第1章 机械设计概述(卫兵修)精品.ppt

三、经济性要求 零件的经济性首先表现在零件的生产制造成本上。 ▲简化零件的结构，降低材料消耗； ▲采用无余量、少余量的毛坯，减少加工工时； ▲采用廉价而充足的材料代替昂贵材料； ▲大型零件采用组合结构而非整体结构； ▲尽量采用标准件。 四、质量小的要求 减小质量的好处： 节约材料； 减小惯性，改善机器的动力性能。 减小质量的措施： ▲采用缓冲装置来降低零件所受冲击载荷； 减小质量的措施： ▲采用缓冲装置来降低零件所受冲击载荷； ▲采用安全装置来限制作用在零件所受最大载荷； ▲从零件应力较小处削减部分材料，以改善零件受 力的均匀性，提高材料的利用率； ▲采用与工作载荷方向相反的预载荷，以降低零件 的工作载荷； ▲采用轻型薄璧冲压件或焊接件代替铸造、锻压件； ▲采用强重比高的材料。 五、可靠性要求 零件的实效是随机发生的，其原因是零件所受的载荷、环境温度、零件本身物理和机械性能等因素是随机变化的。为了提高零件的可靠性，就应当在工作条件和零件性能两个方面使其变化尽可能小。 §1-6 机械零件的计算准则 ▲ 强度准则 ▲ 刚度准则 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： ▲ 寿命准则 ▲ 振动稳定性准则 ▲ 可靠性准则 ---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。 ----确保零件不发生过大的弹性变形。 ---通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。 ----高速运转机械的设计应注重 此项准则。 ----当计及随机因素影响时，仍应确 保上述各项准则。 强度准则是指零件中的应力不得超过许用值。 一、强度准则 即： σ ≤ σlim 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) 为了安全起见，引入安全系数S，得： σ ≤ σlim/S 或 σ ≤[σ] S为大于1的数，S过大，虽安全但浪费材料；S过小，虽节省材料，但趋于危险。 ----许用应力 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与激振源的频率错开， 即要求： 0.85 f fp 或 1.15 f fp 如果不满足条件，可采取如下措施： ▲改变零件及系统刚性； ▲增减支承； ▲调整支承的位置； ▲隔离激振源 ； ▲采用阻尼元件以减小零件的振幅。 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。 若在时间t+dt内，又有dN个零件失效，则dt内零件的失效的比率定义为： ---失效率 “-”表示dN的增大将使N减少。 分离变量并积分得： 即： 零件可靠度的另一个指标是两次失效之间的平均无故障时间 m（MTBF），m与λ的关系为: M=1/λ §1-7 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