第9章机械零件设计概论.ppt

第 章机械零件设计概论 基本要求 1 了解机械设计一般步骤和方法2 掌握机械零件常见失效形式和计算准则 重点与难点 1 机械零件常见失效形式和计算准则2 机械零件常用的材料及其选择原则 第 章机械零件设计概论 9 1机械零件设计概述 9 2机械零件的强度 9 4机械零件的耐磨损性 9 5机械制造常用的材料及其选择 9 7机械零件的工艺性和标准化 9 3机械零件的接触强度 9 1机械零件设计概述 失效 机械零件由于某种原因不能正常工作 工作能力 在不发生失效的条件下 零件能安全工作的限度 机械零件常见的失效形式有 断裂或塑性变形 过大的弹性变形 零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等 零件在工作时会发生那一种失效 这与零件的工作环境 载荷性质等很多因素有关 设计准则 机械零件工作能力的判定条件 机械零件的设计计算准则主要有 强度准则 ca lim S 刚度准则 y y 各章内容的一般顺序是 概述 零件的主要类型 构造 材料 标准 优缺点和适用场合等 工作情况 受力分析 应力状态 失效形式 设计准则 设计方法步骤 参数选择的原则 例题 课程的特点 由本课程研究的对象和性质 决定教材本身内容的繁杂性和比较零乱 主要表现在六多上 关系多 门类多 要求多 公式多 图形多 表格多 载荷 作用于零件上的力F M T以及冲击能量 静载荷 不随时间变化或随时间缓慢变化的 变载荷 随时间作周期变化或非周期变化 名义载荷 根据原动机额定功率或机器在稳定和理想的工作条件下 按理论力学计算出的载荷 一 载荷的分类 计算载荷Fca KF齿轮传动 蜗轮传动 滚动轴承等零件的设计时采用Fca K的取值方法与传动零件有关 9 2机械零件的强度计算 二 应力的种类 静应力 应力的大小和方向不随时间变化或缓慢变化的应力 失效形式 断裂或塑性变形 变应力 大小和方向随时间变化的应力 变应力可以由变载荷产生 也可由静载荷产生 失效形式 疲劳 破坏 断裂 稳定循环变应力 r 应力比 循环特性 三 静应力下的许用应力 静应力 是指那些零件剖面上作用的由零慢慢在增大到一定数值后保持不变动的应力 对N 103的通用零件按静应力强度计算 1 单向应力 脆性材料 失效 脆性断裂 塑性材料 失效 塑性变形 2 复合应力 塑性材料 第三强度理论 第四强度理论 失效形式 疲劳 破坏 断裂 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 三 变应力下的许用应力 零件在变应力作用下的疲劳强度判断指标是疲劳极限 疲劳曲线 应力循环特性一定时 材料的疲劳极限与应力循环次数之间关系的曲线 N N 有限寿命 N N 无限寿命 弯曲疲劳极限 1 疲劳曲线 影响机械零件疲劳强度的因素有 应力集中 绝对尺寸 表面状态 应力变化为对称循环 应力变化为脉动循环 9 3机械零件的接触强度 计算依据 弹性力学的赫兹公式 高副机构工作时 理论上是点接触或线接触 实际上因接触部分产生弹性变形而形成面接触 由于接触面积很小 而使表层产生很大的局部应力 该应力称为接触应力 在表面接触应力作用下的零件强度称为接触强度 接触强度条件 9 4机械零件的耐磨损性 耐磨性 零件抗磨损的能力 世界上在工业方面约有30 的能量消耗于摩擦过程中 约有80 的零件是因磨损而报废 磨损 摩擦表面材料的损失或转移 1 磨粒磨损硬质表面或摩擦表面上硬凸峰尖 在摩擦过程中引起材料脱落的现象 3 疲劳磨损由于摩擦表面材料微体积在交变的摩擦力作用下 反复变形所产生的材料疲劳所引起的磨损 2 粘附磨损 胶合 当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处由于瞬时的温升和压力发生 冷焊 后 在相对运动时 材料从一个表面迁移到另一个表面 4 腐蚀磨损在摩擦过程中 周围介质发生化学或电化学反应 引起材料脱落的现象 9 5机械制造常用的材料及其选择 一 金属材料 铸铁 灰铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 钢 低碳钢 中碳钢 高碳钢 合金钢 铸钢 二 非金属材料塑料 陶瓷 橡胶 机械零件材料选用的原则 使用要求 工艺要求 经济性要求 1 选择合理的毛坯种类2 零件的结构要合理简单3 规定合理的制造精度和表面粗糙度 9 7机械零件的工艺性和标准化 一 工艺性 标准化的意义 与设计有关的标准 国际标准国家标准行业标准企业标