第1章-2 机械零件设计概论.ppt

１.２机械零件设计的基本准则及一般设计步骤 §1.3 机械零件的强度 强度是指零件受载荷后抵抗断裂，塑性变形和某些表面失效的能力。 强度不够，会因零件失效使机械不能正常工作，还可能导致安全事故。强度计算是保证零件工作能力的最基本的计算准则。 或 式中：?、?分别为零件工作时的正应力和剪应力；[?]、[?]分别为零件材料的许用正应力和许用剪应力。 1) 应力的种类 不稳定变应力：应力的参数随时间而变化。 规律性的不稳定变应力； 随机性的不稳定变应力； 稳定性周期变应力的描述 参数：最大应力、最小应力、平均应力、应力幅、应力循环特 性r。（循环周期T） 对称循环、脉动循环、静应力。 2) 静应力下的许用应力 静应力下，零件的失效形式： 断裂或塑性变形 塑性材料的许用应力 不发生塑性变形 取材料的屈服极限作为极限应力， 许用应力为： 脆性材料零件许用应力 不发生断裂 应取强度极限作为极限应力， 许用应力为： 3)变应力下的许用应力 变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。 疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低； 不管是脆性材料或塑性材料，其疲劳断裂口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂； 疲劳断裂是损伤的积累。疲劳断裂不同于一般静力断裂，它是损伤积累到一定程度后，即裂纹扩展到一定程度后，才发生的突然断裂。所以疲劳断裂与应力循环次数（即使用期限和寿命）密切相关。 变应力下的许用应力 疲劳曲线：表示应力与应力循环次数之间的关系曲线。 对于铁碳合金来说，当循环次数超过某一数值N0后，疲劳曲线趋于水平，即可认为在“无限次”循环时零件不会断裂。N0称为循环基数，对应于N0的应力称为材料的持久极限。 取持久极限作为极限应力。 变应力下的许用应力 1、疲劳曲线 循环基数N0 疲劳极限?－1 4)安全系数 安全系数大小对设计的影响 安全系数的确定方法： 查表法 基本原则 部分系数法：S＝S1·S2·S3 S1：载荷及应力计算的准确性 S2：材料的力学性能的均匀性 S3：零件的重要性 安全系数确定的基本原则 当没有专门的表格时，参考下述原则选择安全系数： (1)静应力下，塑性材料 以屈服极限为极限应力。 由于塑性材料可以缓和过大的局部应力，S＝1.2—1.5；对于塑性较差的材料S＝ 1.5 — 2.5 (2)静应力下，脆性材料 以强度极限为极限应力，这时应取较大的安全系数。例如，S＝3 — 4 (3)变应力下 以疲劳极限作为极限应力，可取S＝ 1.3 — 1.7 ；若材料不够均匀、计算不够精确时可取S ＝ 1.7 — 2.5 §1-2 机械设计基础理论 机械设计的一般过程： 确定设计任务 拟定原理方案 总体设计 零部件施工设计 鉴定和评价 产品定型设计 机械设计的基本要求 在满足预期功能的前提下， 性能好、效率高、成本低 在预定使用期限内 安全可靠、操作方便、维修简单\造型美观等 (2)． 工作可靠性的要求 零件失去设计时预定的功能，称为失效。失效形式：疲劳断裂，表面磨损，表面胶合，振动过大等。 失效原因：体积强度、表面强度和刚度不足等。可靠性是指机械在预定的期限内能安全可靠的工作、不失效。 经济性要求 ?? 选择价廉和市场供应充分的材料； ??? 缩短加工工时和费用； ?? 便于维修保养； 采用标准零件；简化设计，保证互换性，便于机械的修配，保证零件的质量并降低其成本。只有在采用标准零件不能满足机械使用要求时，才允许采用非标准零件。 (4)． 操作方便和安全的要求 设计的机械必须能够操作方便、安全、舒适，减轻劳动强度。 机械零件设计应考虑的问题 工作能力（承载能力） 失效是指机械零件失去设计时预定的功能。 工作能力是指机械零件抵抗失效的能力。 失效形式： 断裂或塑性变形；过大的弹性变形；工作表面的过度磨损或损伤；发生强烈的振动。 影响工作能力的主要因素（失效的原因）： 强度、刚度、工作稳定性、摩擦与磨损、温度 1）? 强度 强度是指零件受载荷后抵抗断裂、塑性变形和某些表面失效的能力。零件的强度不够，不仅会因零件失效使机械不能正常工作，还可能导致安全事故。强度计算是保证零件工作能力的最基本的计算准则。 失效（破坏）形式：断裂、表面损坏、塑性变形等。 2） 刚度 刚度是指在一定载荷作用下零件抵抗弹性变形的能力。例如：机床的主轴和螺杆，若弹性变形过大就会影响加工精度。因此，这类零件需要有足够的刚度。 4） 耐磨性 耐磨性是指在载荷作用下具有相对运动的两零件接触界面的抗磨损能力。 据统计80％的损坏零件是因磨损而报废的。 温度 第一，对材料机械性能的影响。当温度超过某一数值，其强度将