汽轮机零件强度校核..
第五章汽轮机零件的强度校核
第一节汽轮机零件强度校核概述
为了确保电站汽轮机安全远行，应该使汽轮机零件在各种可能遇到的运行工况下都能可靠地工作。因此，需要对汽轮机零件进行强度校核，包括静强度校核和动强度校核两方面，这是本章要讨论的问题。
汽轮机的转动部分称为转子，静止部分称为静子。转子零件主要有叶片、叶轮、主轴及联轴器等，静子零件主要有汽缸、汽缸法兰、法兰螺栓和隔板等。由于备零件的工作条件和受力状况不同，采用的强度校核方法也各异。例如，转子中的叶片、叶轮和主轴除了受高速旋转的离心力和蒸汽作用力外，还会受到周期性激振力的作用，从而产生振动。当汽轮机在稳定工况下运行时，离心应力和蒸汽弯曲应力不随时间变化。稳定工况下不随时间变化的应力，统称为静应力，属于静强度范畴，周期性激振力引起的振动应力称为动应力，其大小和方向都随时间而变化，属于动强度范畴。直至目前为止、对汽轮机转子零件动应力的精确计算尚有一定困难，因此，本章对汽轮机零件的动强度分析，只限于零件自振频率和激振力频率计算及安全性校核。一般来说，对汽轮机转子零件，应从静强度和动强度两方面进行校核；对汽轮机静子零件，只需进行静强度校核，包括零件静应力和挠度计算。
静强度校核时，一般应以材料在各种工作温度下的屈服极限、蠕变极限和持久强度极限，分别除以相应的安全系数得到各自的许用应力，并取这三个许用应力中最小的一个许用应力作为强度校核依据。如果计算零件在最危险工况的工作应力小于或等于最小许用应力，则静强度是安全的。对动强度，常用安全倍率和共振避开率来校核。
需要指出，大型汽轮机某些零件的强度校核要求随工况变化而变化。在稳定工况下，某一零件只需进行静强度和动强度校核。但是在冷热态启动、变负荷或甩负荷等变工况下，沿零件径向和轴向会有较大的温度梯度，从而产生很大的热应力，且零件内任一点的热应力的大小和方向随运行方式而变化。如汽轮机冷态启动时，转子外表面有压缩热应力，中心孔表面有拉伸热应力；停机时，转子外
表而有拉伸热应力，中心孔表而有压缩热应力；在稳定工况运行时，转子内外表面温度趋于均匀，转子各截面内热应力趋于零。转子在启停过程中，承受交变热应力的作用，其材料的寿命有损耗。当损耗积累到一定程度时，就会萌生裂纹，导致零件损坏。因此对大型汽轮机某些零件，如转子、汽缸等，还应考虑热
应力和热疲劳问题。
综上所述，通过汽轮机备零件强度的计算和校核，就可确定汽轮机安全远行的工况范围及应该控制的极限值，例如，允许的最大功率、监视段压力、低真空值、最高转速、许用温升(降)串和负荷变化串等，为拟定合理运行方式提供理论依据。对服役汽轮机进行技术改造和更换零件时，也须进行强度校核，以便保证安全。因篇幅所限，本章着重介绍汽轮机的主要零件的强度。如叶片、叶轮、转子、汽缸、法兰等，并例重于介绍动强度校核。
第二节汽轮机叶片静强度计算
叶片是汽轮机的主要零件之一，它将高速汽流的动能转换成机械功。为了确保叶片安全工作，以及分析其损坏原因，必须掌握叶片静强度计算和动强度校核方法。本节只讨论叶片静强度计算，重点介绍叶片的离心应力和蒸汽弯曲应力的计算，以及讨论围带、拉筋等对叶片弯曲应力和离心应力的影内。
一、单个叶片叶型部分的应力计算
汽轮机叶片由叶顶、叶型(叶片型线，或称叶身)和叶根三部分组成，叶片是在高温、高转速和高速汽流绕流或湿蒸汽区的条件下工作的。作用在叶型部分的力主要有两类：其一是与叶型自身质量和围带、拉筋质量有关的离心力；其二是高速汽流通过叶型通道时产生的蒸汽作用力，以及围带、拉筋发生弯曲变形时对叶片的作用力等。前者是叶型内部的离心应力；后者是弯曲应力。当叶片离心力的作用点不通过计算截面的形心时，离心力除了引起拉伸应力外，还要产生离心力偏心导致的弯曲应力。
叶片分为等截面和变截面叶片两类。两者的结构和受力不同，因而其离心力和弯曲应力的计算方法也有区别。
（一）离心应力计算
汽轮机叶片在高速旋转时产生很大的离心力，由离心力引起的应力称为叶片的离心应力。由于离心力沿叶高是变化的，所以离心应力沿叶高各个截面上也是不相等的。尽管离心力在叶型根部截面最大，但高心应力的大小要视叶型截面的变化规律而定。
1．等截面叶片的离心应力计算
等截面叶片如图5.2.1所示，其叶型截面面积沿叶高不变。由于叶型根部截面承受整个叶型部分的离心力，所以根部截面的离心力c F 最大：
2ωρm c A l R F = （5.2.1）
式中 ρ——叶片材料密度；
A ——叶型截面积；
l ——叶型高度；
m R ——级的平均半径；
ω——叶轮的旋转角速度。
等截面叶片根部截面积的离心应力最
大用m ax .c σ表示，即
2max ./ωρσm c c lR A F == （5.2.2） 由上式可得到几点有益的启示：
1） 等截面叶片的离心应力与其截面
面积大小无关，也就是说对于等截面叶片
不能用增加截面面积的方法来降低离心应
力，因为随着截面积的增加其离心应力也
成比例增加，根部截面的最大离心应力保持不变。
2）当等截面叶片的材料和级的尺寸一定时要想降低叶片的离心应力只有采用变截面叶片。
3) 采用低密度、高强度的叶片树料可提高末级叶片的高度，增大极限功率。如钦基合金的33=4.510kg m ρ?．为一般不锈钢材密度的一半，可大大减小离心应力。我国研制的超硬铝合金材料比LC4，其33=2.810kg m ρ?，约为一般1Cr13、
轴的设计、计算、校核
轴的设计、计算、校核 以转轴为例，轴的强度计算的步骤为： 一、轴的强度计算 1、按扭转强度条件初步估算轴的直径 机器的运动简图确定后，各轴传递的P和n为已知，在轴的结构具体化之前，只能计算出轴所传递的扭矩，而所受的弯矩是未知的。这时只能按扭矩初步估算轴的直径，作为轴受转矩作用段最细处的直径dmin，一般是轴端直径。 根据扭转强度条件确定的最小直径为： （mm）式中：P为轴所传递的功率（KW） n为轴的转速（r/min） Ao为计算系数，查表3 若计算的轴段有键槽，则会削弱轴的强度，此时应将计算所得的直径适当增大，若有一个键槽，将d min增大5％，若同一剖面有两个键槽，则增大10％。 以dmin为基础，考虑轴上零件的装拆、定位、轴的加工、整体布局、作出轴的结构设计。在轴的结构具体化之后进行以下计算。 2、按弯扭合成强度计算轴的直径 l）绘出轴的结构图 2）绘出轴的空间受力图 3）绘出轴的水平面的弯矩图 4）绘出轴的垂直面的弯矩图 5）绘出轴的合成弯矩图 6）绘出轴的扭矩图 7）绘出轴的计算弯矩图
8）按第三强度理论计算当量弯矩： 式中：α为将扭矩折合为当量弯矩的折合系数，按扭切应力的循环特性取值: a）扭切应力理论上为静应力时，取α=。 b）考虑到运转不均匀、振动、启动、停车等影响因素，假定为脉动循环应力，取α=。 c）对于经常正、反转的轴，把扭剪应力视为对称循环应力，取α=1（因为在弯矩作用下，转轴产生的弯曲应力属于对称循环应力）。 9）校核危险断面的当量弯曲应力（计算应力）： 式中：W为抗扭截面摸量（mm3），查表4。 为对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，查表1。 如计算应力超出许用值，应增大轴危险断面的直径。如计算应力比许用值小很多，一般不改小轴的直径。因为轴的直径还受结构因素的影响。 一般的转轴，强度计算到此为止。对于重要的转轴还应按疲劳强度进行精确校核。此外，对于瞬时过载很大或应力循环不对称性较为严重的轴，还应按峰尖载荷校核其静强度，以免产生过量的塑性变形。 二、按疲劳强度精确校核 按当量弯矩计算轴的强度中没有考虑轴的应力集中、轴径尺寸和表面品质等因素对轴的疲劳强度的影响，因此，对于重要的轴，还需要进行轴危险截面处的疲劳安全系数的精确计算，评定轴的安全裕度。即建立轴在危险截面的安全系数的校核条件。 安全系数条件为：
轴的设计计算
轴的设计计算 【一】能力目标 1.了解轴的功用、分类、常用材料及热处理。 2.能合理地进行轴的结构设计。 【二】知识目标 1.了解轴的分类，掌握轴结构设计。 2.掌握轴的强度计算方法。 3.了解轴的疲劳强度计算和振动。 【三】教学的重点与难点 重点：轴的结构设计 难点：弯扭合成法计算轴的强度 【四】教学方法与手段 采用多媒体教学（加动画演示），结合教具，提高学生的学习兴趣。【五】教学任务及内容 任务知识点 轴的设计计算 1. 轴的分类、材料及热处理 2. 轴的结构设计 3. 轴的设计计算 （一）根据承受载荷的情况，轴可分为三类 1、心轴工作时只受弯矩的轴，称为心轴。心轴又分为转动心轴（a）和固定心轴(b)。 2、传动轴工作时主要承受转矩，不承受或承受很小弯矩的轴，称为传动轴。
3、转轴工作时既承受弯矩又承受转矩的轴，称为转轴。 （二）按轴线形状分： 1、直轴 （1）光轴 作传动轴（应力集中小） （2）阶梯轴 优点：1）便于轴上零件定位；2）便于实现等强度 2、曲轴 另外还有空心轴（机床主轴）和钢丝软轴（挠性轴）——它可将运动灵活地传到狭窄的空间位置。如牙铝的传动轴。 二、轴的结构设计 轴的结构设计就是确定轴的外形和全部结构尺寸。但轴的结构设计原则上应满足如下要求： 1)轴上零件有准确的位置和可靠的相对固定； 2)良好的制造和安装工艺性； 3)形状、尺寸应有利于减少应力集中； 4）尺寸要求。
（一）轴上零件的定位和固定 轴上零件的定位是为了保证传动件在轴上有准确的安装位置；固定则是为了保证轴上零件在运转中保持原位不变。作为轴的具体结构，既起定位作用又起固定作用。 1、轴上零件的轴向定位和固定：轴肩、轴环、套筒、圆螺母和止退垫圈、弹性挡圈、螺钉锁紧挡圈、轴端挡圈以及圆锥面和轴端挡圈等。 2、轴上零件的周向固定：销、键、花键、过盈配合和成形联接等，其中以键和花键联接应用最广。 （二）轴的结构工艺性 轴的结构形状和尺寸应尽量满足加工、装配和维修的要求。为此，常采用以下措施： 1、当某一轴段需车制螺纹或磨削加工时，应留有退刀槽或砂轮越程槽。 2、轴上所有键槽应沿轴的同一母线布置。 3、为了便于轴上零件的装配和去除毛刺，轴及轴肩端部一般均应制出45o的倒角。过盈配合轴段的装入端常加工出带锥角为30o的导向锥面。 4、为便于加工，应使轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽、退刀槽和越程槽等尺寸一致。 （三）提高轴的疲劳强度 轴大多在变应力下工作，结构设计时应尽量减少应力集中，以提高其疲劳强度。 1、结构设计方面轴截面尺寸突变处会造成应力集中，所以对阶梯轴相邻轴段直径不宜相差太大，在轴径变化处的过渡圆角半径不宜过小。尽量避免在轴上开横孔、凹槽和加工螺纹。在重要结构中可采用凹切圆角、过渡肩环，以增加轴肩处过渡圆角半径和减小应力集中。为减小轮毂的轴压配合引起的应力集中，可开减载槽。 2、制造工艺方面提高轴的表面质量，降低表面粗糙度，对轴表面采用碾压、喷丸和表面热处理等强化方法，均可显著提高轴的疲劳强度。
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第一篇总论 第三章机械零件的强度 3-1 某材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=180MPa，取循环基数N0=5?106，m=9，试求循环次数N分别为7000，2500，620000次是时的有限寿命弯曲疲劳极限。 3-2 已知材料的力学性能为σS=260MPa，σ-1=170MPa，ψσ=0.2,试绘制此材料的简化极限应力线图（参看图3-3中的A’D’G’C）。 3-3 一圆轴的轴肩尺寸为：D=72mm，d=62mm，r=3mm。材料为40CrNi，其强度极限σB=900MPa，屈服极限σS=750MPa，试计算轴肩的弯曲有效应力集中系数kσ。 3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D=54mm，d=45mm，r=3mm。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB=420MPa，试绘制此零件的简化极限应力线图。 3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力σm=20MPa，应力幅σa=900MPa，试分别按：a）r=C；b）σm=C，求出该截面的计算安全系数S ca。 第二篇联接 第五章螺纹联接和螺旋传动 5-1 分析比较普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，各举一例说明它们的应用。5-2 将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分做得细些有什么好处？ 5-3 分析活塞式空气压缩机气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力，最小应力如何得出？当气缸内的最高压力提高时，它的最大应力、最小应力将如何变化？ 5-4 图5-49所示的底板螺栓组联接受外力F∑的作用。外力F∑作用在包含x轴并垂直于底板接合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？保证联接安全工作的必要条件有哪些？ 5-5 图5-50是由两块边板和一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架。两块边板各用4个螺栓与立柱相联接，托架所承受的最大载荷为20kN，载荷有较大的变动。试问：此螺栓联接采用普通螺栓联接还是铰制孔用螺栓联接为宜？为什么？ 5-6 已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相联接。托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为250mm、大小为60kN的载荷作用。现有如图5-51所示的两种螺栓布置型式，设采用铰制孔用螺栓联接，试问哪一种布置型式所用的螺栓直径较小？为什么？
《汽轮机原理》习题与答案
《汽轮机原理》 目录 第一章汽轮机级的工作原理 第二章多级汽轮机 第三章汽轮机在变动工况下的工作 第四章汽轮机的凝汽设备 第五章汽轮机零件强度与振动 第六章汽轮机调节 模拟试题一 模拟试题二 参考答案
第一章汽轮机级的工作原理 一、单项选择题 1.汽轮机的级是由______组成的。【 C 】 A. 隔板+喷嘴 B. 汽缸+转子 C. 喷嘴+动叶 D. 主轴+叶轮 2.当喷嘴的压力比εn大于临界压力比εcr时，则喷嘴的出口蒸汽流速C1 【 A 】 A. C 1
结构设计及强度校核
专业综合训练任务书： 49.9米150吨冷藏船结构设计及总纵强度计算 一、综合训练目的 1、通过综合训练，进一步巩固所学基础知识，培养学生分析解决实际工程问题的能力，掌握静水力曲线的计算与绘制方法。 2、通过综合训练，培养学生耐心细致的工作作风和重视实践的思想。 3、为后续课程的学习和走上工作岗位打下良好的基础。 二、综合训练任务 1.150吨冷藏船结构设计，提供主要构件的计算书。 2.参考该船图纸和相关静水力资料、邦戎曲线图，按照《钢质内河船舶建造规范》的要求进行总纵 强度计算，提供总纵强度计算书。 3.参考资料： 1)中国船级社. 钢质海船入级与建造规范 2009 2)王杰德等. 船体强度与结构设计北京：国防工业出版社，1995 3)聂武等. 船舶计算结构力学哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2000 三、要求： 1、专业综合训练学分重，应予以足够重视； 2、计算书格式要符合要求； 如船体结构设计计算书应包括：（a）对设计船特征（船型、主尺度、结构形式等）的概述，设计所根据的规范版本的说明等；（b）应按船底、船侧、甲板的次序，分别写出确定每一构件尺寸的具体过程，并明确标出所选用的尺寸。（c）计算书应简明、清晰、便于检查。 3、强度计算： a)按第一、二章的要求和相关表格做，如静水平衡计算，静水弯矩计算等； b)波浪弯矩等可按规范估算； c)相关表格用计算器计算，表格绘制于“课程设计”本上 注意：请班长到教材室领取课程设计的本子和资料袋（档案袋），各位同学认真填写资料袋封面。 4、专业综合训练总结：300~500字。 四、组织方式和辅导计划： 1、参考资料： a)船体强度与结构设计教材 b)某船的构件设计书 c)某船的总纵强度计算书 d)《钢质内河船舶建造规范》，最好2009版 2、辅导答疑地点：等学校安排。 五、考核方式和成绩评定： 1、平时考核成绩：参考个人进度。 2、须经老师验收合格，故应提前一周交资料，不合格的则需回去修改。 3、第18周星期三下午4：00前必须交资料，资料目录见第2页。 4、一旦发现打印、复印、数据格式完全相同等抄袭现象，均按规定以不及格计。 5、成绩由指导教师根据学生完成质量以及学生的工作态度与表现综合评定，分为优、良、中、及格、 不及格五个等级。 六、设计进度安排： 1、有详细辅导计划，但具体进度可根据个人情况可以自己定。 附录：档案袋内资料前2页如下
机械零件的强度.
机械零件的强度.
第一篇总论 第三章机械零件的强度 3-1 某材料的对称循环弯曲疲劳极限σ -1=180MPa，取循环基数N =5?106，m=9，试 求循环次数N分别为7000，2500，620000 次是时的有限寿命弯曲疲劳极限。 3-2 已知材料的力学性能为σS=260MPa，σ -1=170MPa，ψ σ=0.2,试绘制此材料的简化极 限应力线图（参看图3-3中的A’D’G’C）。3-3 一圆轴的轴肩尺寸为：D=72mm，d=62mm，r=3mm。材料为40CrNi，其强度极限σ B =900MPa，屈服极限σ S =750MPa，试计算轴 肩的弯曲有效应力集中系数k σ。 3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D=54mm，d=45mm，r=3mm。如用题3-2中的材料，设其强度极 限σ B =420MPa，试绘制此零件的简化极限应力线图。 3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力σ m =20MPa，应力幅σ a =900MPa，试分别按：a） r=C；b）σ m =C，求出该截面的计算安全系 数S ca 。 第二篇联接
第五章螺纹联接和螺旋传动 5-1 分析比较普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，各举一例说明它们的应 用。 5-2 将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分做得细些有什么好处？ 5-3 分析活塞式空气压缩机气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力， 最小应力如何得出？当气缸内的最高压力 提高时，它的最大应力、最小应力将如何 变化？ 5-4 图5-49所示的底板螺栓组联接受外力F∑的作用。外力F∑作用在包含x轴并垂直于底 板接合面的平面内。试分析底板螺栓组的 受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？保 证联接安全工作的必要条件有哪些？
机械设计强度计算
第3章 剪切和挤压的实用计算 3.1 剪切的概念 在工程实际中，经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图3-1a)，构件的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面(n m -面)发生相对错动(图3-1b)。 图3-1 工程中的一些联接件，如键、销钉、螺栓及铆钉等，都是主要承受剪切作用的构件。构件剪切面上的内力可用截面法求得。将构件沿剪切面n m -假想地截开，保留一部分考虑其平衡。例如，由左部分的平衡，可知剪切面上必有与外力平行且与横截面 相切的内力Q F (图3-1c)的作用。Q F 称为剪力，根据平衡方程∑=0Y ，可求得F F Q =。 剪切破坏时，构件将沿剪切面(如图3-la 所示的n m -面)被剪断。只有一个剪切面的情况，称为单剪切。图3-1a 所示情况即为单剪切。 受剪构件除了承受剪切外，往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。在图3-1中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部内力，而只是给出了主要的受力和内力。实际受力和变形比较复杂，因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析是困难的。工程中对这类构件的强度计算，一般采用在试验和经验基础上建立起来的比较简便的计算方法，称为剪切的实用计算或工程计算。 3.2 剪切和挤压的强度计算 3.2.1 剪切强度计算 剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。图3-2a 为一种剪切试验装置的简图，试件的受力情况如图3-2b 所示，这是模拟某种销钉联接的工作情形。当载荷F 增大至破坏载荷b F 时，试件在剪切面m m -及n n -处被剪断。这种具有两个剪切面的情况，称为双剪切。由图3-2c 可求得剪切面上的剪力为 2 F F Q =
浅谈机械零件的强度(
第三章 机械零件的强度 § 3 – 1 材料的疲劳特性 一、交变应力的描述 静应力，变应力 max ─最大应力； min ─最小应力 m ─平均应力； a ─应力幅值 2 min max σσσ+= m 2 min max σσσ-= a max min σσ= r r ─应力比（循环特性）
【注意】 1）已知任意两个参数，可确定其他三个参数。一般已知 max，r； 2） max， min指代数值； a为绝对值； 3）-1≤r ≤ +1； a=0，r =+1，为静应力 r = -1 对称循环应力r=0 脉动循环应力r=1静应力 二、疲劳曲线（σ-N曲线） 1.材料的疲劳极限：σr N 在一定应力比为г的循环变应力作用下，应力循环N 次后，材料不发生疲劳破坏时，所能承受的最大应力σmax。 2.疲劳寿命：N 材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。
σ－N疲劳曲线 г不同或N不同时，疲劳极限σrN不同。即σrN与r、N 有关。疲劳强度计算中，就是以疲劳极限作为σlim。 即σlim=σrN。通过实验可得，疲劳极限σrN与循环次数N之间关系的曲线，如上图所示。 AB段曲线：N<103，计算零件强度时按静强度计算。（σrN≈σs） BC段曲线：103 N D 与材料有关，有的相差很大，因此规定一个常数。 N 0?循环基数 当N >N D 时，σrN =σr ∞=σr （简记） 疲劳曲线以N 0为界分为两个区： 1）有限寿命区 把曲线CD 段上的疲劳极限σr 称为有限疲劳极限（条件～）。 当材料受到的工作应力超过σr 时，在疲劳破坏之前，只能经受有限次的应力循环。即寿命是有限的。 【说明】 不同应力比г时的疲劳曲线具有相似的形状。但г↑，σrN ↑。 2）无限寿命区 当N >N 0时，曲线为水平直线，对应的疲劳极限是一个定值，——称为持久疲劳极限，用0rN σ表示 （简写为σr ）。在工程设计中，一般认为：当材料受到的应力不超过σr 时，则可以经受无限次的循环应力而不疲劳破坏——即寿命是 机械零件设计的一般步骤 第五章汽轮机零件的强度校核 第一节汽轮机零件强度校核概述 为了确保电站汽轮机安全远行，应该使汽轮机零件在各种可能遇到的运行工况下都能可靠地工作。因此，需要对汽轮机零件进行强度校核，包括静强度校核和动强度校核两方面，这是本章要讨论的问题。 汽轮机的转动部分称为转子，静止部分称为静子。转子零件主要有叶片、叶轮、主轴及联轴器等，静子零件主要有汽缸、汽缸法兰、法兰螺栓和隔板等。由于备零件的工作条件和受力状况不同，采用的强度校核方法也各异。例如，转子中的叶片、叶轮和主轴除了受高速旋转的离心力和蒸汽作用力外，还会受到周期性激振力的作用，从而产生振动。当汽轮机在稳定工况下运行时，离心应力和蒸汽弯曲应力不随时间变化。稳定工况下不随时间变化的应力，统称为静应力，属于静强度范畴，周期性激振力引起的振动应力称为动应力，其大小和方向都随时间而变化，属于动强度范畴。直至目前为止、对汽轮机转子零件动应力的精确计算尚有一定困难，因此，本章对汽轮机零件的动强度分析，只限于零件自振频率和激振力频率计算及安全性校核。一般来说，对汽轮机转子零件，应从静强度和动强度两方面进行校核；对汽轮机静子零件，只需进行静强度校核，包括零件静应力和挠度计算。 静强度校核时，一般应以材料在各种工作温度下的屈服极限、蠕变极限和持久强度极限，分别除以相应的安全系数得到各自的许用应力，并取这三个许用应力中最小的一个许用应力作为强度校核依据。如果计算零件在最危险工况的工作应力小于或等于最小许用应力，则静强度是安全的。对动强度，常用安全倍率和共振避开率来校核。 需要指出，大型汽轮机某些零件的强度校核要求随工况变化而变化。在稳定工况下，某一零件只需进行静强度和动强度校核。但是在冷热态启动、变负荷或甩负荷等变工况下，沿零件径向和轴向会有较大的温度梯度，从而产生很大的热应力，且零件内任一点的热应力的大小和方向随运行方式而变化。如汽轮机冷态启动时，转子外表面有压缩热应力，中心孔表面有拉伸热应力；停机时，转子外 轴的设计计算 轴的计算通常都是在初步完成结构设计后进行校核计算，计算准则是满足轴的强度和刚度要求。 一、轴的强度计算 进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。 对于仅仅承受扭矩的轴(传动轴),应按扭转强度条件计算； 对于只承受弯矩的轴（心轴），应按弯曲强度条件计算； 对于既承受弯矩又承受扭矩的轴（转轴），应按弯扭合成强度条件进行计算，需要时还应按疲劳强度条件进行精确校核。 此外，对于瞬时过载很大或应力循环不对称性较为严重的轴，还应按峰尖载荷校核其静强度，以免产生过量的塑性变形。 下面介绍几种常用的计算方法： 按扭转强度条件计算。 1、按扭转强度估算轴的直径 对只受转矩或以承受转矩为主的传动轴，应按扭转强度条件计算轴的直径。若有弯矩作用，可用降低许用应力的方法来考虑其影响。 扭转强度约束条件为： [] 式中：为轴危险截面的最大扭剪应力(MPa)； 为轴所传递的转矩(N.mm)； 为轴危险截面的抗扭截面模量()； P为轴所传递的功率(kW)； n为轴的转速(r/min)； []为轴的许用扭剪应力(MPa)； 对实心圆轴，,以此代入上式，可得扭转强度条件的设计式： 式中：C为由轴的材料和受载情况决定的系数。 当弯矩相对转矩很小时，C值取较小值，[]取较大值；反之，C取较大值，[]取较小值。 应用上式求出的值，一般作为轴受转矩作用段最细处的直径，一般是轴端直径。若计算的轴段有键槽，则会削弱轴的强度，作为补偿，此时应将计算所得的直径适当增大，若该轴段同一剖面上有一个键槽，则将d增大5%，若有两个键槽，则增大10%。 此外，也可采用经验公式来估算轴的直径。如在一般减速器中，高速输入轴 的直径可按与之相联的电机轴的直径估算：；各级低速轴的轴径可按同级齿轮中心距估算，。 几种轴的材料的[]和C值 轴的材料Q2351Cr18Ni9Ti354540Cr,35SiMn,2Cr13,20CrMnTi []12～2012～2520～3030～4040～52 160～135148～125135～118118～107107～98 2、按弯扭合成强度条件校核计算 1.2 轴类零件的分类 根据承受载荷的不同分为： 1）转轴：定义：既能承受弯矩又承受扭矩的轴 2）心轴：定义：只承受弯矩而不承受扭矩的轴 3）传送轴：定义：只承受扭矩而不承受弯矩的轴 4）根据轴的外形，可以将直轴分为光轴和阶梯轴； 5）根据轴内部状况，又可以将直轴分为实心轴和空。 1.3轴类零件的设计要求 1.3.1、轴的设计概要 ⑴轴的工作能力设计。 主要进行轴的强度设计、刚度设计，对于转速较高的轴还要进行振动稳定性的计算。 ⑵轴的结构设计。 根据轴的功能，轴必须保证轴上零件的安装固定和保证轴系在机器中的支撑要求，同时应具有良好的工艺性。 一般的设计步骤为：选择材料，初估轴径，结构设计，强度校核，必要时要进行刚度校核和稳定性计算。 1.3.2、轴的材料 轴是主要的支承件，常采用机械性能较好的材料。常用材料包括：碳素钢：该类材料对应力集中的敏感性较小，价格较低，是轴类零件最常用的材料。 常用牌号有：30、35、40、45、50。采用优质碳素钢时应进行热处理以改善其性能。受力较小或不重要的轴，也可以选用Q235、Q255等普通碳钢。 45钢价格相对比较便宜，经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45-52HRC，是轴类零件的常用材料。 合金钢具有更好的机械性能和热处理性能，可以适用于要求重载、高温、结构尺寸小、重量轻等使用场合的轴，但对应力集中较敏感，价格也较高。设计中尤其要注意从结构上减小应力集中，并提高 其表面质量。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。 轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50-58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。 精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，由于此钢氮化层硬度高，耐磨性好，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好，还具备一定的耐热性和耐蚀性。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性，是目前工业中应用最广泛的氮化钢。 铸铁：对于形状比较复杂的轴，可以选用球墨铸铁和高强度的铸铁。它们具有较好的加工性和吸振性，经济性好且对应力集中不敏感，但铸造质量不易保证。 1.3.3、轴的结构设计 根据轴在工作中的作用，轴的结构取决于：轴在机器中的安装位置和形式，轴上零件的类型和尺寸，载荷的性质、大小、方向和分布状况，轴的加工工艺等多个因素。合理的结构设计应满足：轴上零件布置合理，从而轴受力合理有利于提高强度和刚度；轴和轴上零件必须有准确的工作位置；轴上零件装拆调整方便；轴具有良好的加工工艺性；节省材料等。 1). 轴的组成 轴的毛坯一般采用圆钢、锻造或焊接获得，由于铸造品质不易保证，较少选用铸造毛坯。 轴主要由三部分组成。轴上被支承，安装轴承的部分称为轴颈；支承轴上零件，安装轮毂的部分称为轴头；联结轴头和轴颈的部分称为轴身。轴颈上安装滚动轴承时，直径尺寸必须按滚动轴承的国标尺寸选择，尺寸公差和表面粗糙度须按规定选择；轴头的尺寸要参考轮毂的尺寸进行选择，轴身尺寸确定时应尽量使轴颈与轴头的过渡合理，避免截面尺寸变化过大，同时具有较好的工艺性。 2). 结构设计步骤 设计中常采用以下的设计步骤： 第三章 机械零件的强度 § 3 – 1 材料的疲劳特性 一、交变应力的描述 静应力，变应力 max ─最大应力； min ─最小应力 m ─平均应力； a ─应力幅值 2 min max σσσ+= m 2 min max σσσ-= a max min σσ= r r ─应力比（循环特性） 【注意】 1）已知任意两个参数，可确定其他三个参数。一般已 知 max ，r ； 2） max ， min 指代数值； a 为绝对值； 3）-1≤ r ≤ +1； a =0，r =+1，为静应力 r = -1 对称循环应力 r =0 脉动循环应力 r =1 静应力 σ－N 疲劳曲线 二、 疲劳曲线（σ-N 曲线） 1.材料的疲劳极限：σr N 在一定应力比为г的循环变应力作用下，应力循环N 次后，材料不发生疲劳破坏时，所能承受的最大应力σmax 。 2.疲劳寿命：N 材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。 г不同或N 不同时，疲劳极限σrN 不同。即σrN 与r 、N 有关。疲劳强度计算中，就是以疲劳极限作为σlim 。 即σlim =σrN 。通过试验可得，疲劳极限σrN 与循环次数N 之间关系的曲线，如上图所示。 AB段曲线：N<103，计算零件强度时按静强度计算。（σrN≈σs） BC段曲线：103 汽轮机主要零部件的结构与作用 一、基础与机座 基础是由钢筋混凝土构成的整体结构。其型式根据机组的结构特点及大小而定。基础主要承受着汽轮机、凝汽器、工作机（及冷却器）等的重量，此外还承受着由于机组的转动部分质量不平衡所引起的离心力。机座（台板）是用来支承机组并使其牢固地固定在基础上的部件。小型机组采用整块式台板，是用铸铁浇铸的空心结构。台板与基础之间置有垫铁，汽缸找平后，拧紧地脚螺栓，然后在空心台板内灌入混凝土，使台板牢固地固定在基础上。连接台板与基础的地脚螺栓一般有双头螺栓和带钩式螺栓两种型式。 二、汽缸 1．汽缸的作用及受力 汽缸是汽轮机的外壳。其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内完成其能量转换过程。汽缸内部装有喷咀室、喷咀、隔板套、隔板和汽封等零部件，汽缸外部装有调节汽阀及进汽、排汽和回热抽汽管路。汽缸的受力情况比较复杂，而且随着汽轮机的运行工况改变而变化，为了掌握正确地运行方式，保证机组的安全，必须了解汽缸在工作时的受力情况。汽缸在工作时承受的作用力主要有： （1）汽缸内外的压力差，使汽缸壁承受一定的作用力。 （2）隔板和喷咀作用在汽缸上的力，这是由隔板前后的压力差及汽流流过喷咀时的反作用所引起的。 （3）汽缸本身和安装在汽缸上零部件的重量。 （4）轴承座与汽缸铸成一体或轴承座螺栓连接下汽缸的机组，汽缸还承受着转子的重量及转子转动时产生的不平衡力。 （5）进排汽管道作用在汽缸上的力。 （6）汽轮机在运行中，汽缸各部分存在着温度差引起的热应力。 因此，在考虑汽缸结构时，必须保证汽缸有足够的强度和刚度，保证各部分受热时自由膨胀，根据汽流压力、温度和容积的变化要求通流部分有比较大地流通特性；在满足强度和刚度的情况下，尽量减薄汽缸和法兰壁的厚度，力求汽缸形状简单、对称。在汽轮机运行时，必须合理地控制汽缸的温度变化速度，以避免汽缸产生过大的热应力和热变形及由此引起的汽缸结合面不严密或汽缸裂纹。 2．汽缸的结构 根据机组的功率不同，汽轮机有单缸和多缸结构。我国生产的功率10万千瓦以下的汽轮机多采用单缸结构。汽缸从高压向低压方向看，大体呈圆筒形或园锥形。为了便于加工、安装及检修，汽缸一般做成水平剖分式，即分为上、下汽缸，水平结合面通常用法兰螺栓连接。 3．汽缸的支承及滑销系统 （1）气缸是支撑在台板上，台板通过垫铁用地脚螺栓固定在基础上。汽缸的支承方式一般有两种:一种是气缸通过轴承座支撑;另一种是通过其外伸的撑脚直接放置在台板上。汽缸与轴承座的连接方式有：（1）汽缸与轴承座作成一体。（2）汽缸与轴承座采用半法兰连接。（3）汽缸与轴承座采用猫爪连接。这种方式能保证汽缸自由膨胀和不会使轴承座温度升高过多，因此得到广泛应用。 （2）滑销系统 汽轮机在启动、停机和运行中，汽缸温度变化很大，随着汽缸各部温度的变化，各部件将产生膨胀和收缩。为了保证汽轮机自由地膨胀，并保持汽缸与转子中心一致，均装有滑 第三章机械零件的强度 大纲要求：掌握材料的疲劳特性；掌握机械零件的整体强度和表面强度的计算方 法。（4学时） 重点内容：材料的疲劳特性及疲劳强度计算方法。提高机械零件疲劳强度的措施。 机械零件接触强度计算方法。 §3－1 材料的疲劳特性 （一）应力类型 静应力――只在静载荷下产生 变应力――可由变载荷下产生，也可由静载荷产生 稳定变应力对称循环变应力 有规则变应力脉动循环变应力 非对称循环变应力 非稳定变应力 无规则变应力 变应力的特性： 平均应力σm ＝（σmax ＋σmin）/ 2 应力幅σa ＝（σmax －σmin）/ 2 应力循环特性r ＝σmin /σmax ∴对称循环变应力的应力循环特性r＝－1，其极限应力σlim记为σ－1 脉动循环变应力的应力循环特性r＝0，其极限应力σlim记为σ0 非对称循环变应力的应力循环特性－1 < r <＋1，其极限应力σlim记为σr （二）σ－N曲线（疲劳曲线）（重点内容） 变应力状态下极限应力σlim（以最大应力σmax表征）是应力变化次数N的函数，其关系常用由试验方法获得的疲劳曲线表示，如图3－1所示。不同r时，获得的疲劳曲线也将不同，但基本形态都差不多。疲劳曲线的四段区间： AB―――N B≤103 ，属于静强度区 BC―――N C约在104左右，属于低周疲劳区（也称应变疲劳区）。N >N C的疲劳区统称高周疲劳区 D―――N D点开始疲劳曲线明显趋于水平，N D约106～25×107或更大。 疲劳试验时，常规定一个适当的应力循 环次数N 0称为应力循环基数 ， 对应的极限应力称为持久疲劳极限，记为σr ，如σ－1 、σ0 等 CD ―――N 在N C ～N D 之间，称为有限寿命区 ，曲线形状近似指数曲线， 因此，CD 间任意点都有： σrN m N ＝ C （3－1） 而在D 点有： σr m N 0 ＝ C 故有： σrN m N ＝σr m N 0 N r m r rN K N N σσσ==0 （3－2） 其中：m N N N K 0 = ……寿命因（系）数 （3－3） 寿命因数K N 的含义―――有限寿命区工作时材料疲劳极限可以提高的程度。 一般情况下，可取：m = 9，N 0 =5*106 -107 。详见教材P23 例：钢1-σ=307mpa ，m = 9，n 。=5*106， 1σ =500mpa ：=?? ? ??=9 6 150030710*5N 0.0625*106 ， mpa 4002=σ：6 9 6210*47.040030710*5=?? ? ??=N ， 应力增加一倍，寿命减少2 9 倍。 （三）等寿命曲线 （极限应力线图） （重点并难点内容） 不可能通过试验获得所有不同r 时的疲劳曲线。等寿命曲线 （极限应力线图）是利用试验获得的σ－1 、σ0 及σS ，获得任意 r 值时的疲劳极限应力近似值的方法。 见图3－3。 （仔细讲解作图方法、特性点坐标） 1. 分别以m σ、a σ为横座标和纵座标作图， 2.当r = -1时为对称循环变应力，m σ= 0，极限点A ’的座标为（0，1-σ） 3.当r = 0时为脉动循环变应力，m σ= a σ，极限点D ’的座标为（2 σ， 2 σ） 4.当r = 1时为静应力，a σ = 0，极限点C 的座标为（s σ，0） 5.简化极限应力线图用两条直线表示： A ’D ’直线和过C 点所作的450斜线，两直线相交于G ’点 直线A ′G ′可表示为： σ－1＝σa ′ + ψσσm ′ (3－4) 直线CG ′可表示为： σ a ′+σm ′ ＝ σ S (3－5) 第九节 汽轮机主要零件的热应力及汽轮机寿命管理 一、汽轮机主要雾件的热应力 随着我国电力事业的发展，电网容量逐渐扩大，电负荷峰谷差也随之增大．已达到最高负荷的30％～50％。为了适应负荷变化的需要、要求原带基本负荷的高参数大容量汽轮发电机组参加调峰运行，致使这些机组启停次数增加，负荷变化频繁，经常处于变工况下运行。汽轮机主要零件(如转子、汽缸壁、法兰等)内的温度分布规律随着工况变化而变化，从而引起交变热应力，导致零部件低周疲劳损耗，缩短汽轮机的使用寿命。为了对汽轮机寿命有大概了解，首先对汽轮机零件的热应力作一般的介绍。 (一) 产生热应力的原因 汽轮机的启动与停机过程，对其零部件而言．是加热与冷却过程。这些零部件由于温度变化而产生的膨胀或收缩变形称为热变形。如果零部件不能按温度变化规律进行自由胀缩，即热变形受到约束(包括金属纤维之间的约束)、则在零部件内引起应力，这种由温度(或温差)引起的应力称为温度应力，又称热应力。 设一受热零件内各点的温度由0t 均匀加热至t ，其热变形不受约束，可白由膨胀，见图5．9.1(a)，则零件虽然有热膨胀，但零件内不会引起热应力。零件长度的绝对热膨胀量为 000()l l t t l t ββ?=-=? (5.9.1) 式中 β——材料线膨胀系数； 0l ——零件原始长度； t ?——零件温升，0t t t ?=-。 如果该零件两端受到刚性约束，即零件加热时两瑞不允许膨胀，那么刚性约束的作用相当于把图5．9. 1(a)的绝对热彭胀量l ?压缩到原来长度0l ，可以想象零件内必然引起压缩热应力。设零件内的热应力仍在弹性范围以内，根据虎克定律便可求出零件内的热应力值。先由应变定义求应变： =l t l εβ?=? （5.9.2） 机械零件的承载能力计算 一、零件的强度和刚度条件 （一）拉（压）杆的强度计算 在进行强度计算中，为确保轴向拉伸（压缩）杆件有足够的强度，把许用应力作为杆件实际工作应力的最高限度，即要求工作应力不超过材料的许用应力。于是， 强度条件为： ≤???????????????????????????????????????????????? （3-19）应用强度条件进行强度计算时会遇到以下三类问题。 一是校核强度。已知构件横截面面积，材料的许用应力以及所受载荷，校核（3-31）式是否满足，从而检验构件是否安全。 二是设计截面。已知载荷及许用应力?，根据强度条件设计截面尺寸。 三是确定许可载荷。已知截面面积和许用应力，根据强度条件确定许可载 荷。 例3-6? 某冷镦机的曲柄滑块机构如图3-49（a）所示。连杆接近水平位置时，镦压力=3.78MN( l MN=106N)。连杆横截面为矩形，高与宽之比（图3-49（b）所示），材料为45号钢，许用应力=90MPa，试设计截面尺寸和。解? 由于镦压时连杆AB近于水平，连杆所受压力近似等于镦压力，轴力 =3.78MN。根据强度条件可得： A≥ (mm2) 以上运算中将力的单位换算为，应力的单位为MPa或N/mm2，故得到的面积单 位就是（mm2） 注意到连杆截面为矩形，且，故 (mm2) =173.2(mm)，=1.4=242(mm) 所求得的尺寸应圆整为整数，取=175mm，h=245mm。 1.某张紧器（图3-50）工作时可能出现的最大张力=30kN ( l kN=103N)，套筒和拉杆的材料均为钢，=160MPa，试校核其强 度。 解? 此张紧器的套筒与拉杆均受拉伸，轴力=30kN。由于截面面积有变化。必须找出最小截面。对拉杆，20螺纹内径=19.29mm，=292mm2，对套筒，内径=30mm，外径=40mm，故=550mm2 。 最大拉应力为： 故强度足够。 第四章 汽轮机结构及零件强度习题答案 1．汽轮机本体由哪些主要部件组成？ 汽轮机本体是汽轮机设备的主要组成部分，它由转动部分(转子)和固定部分(静子)组成。转动部分包括动叶片、叶轮(反动式汽轮机为转鼓)、主轴和联轴器及紧固件等旋转部件；固定部件包括汽缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套(或静叶持环)、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统以及有关紧固零件等。 2．动叶片常用的叶根型式有哪几种？各有何特点？ 常用的结构型式有T 型、叉型和枞树型等 T 型叶根：结构简单，加工方便，增大受力面积，提高承载能力，多用于短叶片，加有凸肩的可用于中长叶片。 叉型叶根：强度高，适应性好。同时加工简单，更换方便。 枞树型叶根：承载截面按等强度分布，适应性好。但加工复杂，精度要求高。 3．围带和拉金分别有什么作用？有哪几种型式？ 采用围带或拉金可增加叶片刚性， 围带：增加叶片刚性，减少级内漏气损失。降低叶片蒸汽力引起的弯应力，调整叶片频率。 拉金：增加叶片刚性，改善振动性能。 4．动叶片工作时主要受到哪些力的作用？ ???? ????????????????静应力 动应力—交变部分汽流弯应力—稳定部分汽流力离心弯应力离心拉应力离心力叶片受力 5．等截面叶片上最大拉应力和弯应力在什么地方？ 等截面直叶片其根部截面承受最大的离心力与离心拉应力。等截面直叶片根部截面不同部位均承受最大的弯应力 6．工作时引起叶片振动的激振力有哪几类？是如何产生的？ 激振力按频率的高低可分为低频激振力和高频激振力。 主要是由于沿圆周方向汽流不均匀而产生的，这样形成的激振力产生这种现象的主要原因有：个别喷嘴损坏或制造、安装偏差；隔板中分面处结合不好使汽流异常；级前或级后有加强筋，干扰汽流；级前或级后有抽汽口或排汽口；隔板采用部分进汽等。 由于喷嘴的出汽边有一定的厚度，使得喷嘴叶栅出口的汽流速度分布不均匀，通道中间部分高而出汽边尾迹处低。叶片每经过一个喷嘴，所受的汽流力就变动一次，即受到一次激振，称为高频激振力。 7．叶片及叶片组的切向弯曲振动有哪些振型？其中最容易发生又最危险的是哪几种？ 按振动时叶顶的状态，叶片切向振动又可分为A 型振动和B 型振动。 切向振动是最容易发生且最危险的振动。 8．什么是叶片的自振频率、静频率、动频率？影响叶片自振频率的因素有哪些？ 静频率就是指叶片在静止时的自振频率；动频率是指叶片在旋转时的自振频率。 叶片的自振频率与下列因素有关： 第三章 机械零件的强度计算 第0节 强度计算中的基本定义 一． 载荷 1. 按载荷性质分类： 1) 静载荷：大小方向不随时间变化或变化缓 慢的载荷。 2) 变载荷：大小和（或）方向随时间变化的 载荷。 2. 按使用情况分： 1) 公称载荷（名义载荷）： 按原动机或工作机的额定功率计算出的载荷。 2) 计算载荷：设计零件时所用到的载荷。 计算载荷与公称载荷的关系： F ca =kF n M ca =kM n T ca =kT n 3) 载荷系数：设计计算时，将额定载荷放大 的系数。 由原动机、工作机等条件确定。 二． 应力 2．按强度计算使用分 1) 工作应力：由计算载荷按力学公式求得的应力。 2) 计算应力：由强度理论求得的应力。 3) 极限应力：根据强度准则 、材料性质和 应力种类所选择的机械性能极限值σlim 。 4) 许用应力：等效应力允许达到的最大值。[σ]= σlim /[s σ] 稳定变应力 非稳定变应力 对称循环变应力 脉动应力 规律性非稳定变应力 随机性非稳定变应力 静应力 对称循环变应力 脉动应力 σ周期变应力 第1节 材料的疲劳特性 一． 疲劳曲线 1． 疲劳曲线 给定循环特征γ=σlim /σmax ，表示应力循 环次数N 与疲劳极限σγ的关系曲线称为疲 劳曲线（或σ-N ）。 2． 疲劳曲线方程 1) 方程中参数说明 a) 低硬度≤350HB ，N 0=107 高硬度>350HB ，N 0=25×107 b) 指数m ： c) 不同γ，σ-N 不同；γ越大，σ也越大。… 二、 限应力线图 1) 定义：同一材料，对于不同的循环特征进行试验， 求得疲劳极限，并将其绘在σm -σa 坐标系上，所得的曲线称为极限应力线图。 C N N m m N ==0γγσσr N N k m N N σσσγγ==0 m N N k N 0=整理： 即： 其中： N 0--循环基数 σγ--N 0时的疲劳极限 k N --寿命系数 用线性坐标表示的 疲劳曲线 N D机械零件设计的一般步骤
机械零件的设计大体要经过以下几个步骤: 1)根据零件的使用要求,选择零件的类型和结构.为此,必须对各种零件的不同 用途,优缺点,特性与使用范围等,进行综合对比并正确选用. 2)根据机器的工作要求,计算作用在零件上的载荷. 3)根据零件的工作要求及对零件的特殊要求,选择适当的材料. 4)根据零件可能的失效形式确定计算准则,根据计算准则进行计算,确定出零件 的基本尺寸. 5)根据工艺性及标准化等原则进行零件的结构设计. 6)细节设计完成后,必要时进行详细的校核计算,以判定结构的合理性. 7)画出零件的工作图,并写出计算说明书. 在进行设计时,对于数值的计算除少数与几何尺寸精度要求有关外,对于手算工作 一般以两,三位有效数字的计算精度为宜. 必须再度强调指出,结构设计是机械零件的重要设计内容之一,在有些情况下,它 占用了设计工作量中的一个较大比例,一定要给予足够的重视. 绘制的零件工作图应完全符合制图标准,并满足加工的要求. 写出的设计说明书要条理清晰,语言简练,数字正确,格式统一,并附有必要的结 构草图和计算草图.重要的引用数据,一般要指明来源出处.对于重要的计算结果,要 写出简短的结论.
1.3 机械零件的计算准则
在设计时对零件进行计算所依据的准则, 无疑地是与零件的失效形式紧密地联系在 一起的.概括地讲,大体有以下准则: (一)强度准则 强度准则就是指零件中的应力不得超过允许的限度.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). 考虑到各种偶然性或难以精确分析的影响,上式右边要除以设计安全系数(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,虽安全但浪费材料;S 过小,虽节省材 料但趋危险,故 S 的选取应适当.[σ]称为许用应力. (二)刚度准则 零件在载荷作用下产生的弹性变形量 y,小于或等于机器工作性能所允许的极限值 [y](许用变形量),就叫做满足了刚度要求,或符合刚度计算准则.其表达式为: y≤[y]汽轮机零件强度校核..
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