机械零件的计算规则的介绍

为了避免机械零件的失效，设计机械零件时就应使其具有足够的工作能力。目前，针对各种不同的零件失效形式，已分别提出了相应的计算准则，其中常用的计算准则有以下几个。

1）强度准则

强度准则是指零件危险截面上的应力不得超过其许用应力，其一般表达式为

式中　［σ］——零件的许用应力，由材料的极限应力σlim和设计许用安全系数［S］确定：

其中，材料极限应力σlim要根据零件的失效形式来确定。对于静强度断裂，σlim为材料的静强度极限；对于疲劳断裂，σlim为材料的疲劳极限；对于塑性变形，σlim为材料的屈服极限。

一般来讲，各种零件都应满足一定的强度要求，因而强度准则是零件设计最基本的准则。

2）刚度准则

刚度准则是指零件在载荷下产生的弹性变形量y不得大于许用变形量，即

弹性变形量y可根据不同的变形形式由理论计算或试验方法来确定。许用变形量［y］主要根据机器的工作要求、零件的使用场合等，由理论计算或工程经验来确定其合理的数值。

3）寿命准则

影响零件寿命的主要失效形式是腐蚀、磨损和疲劳，它们的产生机理、发展规律及对零件寿命的影响是完全不同的，应分别加以考虑。迄今为止，还未能提出有效而实用的腐蚀寿命计算方法，所以尚不能列出相应的计算准则。对于摩擦和磨损，人们已充分认识到它们的严重危害性，进行了大量的研究工作，取得了很多研究成果，并已建立了一些有关摩擦、磨损的设计准则，也对某些领域中的具体问题进行了有效的应用。但由于摩擦、磨损的影响因素十分复杂，发生机理还未完全搞清，所以至今还未形成供工程实际使用的定量计算方法，需要时常采用简化方法进行条件性计算。对于疲劳寿命计算，通常是求出零件使用寿命期内的疲劳极限作为计算依据，本书第2章将进一步进行介绍。

4）振动稳定性准则

做回转运动的零件一般都会产生振动。轻微振动对机器的正常工作妨碍不大，但剧烈振动将会严重影响机器的性能。机器中存在着许多周期性变化的激振源，如齿轮的啮合、轴的偏心转动、滚动轴承中的振动等。当零件（或部件）的固有频率f与上述激振源的频率分布相等或相近时，零件就会发生共振，导致振幅急剧增大，短期内就会使零件破坏，机器工作情况失常。因此，对于高速回转的零件，应满足一定的振动稳定性条件，相应的计算准则为(www.xing528.com)

从而使受激零件的固有频率与激振源的频率相互错开。

若不满足振动稳定性条件，可改变零件或系统的刚度或采取隔振、减振措施来改善零件的振动稳定性。如提高零件的制造精度、提高回转零件的动平衡精度、增加阻尼系数、提高材料或结构的衰减系数，以及采用减振、隔振装置等，都可改善零件的振动稳定性。

5）可靠性准则

对于满足强度要求的一批完全相同的零件，由于零件的工作应力和极限应力都是随机变量，因此在规定的工作条件下和规定的使用期限内，并非所有零件都能完成规定的功能，其中必有一定数量的零件会丧失工作能力而失效。机械零件在规定的工作条件下和规定的使用时间内完成规定功能的概率，称为机械零件的可靠度。可靠度是表示机械零件可靠性的一个特征量。

设有N0个零件在预定的使用条件下进行试验，在规定的使用时间t内，有Nf个零件随机失效，剩下Ns个零件仍能继续工作，则可靠度Rt为

当可靠度越大时，零件的可靠性便越高。显然，随着使用时间的延长，零件的可靠度会降低，所以零件的可靠性是随使用时间而变化的。

可靠性准则要求零件的工作可靠度Rt不小于规定的许用可靠度［Rt］，即

此外，对一个由多个零件组成的串联系统，任意一个零件失效都会使整个系统失效。若系统中各个零件的可靠度分别为R1、R2、…、Rn，则整个系统的可靠度为

由式（1-7）可知，串联系统的可靠性一定低于系统中最低可靠性零件的可靠性。串联的零件越多，则系统的可靠性越低。

设计零件时，要根据具体零件的主要失效形式选择和确定计算准则。

在现代机器的设计中，除了以上常用的计算准则外，热平衡准则、摩擦学准则等也已越来越受到了人们的重视，在有些场合已成为必须遵守的基本准则，从而更加有效地提高了机械零件的设计质量和机器的质量。