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第7讲机械零件设计概论.pptVIP

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第7讲机械零件设计概论

第六讲 机械零件设计概论;第9章 机械零件设计概论;§9-1 机械零件设计概述;机械零件可能的失效形式归纳起来主要有: 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(当周期性干扰力的频率与轴的自振频率相等或接近时,就会发生共振,导致振幅急剧增大,这种现象称为失去振动稳定性。共振可能在短期内使零件损坏) 联接的松弛 摩擦传动的打滑等;对于各种不同的失效形式,相应地有各种工作能力判定条件。这种为防止失效而制定的判定条件,通常称为工作能力计算准则。 机械零件的设计准则有: 强度准则 强度准则是指零件中的应力不得超过允许的限度,即许用应力,用公式表示为 ;刚度准则 指零件在载荷作用下产生的弹性变形量不大于允许值(许用变形量),用公式表示为: ;振动稳定性准则 在设计时应使机器中受激振作用的各个零件的自激振动频率与激振源的频率错开。通常应保证 fp0.85f 或 fp1.15f 可靠性准则 机械零件的可靠性用可靠度表示。可靠度是指零件在规定的时间内,在规定的使用条件下完成规定功能的概率。如有NT个零件在规定的工作条件下使用,在t时刻后仍有NS个零件能正常工作,则此零件在该工作条件下工作t时间的可靠度为;拟定零件的计算简图。 确定作用在零件上的载荷。 选择合适的材料。 根据零件可能出现的失效形式,选用相应的判定条件,确定零件的形状和主要尺寸。 应当注意,零件尺寸的计算值一般并不是最终采用的数值,设计者还要根据制造零件的工艺要求和标准、规格加以圆整。 绘制工作图并标注必要的技术条件。;§9-2 机械零件的强度;利用强度准则判断零件的强度常用的方法有: ① 应力法 应力法是判断危险截面处的最大应力(σ,τ)是否小于或等于许用应力([σ],[τ])。计算公式为; 一、应力的种类 静应力——不随时间变化的应力(图9-1a)。 变应力——随时间变化的应力。 循环变应力——随时间作有周期性变化的应力。图9-1b所示为一般的非对称循环变应力,图中T为应力循环周期。;由图可知,变应力的平均应力σm及应力幅σa分别为 ;脉???循环变应力——循环特性r=0的循环变应力,(图9-1d ),其σa=σm=σmax/2,σmin=0 。 静应力——可看作变应力的特例,其σmax=σmin ,循环特性r=+1。 当-1r+1,并且r≠0时,称为非对称循环变应力(图b)。 ;对于用脆性材料制成的零件.应取强度极限σB作为极限应力,其许用应力为; 三、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。 疲劳断裂具有以下特征: 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; 不存在宏观的、明显的塑性变形迹象,是脆性突然断裂; 疲劳断裂是损伤的积累,在循环应力多次反复作用下产生。 对材料的组成、零件的形状、尺寸、表面状态、使用条件和外界环境等非常敏感。 总之,疲劳破坏的最突出特点是发生突发性、高度局部性以及对各种缺陷的敏感性。;右图所示为轴的弯曲疲劳断裂的断口,微裂纹常起始于应力最大的断口周边上。在断口上明显地有两个区域:一个是在变应力重复作用下裂纹两边相互摩擦形成的表面光滑的疲劳区;一个是最终发生脆性断裂的表面粗糙的断裂区。; 疲劳断裂不同于一般静力断裂。它是损伤到一定程度后,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(即使用期限或寿命)密切相关。 ;疲劳曲线 表示应力σ与应力循环次数N之间的关系曲线称为疲劳曲线,如图9-3所示。从图中可以看出,应力越小,试件能经受的循环次数就越多。;通常用σ-l表示材料在对称循环变应力下的弯曲疲劳极限。 疲劳曲线的左半部(N<N。),可近似地用下列方程式表示:; 许用应力 变应力下,应取材料的疲劳极限作为极限应力。同时还应考虑零件的切口和沟槽等截面突变、绝对尺寸和表面状态等影响,为此引入有效应力集中系数kσ、尺寸系数εσ和表面状态系数β等。当应力是对称循环变化时,无限寿命下的许用应力为; 四、安全系数 安全系数定得正确与否对零件尺寸有很大影响。如果安全系数定得过大将使结构笨重;如定得过小,又可能不够安全。 在各个不同的机械制造部门,通过长期生产实践,都制订有适合本部门的安全系数(或许用应力)的表格。使用时可以从中查表选取所需的安全系数(或许用应力)。;§9-3 机械零件的接触强度;机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的接触变应力,在载荷重复作用下,零件表面发生疲劳点蚀破坏,(图9-7)。;对于钢或铸铁,取μ1=μ2 =μ=0.3,则上式简化为:;零件受接触变应力作用时接触强度条件为 σH≤[σH] 而[σH] = σlim/

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