机械零件所受各种负荷概述

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机械零件所受各种负荷概述

机械零件在工作条件下可能受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用。有时只受到一种负荷作用，更多的时候将受到两种或三种负荷的同时作用。在外力作用条件下，机械零件的力学负荷主要表现为内部的变形方式、应力分布状态以及缺口效应作用等；热负荷主要表现为外界高温在构件或零件内部产生的热冲击和热应力，及其随温度的提高，零件承载能力的下降；环境介质的作用主要表现为环境对构件和零件表面造成的化学腐蚀、电化学腐蚀及摩擦磨损等作用。

1.1力学负荷

按载荷随时间变化的情况，可把载荷分成静载荷和动载荷。若载荷缓慢地由零增加到某一定值以后保持不变或变动很不显著，即为静载荷。机器的重量对基础的作用便是静载荷。若载荷随时间而变化，则为动载荷。按其随时间变化的方式，动载荷又可分为交变载荷与冲击载荷。交变载荷是随时间作周期性变化的载荷，例如齿轮转动时作用于每一个齿上的力都是随时间按周期性变化的。冲击载荷则是物体的运动在瞬时内发生突然变化所引起的载荷，例如急刹车时飞轮的轮轴、锻造时汽锤的锤杆等都受到冲击载荷的作用。

作用在机械零件上的静载荷分为四种基本形式，即拉伸或压缩、剪切、扭转和弯曲。

1）     拉伸或压缩  图1-1a表示一简易吊车，在载荷P作用下，AC杆受到拉伸（图1-1b），而BC杆受到压缩（图1-1c）。这类变形形式是由大小相等、方向相反、作用线与杆件轴线重合的一对力引起的，表现为杆件的长度发生伸长或缩短。起吊重物的钢索、析架的杆件、液压油缸的活塞杆等都属于拉伸或压缩变形。

2）     剪切 图1-2a表示一铆钉联接，在力P作用下，铆钉联接中的铆钉受到剪切。这类变形形式是由大小相等、方向相反、作用线垂直于杆轴且距离很近的一对力引起的，表现为受剪杆件的两部分沿外力作用方向发生相对的错动（图1-2b）。机械中常用的联接件（如键、销钉、螺栓等）都受剪切变形。

3）     扭转 图1-3a所示汽车转向轴在工作时发生扭转变形。这类变形形式是由大小相等、方向相反、作用面垂直于杆轴的一对力偶引起的（图1-3b），表现为杆件的任意两个横截面将发生绕轴线的相对转动。汽车的传动轴、电机和水轮机的主轴等都是受扭杆件。

4）     弯曲 图1-4a所示为火车轮轴发生弯曲变形。这类变形形式是由垂直于杆件轴线的横向力，或由作用于包含杆轴的纵向平面内的一对大小相等、方向相反的力偶引起的，表现为杆件轴线由直线变为曲线（图1-4b）。在工程中，受弯杆件是最常遇到的情况之一。桥式吊车的大梁、各种心轴以及车刀等都会产生弯曲变形。

还有一些零件同时承受几种基本变形，例如车床主轴工作时承受弯曲、扭转与压缩三种基本变形，钻床立柱同时承受拉伸与弯曲两种基本变形。这种情况称为组合变形。                              

1.2热负荷

许多机械零件是在高温条件下服役的。除了温度反复急剧变化引起的热疲劳和高温氧化以外，高温还将降低工程材料的力学性能，并产生蠕变现象。首先，高温下材料的强度随温度升高而降低；其次，高温下载荷持续时间对强度有显著影响，强度随加载时间的延长而降低（在室温下材料的强度不受加载时间的影响）。例如，20钢在45℃的短时抗拉强度为330MPa。若试样仅承受230MPa的应力，但在该温度下持续工作300h会发生断裂；如果将应力降至120MPa，持续1000h才会发生断裂。试验结果表明，高温下钢的抗拉强度随载荷持续时间的延长而降低。在给定温度和规定的时间内使试样发生断裂的应力叫做持久强度。

同时，材料在长时间的高温作用下，即使应力小于屈服强度也会慢慢地产生塑性变形，这种现象称为高温蠕变。一般来说，只有当温度超过0.3Tm（Tm为材料的熔点，以K为单位）时才出现较明显的蠕变。

另外，许多零件在不断变化的温度条件下工作，零件将受到热冲击作用。零件各部分受热（或冷却）不均匀引起的膨胀（或收缩）量不一致，因而在零件内部产生应力，叫做热应力。热应力将使零件产生热变形，或者降低零件的实际承载能力。

1.3环境介质的作用

（1）环境介质对金属工程构件和机械零件的作用主要在两个方面：腐蚀和摩擦磨损

1）腐蚀作用

考虑到腐蚀的过程和原因，可将腐蚀分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀三大类。化学腐蚀是指材料与周围介质直接发生化学反应，但反应过程中不产生电流的腐蚀过程。电化学腐蚀是指金属与离子导电性介质发生电化学反应，反应过程中有电流产生的腐蚀过程。物理腐蚀是指由于单纯的物理溶解而产生的腐蚀。

2）摩擦磨损作用

机器运转时，任何在接触状态下发生相对运动的零件，如轴与轴承、活塞环与汽缸套、十字头与滑块、齿轮与齿轮等，彼此之间都会发生摩擦。零件在摩擦过程中其表面发生尺寸变化和物质耗损的现象叫做磨损。磨损类型很多，最常见的有粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、麻点磨损（即接触疲劳）四种。

（2）环境介质对高分子材料工程构件和机械零件的作用——老化作用

高分子材料在加工、贮存和使用过程中，由于受各种环境因素的作用导致性能逐渐变坏，以致丧失使用价值的现象叫做老化。例如，农用薄膜经日晒雨淋，发生变色、变脆和透明度下降；玻璃钢制品长期暴露在大气中，其表面逐渐露出玻璃纤维（起毛）、变色、失去光泽并且强度下降；汽车轮胎和自行车轮胎贮存或使用中发生龟裂等等。

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这是我从课本中摘录下来的，欢迎大家一起交流探讨:handshake:handshake。

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cnxiaomao

1.1  1.3我学过
( S+ \- |8 V( g5 U- `" a- m1 _具体后来我不搞设计了，基本用不到。
3 V* E, H! L5 P5 s0 x' M' y负荷，在工作还有点用，主要是看机构合理不合理，然后写改善提案。

lihuaxin2010

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farmor

值得学习，很详细，很易懂