兰州理工大学机电工程学院机械设计基础课件 机械零件设计概论.ppt

* 第9章 机械零件设计概论 §9－1 机械零件设计概论 §9－2 机械零件的强度 §9－3 机械零件的接触强度 §9－4 机械零件的耐磨性 §9－5 机械制造常用材料及其选择 §9－6 公差与配合、表面粗糙度和优先数系 §9－7 机械零件的工艺性及标准化 §9－1 机械零件设计概论 机械设计应满足的要求： 在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修简单和造型美观等。 机械零件的失效： 机械零件曲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。 零件的失效形式: 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；联接的松弛; 摩擦传动的打滑等。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 对于各种不同的失效形式，也各有相应的工作能力判定条件 强度条件：计算应力许用应力； 机械零件设计的步骤： 1)拟定零件的计算简图; 5) 绘制工作图并标注必要的技术条件。 防止失效的判定条件是： 计算量许用量 ----工作能力计算准则。 2) 确定作用在零件上的载荷; 3) 选择合适的材料; 4) 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 ; 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谁、规格加以圆整 失效原因: 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等 原因。 刚度条件：变形量许用变形量； 载荷系数K----考虑各种附加载荷因素的影响。 名义载荷-----在理想的平稳工作条件下作用在零件上 的载荷。 §9－2 机械零件的强度 计算载荷-----载荷系数与名义载荷的乘积。 计算应力-----按名义载荷计算所得之应力： 名义应力-----按名义载荷计算所得之应力。 强度判 定条件： σ、τ [σ]=、[τ]-----许用应力 S-----安全系数 σlim、τ lim -----极限应力，由实验方法测定。 然而在机器运转时，零件还会受到各种附加载荷，通常用引入 一、应力的种类 o t σ σ=常数 σmax 脉动循环变应力 r =0 σm 静应力: σ=常数 变应力: σ随时间变化 平均应力: 应力幅: T σmax σmin σa σa σm 循环变应力 o t σ 变应力的循环特性: σmax σmin σa σa 对称循环变应力 r =-1 o t σ ----脉动循环变应力 ----对称循环变应力 -1 = 0 +1 ----静应力 o t σ σa σa σmin r =+1 静应力是变应力的特例 二、静应力下的许用应力 静应力下，零件材料的破坏形式：断裂或塑性变形 塑性材料，取屈服极限σS 作为极限应力,许用应力为： 脆性材料：取强度极限σB 作为极限应力,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： 1)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; 2) 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂; 3) 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。它的初期现象是在零件表面或表层形成微裂纹，这种微裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展，直至余下的未断裂的截面积不足以承受外载荷时，就突然断裂。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。所以疲劳断裂是与应力循环次数(即使用期限或寿命)有关的断裂。 不管脆性材料或塑性材料， 1、疲劳曲线 N O σ σ-1 N0 σ-1N N 由图可知：应力越小，试件能经受的循环次数就越多。试验表明，当 NN0以后，曲线趋于水平，可认为在无限次循环时试件将不会断裂。 应力σ与应力循环次数N 之间的关系曲线称为：疲劳曲线 当NN0 时, 试件将不会断裂。 N0 ----循环基数 N0 对应的应力称为： 当NN0 时, 有近似公式： 对应于N 的弯曲疲劳极限： 疲劳极限 用σ-1表示材料在对称循环应力下的弯曲疲劳极限。 2、许用应力 在变应力，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晌，为此引人应力集中系数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，许用应力为： 当应力是脉动循环变化时，许用应力为： σ0 为材料的脉动循环疲劳极限，S为