机械零件设计概论(ppt49页).pptx

第9章 机械零件设计概论; 工艺性要求：结构简单、实用。考虑毛坯制造、机械加工、装配、维修、材料等，尽可能选用标准。 经济性要求：综合指标，贯穿于设计、运行维修等全过程。 其他要求：美观、劳动保护、操作方便、运输……。 二. 几个基本概念 内力：物体受外力而变形，其内部各部分之间因相互位置的改变而引起的相互作用。; 应力：在物体截面内一点的应力p为该点内力的合力ΔF与该点微小面积ΔS的比的极限值： 应力按方向分正应力和剪应力。 失效：机械零件在限定的期间内，在规定条件下，不能完成正常的功能。如断裂、变形太大等。 工作能力（承载能力）：机械零件抵抗失效的能力。或机械零件在预定的使用期限内，不发生失效的安全工作限度。含时间和载荷两个要素。 三.失效形式： 1）断裂、塑性变形； 2）过大的弹性变形； 3）磨损或损伤 4）松弛、摩擦传动的打滑和强烈振动等。;（1）整体断裂 零件在载荷作用下，危险剖面上的应力大于材料的极限应力而引起的断裂。如螺栓破断、齿轮断齿、断轴等。—静强度断裂、疲劳断裂。 （2）表面破坏 发生在零件工作表面上。常见形式：压溃、磨损、表面疲劳、胶合、腐蚀等。 —破坏表面精度、改变表面形貌、摩擦、能耗增大。 （3）?变形量过大 —弹性变形、刚度不足。—塑性变形。 （4）功能失效 ? 不能完成预定功能。带传动打滑、螺栓联接松动、高速转子共振等。;注意： 一个零件可能同时存在多种失效形式。如齿轮，可能出现断裂、磨损、表面疲劳点蚀、胶合、塑性变形等。　　对于一具体零件，应根据其主要失效形式，采用相应的设计准则，计算结构尺寸，然后对其他失效形式进行校核。——机械设计的工作在两个方面：设计、校核。;失效的原因： 强度低、刚性差、不耐磨、温度影响、化学变化以及设计不合理等。 四. 零件工作能力的计算准则判定条件： 计算校核量≤许用量 1.强度准则实际应力（计算应力）≤[许用应力]： σ≤[σ] 2.刚度准则变形≤[许用变形]：y≤[y]，θ≤[θ]，ψ≤ [ψ] 3.寿命准则： T ≥[T许] 4.耐磨性准则：;5.振动稳定性准则激振频率fp＜0.87f（固有频率），或fp＞1.18f 6.可靠性准则可靠度应大于许用值 五. 机械零件的设计步骤;设计步骤 (1)拟定零件的计算简图。选择零件类型、简化；(2)受力分析。确定作用在零件上的载荷；(3)选择材料。确定许用应力（许用应力查手册）；(4)确定设计准则。失效分析→确定计算准则。(5)理论设计计算。按设计准则公式，确定零件主要几何尺寸。如螺栓小径、齿轮齿数、模数等。(6)结构设计。除主要尺寸的其余结构尺寸，必须考虑功能要求，加工或装配工艺要求，减小应力集中，尺寸小，重量轻等原则。(7)绘制零件工作图。尺寸、公差配合、表面粗糙度及技术条件等。(8)编写设计计算说明书。;可靠性计算过程;9.2 机械零件的强度; 相应地，有名义应力、计算应力。式中，[σ]、[τ]——材料的许用应力。[σ]=σlim/S，[τ]=τlim/Sσlim ——材料的极限正应力； τlim——材料的极限剪切应力。 S——安全系数。 注意： 材料的极限应力是在简单应力状态下测得的，对于复杂应力状态下工作的零件的设计，应根据材料力学中所述强度理论进行。 许用应力取决于材料的极限应力、安全系数。;σe——弹性极限。 σs——屈服极限。 σb——强度极限。 应变:ε= Δl/l;9.2.2应力的类型 一.基本概念 静应力：不随时间变化或变化缓慢的应力。例螺栓拧紧应力、吊钩应力。 变应力：随时间变化的应力。具有周期变化特性的变应力——循环变应力。;平均应力： 应力幅： 循环特性： a.当 时， r=－1，称为对称循环变应力。 有： b.当 时，r=0，称为脉动循环变应力。 有： 静应力时：;二.静应力作用下的许用应力 静应力作用下零件材料的失效形式：断裂、塑性变形。 许用应力： 极限应力： 常用金属材料的牌号及力学性能（p123） ;;三.变应力作用下的许用应力 失效形式（疲劳断裂的形式） 疲劳断裂——在变应力的反复作用下，材料或零件发生的破坏。 特征 1.承受的应力远低于强度极限。σmax＜σb(σs)。 2.损伤积累，微裂纹的不断扩展与连接。 3.无明显塑性变形，经过一定循环次数后突然断裂。 4.断口形貌有两个区：疲劳区、瞬断区。 ;