机械零件设计的计算准则

机械零件不发生失效时的安全工作限度，称为零件的工作能力。对载荷而言，零件的工作能力也称零件的承载能力。同一种零件可能会发生不同的失效形式，对于不同的失效形式，就有不同的工作能力。例如，轴的失效可能因疲劳而断裂，也可能因过大的弹性而变形。前者取决于轴的疲劳强度，后者则取决于轴的刚度。

以防止产生各种可能失效为目的而拟订的零件工作能力计算依据的基本原则，称为设计计算准则。零件设计时的主要计算准则有以下6 种：

（1）强度准则

强度是指零件在预期寿命工作中抵抗断裂、塑性变形及表面失效（磨粒磨损、腐蚀除外）的能力。强度可分为整体强度和表面强度两种。强度是零件必须首先满足的基本要求。

强度准则是指零件中的应力不得超过允许的限度（称为许用应力，用[σ]或[]表示）。例如，对一次断裂来讲，应力不超过材料的强度极限；对疲劳破坏来讲，应力不超过零件的疲劳极限；对残余变形来讲，应力不超过材料的屈服极限。这就称为满足了强度要求，符合了强度计算的准则。其代表性的表达式为

满足强度要求的另一种表达方式是使零件工作时的实际安全系数S 不小于零件的许用安全系数[S]，即

（2）刚度准则

刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。其设计准则为零件在工作时产生的弹性变形量不超过允许变形量。其表达式为

式中　y——零件的工作挠度；

　　　[y]——许用挠度；

　　　θ——零件的工作偏转角；

　　　[θ]——许用偏转角；

　　　φ——零件的工作扭转角；

　　　[φ]——许用扭转角。

弹性变形量y、θ、φ 可按各种求变形且的理论或实验方法来确定，而许用变形量[y]、[θ]、[φ]应随不同的使用场合，根据理论或经验来确定其合理的数值。(www.xing528.com)

（3）耐磨性准则

耐磨性是指在载荷作用下相对运动的两零件表面抵抗磨损的能力。

过度磨损会使零件的形状和尺寸改变，配合间隙增大，精度降低，产生冲击振动。

在滑动摩擦下工作的零件，常因载荷大，转速高过度磨损而失效。影响磨损的因素很多，通过限制零件工作面的单位压力和相对滑动速度，进行良好的润滑以及提高零件表面硬度和表面质量来提高耐磨性。用公式表示为

式中　p——零件工作面上的压强；

　　　pv——压强与滑动速度乘积；

　　　[p]、[pv]——许用值。

（4）热平衡准则

零件工作时因摩擦产生过多的热量导致润滑剂失去作用，从而使零件不能正常工作。热平衡准则是根据热平衡条件，工作温度t 不应超过许用工作温度[t]，即

（5）振动稳定性准则

振动稳定性是指高速机器抵抗失稳的能力。振动稳定性的准则就是在设计时要使机器中受激振作用的各零件的固有频率f 与激振源的频率fp错开，即

（6）可靠性准则

可靠性可用可靠度表示。对那些大量生产而又无法逐件试验或检验的产品，更应计算其可靠度。零件的可靠度是指一批完全相同的零件（如有N0个）在一定的工作条件下进行实验，经过时间t 后，还有Ns个正常工作，有Nf个损坏了，则这批零件在该工作条件下能正常工作达到时间的可靠度R 为