机械零件设计和计算概论.ppt

第六章机械零件设计和计算概论,61机械零件的工作能力准则,一、机械零件的失效形式,失效零件丧失正常工作能力或达不到设计要求的性能,失效形式：强度失效、刚度失效、磨损失效、振动、噪声失效,二、机械零件的计算准则,工作能力零件不发生失效时的安全工作限度,计算准则以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,1、强度准则,2、刚度准则,零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力,零件在载荷作用下抵抗破坏的能力,y可以是挠度、偏转角或扭转角,3、耐磨性准则,作相对运动的零件其工作表面抵抗磨损的能力,4、振动和噪声准则,5、热平衡准则,磨料磨损、胶合磨损、疲劳点蚀,蠕变，破坏润滑条件,62机械制造中常用材料及其选择,一、机械零件的常用材料及热处理,黑色金属,碳钢与合金钢应用最广泛,常用的热处理方法：退火,正火,加热到临界温度，保温，随炉温冷却消除内应力，改善切削性能,静止空气中冷却提高硬度及刚度，部分消除内应力,淬火,急速冷却（水冷或油冷）大大地提高了硬度，产生很大的内应力,回火,淬火钢重新加热到临界温度以下，保温，静止空气中冷却消除内应力，保持高硬度,低温回火150250C刀具，量具滚动轴承中温回火300450C弹簧高温回火450650C齿轮，轴，重要螺栓调质,5表面热处理,1）表面淬火,火焰加热、感应电流加热,常用于：齿轮、中轴、曲轴,2）化学热处理,渗碳、氮化、氰化,铸钢、铸铁、有色金属（铜合金、铝合金）非金属材料（橡胶、塑料）,二、机械零件材料选用的原则,1、使用要求2、工艺要求3、经济性要求,63许用应力和安全系数,如表6-6,静应力,应力的分类,变应力,应力循环特性,变应力种类：,-1+1不对称循环变应力=+1静应力,=1对称循环变应力=0脉动循环变应力,选择许用应力的方法：,许用应力设计零件时所依据的条件应力,1、查许用应力表法,2、部分系数法,安全系数,S1考虑计算载荷及应力准确性的系数,S2考虑材料机械性能均匀性的系数,S3考虑零件重要程度的系数,变应力作用下机械零件的失效特征,1、失效形式：疲劳断裂2、疲劳破坏特征：1）断裂过程：产生初始裂纹（应力较大处）裂纹尖端在切应力作用下反复扩展，直至产生疲劳裂纹。2）断裂面：光滑区（疲劳发展区）粗糙区（脆性断裂区）3）无明显塑性变形的脆性突然断裂4）破坏时的应力（疲劳极限）远小于材料的屈服极限maxB或maxS,材料的疲劳曲线,No循环基数持久极限,变应力下的许用应力,k应力集中系数,尺寸系数,表面状态系数,64机械零件的工艺性和标准化,工艺性零件的结构既能满足使用的要求，又能在具体的生产条件下制造和装配时所耗的时间、劳动量及费用最少，那么这种结构就是符合工艺性的。,1、选择合理的毛坯种类。2、零件的结构要简单合理。3、规定合理的制造精度和表面粗糙度。,零件的工艺性要求：,将零件的型式、规格、试验方法、质量鉴定及标号等标准化，在机械制造及设计中具有重大意义,本章重点,1、零件的工作能力的基本准则。2、钢的常用热处理。3、应力循环特性定义及变应力的分类。4、变应力下零件的主要失效形式是什么？有何特点？5、部分系数法的安全系