第1章 绪论 第2章 机设论第1章 绪论 第2章 机设概论第1章 绪论 第2章 机设概论第1章 绪论 第2章 机设概论.ppt

第2章 机械设计概论 第2章 机械设计概论 本章知识导读 1.本章学习的主要内容 本章为机械设计的基础知识，主要介绍机械设计应满足的基本要求及设计的一般程序；机械零件的强度及表面强度；机械零件的常用材料；机械零件的工艺性及标准化；机械设计中的常用设计方法等内容。 2.重点、难点提示 重点：机械零件的强度。 难点：变应力下的许用应力。 机械设计中常用的名词 2.应力的分类 2.2.4 变应力下的许用应力 2.2.4 变应力下的许用应力 1.疲劳极限 循环特性r一定时，应力循环N次后，材料不发生疲劳 破坏的最大应力称为疲劳极限。用字母σrN来表示。如对 称循环变应力时用σ-1N表示。 2. 疲劳曲线 表示疲劳极限σrN与应力循 环次数N之间的关系曲线称为疲 劳曲线。如图所示为多数黑色 金属材料的疲劳曲线。 2.2.4 变应力下的许用应力 2.2.4 变应力下的许用应力 3. 许用应力 1）影响机械零件疲劳强度的主要因素 （1）应力集中系数kσ 由于结构要求，零件一般都有截面形状的突然变化处（如孔、键槽、缺口等），当零件受载时，即会引起应力集中。常用应力集中影响系数kσ来表示疲劳强度的降低程度。如果同一截面上同时有几个应力集中源，应选用其中最大的有效应力集中系数进行计算。 （2）绝对尺寸系数εσ 当其他条件相同时，零件尺寸越大，则其疲劳强度越低。截面绝对尺寸对疲劳强度的影响用绝对尺寸系数εσ表示。 （3）表面状态系数β 当其他条件相同时，零件表面越粗糙，则其疲劳强度越低。表面状态对疲劳强度的影响用表面状态系数β表示。 上述三个系数，可从有关的机械零件设计手册中查找。许用应力的计算参见教材公式（2-8）和公式（2-9）。 通过局部配合面间的接触来传递载荷的零件，在接触面 上的压应力称为挤压应力。当挤压应力过大时，塑性材料将 产生表面塑性变形，脆性材料将产生表面破碎。挤压应力分 布比较复杂，在工程上常采用简化的条件性计算方法。 挤压强度的计算公式为 式中：σp、[σp]——挤压应力和许用挤压应力； F——作用在零件上的载荷； A——零件间的接触面积或曲面接触时的投影面积。 当各零件的材料和接触面积均不相同时，应分别计算其挤压应力。 N0——循环基数 σr——对应于N0的材料的疲劳极限。 N≥N0区，为无限寿命区。 NN0区为有限寿命区，该区疲劳曲线方程为： 所以 式中：C为试验常数； σrN为对应于循环次数N的疲极； m为随料和应力状态而定的指数（钢制零件弯曲时取m=9；接触应力时取m=6）； kN为寿命指数，当N≥N0时，取kN =1。 2.2 机械零件的强度 2.2 机械零件的强度 初始疲劳裂纹 初始疲劳裂纹 若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，由于变形其接触处为一小面积，通常此面积甚小而表层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力，零件强度称为接触强度。 如齿轮、凸轮、滚动轴承等 裂纹的扩展与断裂 油 失效形式常表现为： 疲劳点蚀 金属剥落出现小坑 后果：减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、降低了承载能力、引起振动和噪音。 2.3 机械零件的表面强度 接触疲劳强度的判定条件为： 2.3.1 表面接触强度 2.3 机械零件的表面强度 2.3.2 表面挤压强度 ≤ 2.3 机械零件的表面强度 2.3.3 表面磨损强度 在滑动摩擦下工作的零件，常因过度磨损而失效。影响磨损的因素很多且比较复杂，故工程上常采用条件性计算。 滑动速度低、载荷大时，可只限制工作表面的压强p，即 p≤[p] (2-12) 滑动速度v较高时，还要限制摩擦功耗，以免工作温度过高而使润滑失效。故常限制pv值，即 pv≤[pv] (2-13) 高速时还要限制滑动速度v，以免由于速度过高而加速磨损，降低零件寿命，即