量不传递到部件；或采用阻尼降低被激振部件的振幅，将提高部件的振动稳定性。

可靠性标准

如果有大量的某些贵重机器零件，则在一定的工作条件下进行测试的件数为N0。若t时间后仍有N个部件正常工作，则该部件在工作环境条件下工作t时间的可靠性R可表示为R=N/N0

如果测试时间继续延长，N 将继续减小，因此零件的可靠性是时间的函数。

在早期故障阶段，故障率从一个很高的值急剧下降到某个稳定值。这个阶段故障率特别高的原因是零部件的初期缺陷。如果在正常使用阶段出现故障，一般是偶然原因造成的，所以它的发生是随机的，故障率表示为一个常数。损坏阶段主要是由于零件长期使用造成磨损和疲劳裂纹扩展等，导致故障率急剧增加。

机器零件的设计过程需要进行大量精确的计算，以确保机器处于良好的工作状态。如果您在阅读了以上内容后还想了解更多关于机械零件的知识，可以联系我们获取更多相关知识。

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