第2章 机械设计总论.ppt

1 机械产品设计过程 原理方案图 结构设计草图 总装配图 机械设计基础内容 第二章机械设计总论 1机械零件常见失效形式 失效 丧失预定功能或预定功能指标降低到许用值以下 失效的主要形式是破坏 但不仅仅指破坏 常见主要失效形式有 断裂 如轴 齿轮轮齿发生断裂表面点蚀 工作表面片状剥落塑性变形 零件发生永久性变形过大弹性变形表面破坏过大振动和噪声 过热等 例如轴可能的失效形式 断裂 塑性变形 过大弹性变形 共振 2机械零件的主要失效形式及设计准则 设计零件时应满足的基本要求工作可靠 成本低 2工作能力准则 工作能力 不失效条件下零件的安全工作限度这个限度通常是以零件承受载荷的大小来表示 所以又常称为 承载能力 如 吊钩最大起重量 50kN工作能力或承载能力 50kN 工作能力准则 衡量零件工作能力的指标对零件设计 针对其主要失效形式选择适合的工作能力准则进行设计具体有 强度准则 刚度准则 耐磨性准则 振动稳定性准则 耐热性准则 3强度准则 机械零件工作能力的最基本准则强度 材料抵抗断裂或残余变形的能力强度准则 工作应力 许用应力 或 针对失效形式 断裂 疲劳破坏 残余变形典型零部件 轴 齿轮 带轮等 正应力 剪应力 表面磨损 p p 比压 压强 耐磨性表面压溃 p p 挤压应力 挤压强度接触疲劳 H H 接触应力 接触强度 点蚀 齿轮为例 表面强度 疲劳破坏 整体断裂 脆性材料 过大的残余变形 塑性材料 疲劳断裂 塑 脆性材料 疲劳强度 整体强度 齿轮 滚动轴承等 4刚度准则 刚度 材料抵抗弹性变形的能力刚度准则 实际变形量 许用变形量弯曲刚度 挠度条件 y y 倾角条件 扭曲刚度 扭角条件 j j 针对失效形式 过大的弹性变形典型零部件 轴 蜗杆等 5耐磨性准则 耐磨性 零件抗磨损的能力磨损是相当复杂的物理化学过程影响磨损的因素包括载荷的大小和性质 滑动速度 润滑剂的化学性质和物理性质等具体有 磨粒磨损 粘着磨损 疲劳磨损 腐蚀磨损 冲蚀磨损 微动磨损耐磨性准则 P 针对失效形式 零件表面破坏典型零部件 齿轮 轴承 链等 6耐热性准则 高温引起承载能力降低 蠕变 也会造成热变形 附加热应力 破坏正常的润滑条件 改变零件间的间隙 降低精度等耐热性准则 工作温度低于许用值 针对失效形式 高温引起的润滑不良 蠕变典型零部件 蜗杆 齿轮 滑动轴承等 7其他计算准则 共振 当机器的自振固有频率f与周期性激振频率相同或整数倍时 就会发生共振 此时振幅急剧增大 导致零件破坏或机器工作条件失常等振动稳定性 机器工作时振幅不能超过许可值振动稳定性准则 0 85f fp或1 15f fp 针对失效形式 共振产生的工作失常典型零部件 轴等 振动稳定性准则 可靠性可靠度 正常工作数 总数 其它破坏正常工作条件引起的失效 联接松动 带传动打滑 腐蚀 过热高温蠕变 3机械零件的设计方法与步骤 理论设计 常规 现代 经验设计模型实验设计 关键 的计算 lim的取值 设计计算 校核计算 强度条件 其中 步骤 选类型 载荷计算 确定计算准则 选材 确定基本尺寸 结构设计 校核 画零件工作图等 钢和铸铁 其次是有色金属和非金属 4机械零件的材料及其选择 1金属材料 1 铸铁 含 2 的铁碳合金称为铸铁 良好的液态流动性 易成型 吸振 耐磨 价廉 2 钢 含 量 2 的铁碳合金称为钢 具有高的强度 韧性和塑性 可用热处理改变其特性按化学成分 钢分为 A 碳素钢 低碳钢 C 0 25 中碳钢 C 0 25 0 55 高碳钢 C 0 55 性质取决于含碳量 含碳量越高 则强度越高 B 合金钢 加入了合金元素的钢 1 常用材料 按用途钢分为 结构钢 制造各种机械零件和工程结构的构件 工具钢 制造各种刃具 模具和量具 特殊钢 如不锈钢 耐热钢 耐酸钢等 用于 3 铜合金 分为 青铜和黄铜黄铜 铜和锌的合金 塑性和流动性好 可辗压和铸造青铜 减摩和抗腐蚀较好2非金属材料 1 橡胶 弹性好 能吸收震动和缓和冲击 2 塑料 比重小 易于制成形状复杂的零件 应用越来越广泛 2 材料热处理 1目的 2方法 退火 退火 正火 淬火 回火 表面热处理 正火 将零件加热到某一温度 保温 随炉冷却 加热到某一温度 保温 较快冷却 例空冷 消除内应力 硬度减小 改善切削性能 1 改变金属内部结构提高材料力学性能 2 消除内应力 加工 热处理 淬火 回火 硬度大大提高 耐磨性 疲劳强度提高内应力增大 需消除 回火 综合力学性能较好 强度 硬度 塑性 韧性 重要零件调质 内应力及脆性均较大 硬度 弹性 弹簧 内应力及脆性均 硬度及强度均较高 刀具 高温 加热到某一温度 保温 急速冷却 将淬硬的钢件加热到某一温度 较低 保温 冷却 空冷 低温 中温 表面热处理 强化零件表面 表面淬火 化学热处理 表面硬度及耐磨性 芯部韧性不变 将某种化学元素 活性原子 渗入零件表面 力学性能 表面很硬 芯韧 表面硬度 耐磨性 抗蚀性 疲劳强度 表面迅速加热 急冷 低温回火 弹性极限 sP抗拉强度 sB屈服强度 sS 硬度 HBS 布氏硬度硬度机压头为淬火钢球 不能测太硬的材料 一般HBS 450HRC HRB HRA 洛氏硬度120 金刚石锥体 载荷150kgf 不能测硬 脆的薄层零件HV 维氏硬度136 金刚石四角锥体 载荷小 5 30kgf 千克力 9 8N 三种硬度单位之比较 HV 维氏 HBS 布氏 HRC 洛氏 10 HBS 3 材料力学性能指标 使用要求 使用环境 载荷性质 结构 重要程度 工艺要求 零件及其毛坯的形状 批量 加工方法 经济要求 材料价格结合加工费用 材料利用率 4 材料的选择原则 5 标准化 对设计者两重含意 尽量选用标准件 按有关标准设计机械零件 通过对零件的尺寸 结构要素 材料性能 检验方法 制图要求等 制定出各式各样的大家共同遵守的标准 产品标准化包括 1 产品品种规格的系列化2 零部件的通用化3 产品质量标准化 1 节约材料能源 降低