武科大机械设计机械零件设计总论wxd.ppt

* 主要内容： 1．机械零件的失效形式、工作能力设计计算 准则等。 2. 机械零件的设计方法及一般步骤 3. 机械零件的材料选用原则 重点内容： 1. 机械零件的主要失效形式及设计准则 2. 机械零件的设计方法及一般步骤 第2章 机械零件的工作能力和计算准则 机械零件的失效： 机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。 工作能力----在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上又称为： 承载能力。 例如：发生强烈的振动；联接的松弛；摩擦传动的打滑等。 §2-4 机械零件的主要失效形式 整体断裂; 过大的残余变形; 工作表面的过度磨损或损伤; 破坏正常的工作条件。 零件的失效形式 如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带传动等。机械零件虽然有多种可能的失效形式，归纳起来最主要的为 机械零件失效的实例： 潘存云教授研制 轮齿塑性变形 潘存云教授研制 齿轮轮齿折断 潘存云教授研制 轴承内圈破裂 潘存云教授研制 轴承外圈塑性变形 失效原因: 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等 原因。 统计结果显示： 断裂仅占4.79%; 腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%。 --主要失效原因。 潘存云教授研制 齿面接触疲劳 潘存云教授研制 轴瓦磨损 ▲ 避免在预定寿命期内失效的要求 ▲ 结构工艺性要求 ▲ 经济性要求 ▲ 质量小的要求 ▲ 可靠性要求 机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求： §2-5 设计机械零件时应满足的基本要求 §2-6 机械零件的计算准则 设计零件时，首先应根据零件的失效形式确定其设计准则以及相应的设计计算方法。一般来讲，有以下几种准则： 强度准则是指零件中的应力不得超过许用值。 一、强度准则 ---确保零件不发生断裂破坏或过大的 塑性变形，是最基本的设计准则。 即： σ ≤ [σ]= σlim/S σlim --材料的极限应力 脆性材料： σlim = σB (强度极限) 塑性材料： σlim = σS (屈服极限) 二、刚度准则----是指零件在力作用下的弹性变形量不得超过许用值 即：y ≤[y] 三、寿命准则 影响零件使用寿命的因素主要是腐蚀、磨损和疲劳，前两者还没有成熟的计算方法，工程中通常是求出使用寿命时的疲劳极限作为计算的依据。 四、振动稳定性准则 保证机器中受激振零件的固有频率f与激振源的频率fp错开，即要求： 0.85 f fp 或 1.15 f fp 五、可靠性准则 可靠度的定义： 对件数为N0的一批零件进行试验，经过时间t之后有N件仍能正常工作，则该零件在该试验环境条件下工作时间t的可靠度定义为： R= N / N0 若t↑ → R ↓ → N↓ ----R是时间的函数。 §2-7 机械零件的设计方法 常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算，结合人们在长期的设计和生产实践中总结出的方法、公式、图表等进行设计的方法。 机械零件的设计方法 常规设计方法 现代设计方法 理论设计 经验设计 模型实验设计 1) 理论设计 ----根据长期的总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计。 以受拉杆为例，强度计算公式为： σ ≤ σlim/S 或 F/A ≤ σlim/S F----拉力， A----截面积。 设计计算： A≥ FS/ σlim 校核计算有四种可选方式： σ ＝ F/A ≤ [σ] F ≤ A [σ] Sca = σlim / σ ≥ S σlim ≥ S σ Sca ----计算安全系数 经验设计-----根据对某类零件已有的设计与使用实践而归纳出的经验公式，或根据设计者本人的设计经验用类比的方法所进行的设计。这对于那些使用要求变化不大而结构形状已典型化的零件，是很有效的设计方法。例如：箱体、机架、传动件的结构要素等。 机械零件的设计方法 常规设计方法 现代设计方法 理论设计 经验设计 模型实验设计 模型实验设计-----把初步设计的零、部件或机器做成小模型或小尺寸样机，经过试验的手段对其特性进行检验，根据实验结果再对设计进行逐步修改，达到完善。 机械零件的设计方法 常规设计方法 现代设计方法 理论设计 经验设计 模型实验设计 这种方法对于那些尺寸巨大而结构又很复杂的重要零件的设计是一种很有效的方法。 现代设计方法是指在近二、三十年发展起来的更为完善、科学、计算精度高、设计与计算速度更快的机械设计方法(见P20)。 优化设计 可靠性设计 计