机械设计濮良贵第二章概要.ppt

第二章 机械零件的工作能力和计算准则 一、失效 二、载荷和应力分类 三、机械零件的强度 四、机械零件的表面强度 五、机械零件的刚度 六、机械零件的可靠性 七、机械零件常用的材料及其选择原则 受载荷类型 失效形式 设计准则 强度条件 确定设计参数 结构设计 绘制零件图 工作原理 结构特点 第二章 机械零件的工作能力和计算准则 一、失效 失效：机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能 工作能力：零件不发生失效时的安全工作限度 承载能力：零件不发生失效时所能承受的最大载荷 失效并不意味着破坏 带传动打滑 图示为自行车的一种车铃结构，当自行车在雨中行驶时这种车铃内容易进水，使得车铃失效。 能否提出一种结构改进设计方案，使得当自行车在雨中行驶时这种车铃内不易进水？ 失效形式分类： 强度失效 刚度失效 磨损失效 振动、噪声失效 精度失效 可靠性 整体强度 表面强度 失效 失效形式分类： 零件损坏：零件的尺寸、形状发生变化 例如：轴、螺栓、轮齿断裂、轮齿表面磨损、胶合、压溃 状态变化：失去理想的工作状态 例如：带传动打滑、滑动轴承失去流体润滑状态 同一零件发生失效的形式可能有数种 确定失效形式的方法： 1. 实践 2. 理论分析 3. 试验 失效分析步骤 确定可能的失效形式 分析引起失效的原因 针对失效原因建立数学模型 得到设计参数与失效的定量关系（工作能力条件，如强度条件，刚度条件，寿命条件等） 二、载荷和应力分类 1.载荷 静载荷：不随时间变化或随时间变化缓慢的载荷 变载荷：随时间作周期性变化或非周期性变化 计算载荷＝Ｋ＊名义载荷，Ｋ载荷系数 2. 应力 静应力 变应力 对称循环 脉动循环 非对称循环 最大应力 最小应力 平均应力 应力幅 循环特性 脉动循环、对称循环和非对称循环的平均应力、应力幅和循环特性系数各为多少？ 5个参数 注意：静应力只能在静载荷作用下产生；变应力由变载荷和静载荷产生。 设计计算准则 防止产生各种可能失效为目的而拟定的零件工作能力计算依据的基本原则。 三、机械零件的强度 3.1 判定强度的方法 危险截面的最大应力 极限正应力 许用安全系数 极限切应力 许用安全系数 1. 3.2 静应力强度 失效形式为塑性变形或断裂 1. 单向应力时 用 代替 2. 复合应力时 第三、四强度理论 3. 复合安全系数 弯扭复合应力 或者 3.3 变应力强度 变应力失效是疲劳断裂 疲劳曲线(实验获得) A点，应力循环次数为1/4，应力值为材料强度极限 AB段，循环次数少，应力变化小，看作静应力强度 BC段，疲劳破坏伴随着材料的塑性变形，称为低周疲劳 疲劳强度计算略 CD段，有限寿命疲劳阶段，零件经过相应次数的变应力作用后总会发生疲劳破坏 D点以后，无论应力变化多少次，零件都不会发生破坏 四、机械零件的表面强度 4.1 接触强度 赫兹公式 4.2 挤压强度 4.3 表面磨损强度 表面滑动，速度低，压力大，限制表面压强 速度较高，限制摩擦功，即限制温升 速度高，限制速度 五、机械零件的刚度 刚度：零件材料抵抗弹性（扭转、弯曲）变形的能力。 同类金属零件的弹性模量相差不大，以昂贵的高强度合金钢代替普通碳钢来提高零件的刚度不起作用。 六、机械零件的可靠性 材料的离散性，零件达不到预定的工作时间而失效，希望这种概率限制在一定程度内. 可靠性：产品在规定条件和时间内完成规定功能的能力 可靠度：产品在规定条件和时间内完成规定功能的概率 累计失效概率：产品在规定条件和时间内失效概率 Ft Ｎ个零件在规定时间 t 内，Nf 个失效，剩Nt 个 浴盆曲线 七、机械零件常用的材料及其选择原则 1、机械零件的常用材料 黑色金属 铸铁 灰铸铁：良好的切削加工性和减震性 常用作机座和机架 球墨铸铁：强度高、耐磨性好，减震、抗冲击 曲轴、齿轮 可锻铸铁：马口铁，强度和塑性较高 当零件尺寸小，形状复杂，而不能用铸钢或锻钢制造时 铸钢 铸造性比铸铁差，但比锻钢和轧制钢好 用于重载零件铸造。 强度性能比铸铁好，但比锻钢和轧制钢差（组织没那么致密） 碳素铸钢 低合金铸钢 中合金铸钢 高合金铸钢 碳钢与合金钢 应用最广泛 普通碳钢 优质碳