第9章+机械设计概论.ppt

前言机械零件设计概述机械零件的强度机械制造中常用材料及其选择公差与配合 表面粗糙度和优先数列机械零件的工艺性及标准化 第九章机械零件设计和计算概论 前言 例 机构 齿轮机构 三个构件 齿轮1 齿轮2 机架3 轴 轴承 套筒等 轴系零件 构件 零件 制造的单元 齿轮 传动件 键 联接件 3 一 机械零件的简介 二 课程特点与学习方法 机原研究对象 机构 构件 运动的单元 传动零件 轴系零件 联接零件 附件 机架 机械零件 一般尺寸参数的通用机械零件的设计 总论 螺纹联接 齿轮传动 蜗杆传动 滑动轴承 滚动轴承 键联接 联轴器与离合器 轴 带传动 链传动 繁杂 门类多 关系多 要求多 公式多 图形多 表格多 二 课程特点与学习方法 本课程研究对象 讲课顺序 分析处理问题的思路 特点 分析处理问题的思路 任务 设计零件 受力分析 载荷及应力分析 功用 工作原理 失效形式 主要失效形式 分类 计算准则 公式建立的依据 强度计算 设计方法 先定主参数 许用应力 材料 结构设计 尺寸及绘图 结构特点 标准 抓住 计算准则 学习贯穿一条线 9 1机械零件设计概述p 111 一 机械设计应满足的要求P 111第7 二 设计机械零件应满足的要求 避免在预定寿命周期内失效 机械零件由于某种原因不能正常工作 在不发生失效的条件下 零件所能安全工作的限度 三 机械零件的主要失效形式及计算准则 既要可靠 又要成本低p 111第9 失效 工作能力 承载能力 对载荷而言 三 机械零件的主要失效形式及计算准则 强度 刚度 振动稳定性 破坏正常工作条件 计算准则 强度准则 刚度准则 振动稳定性准则 其它准则 主要 介绍 失效形式 一 强度准则 1 失效形式 2 计算准则 2 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 P113 疲劳断裂 塑 脆性材料 疲劳强度 1 整体强度 表面磨损 p p 比压 压强 耐磨性P122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 P119 过大的弹性变形 刚度 机器振幅不能超过许可值 共振 机器内的激振源频率 零件固有频率 重合或整数倍 破坏 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 二 刚度 三 振动稳定性 四 其它 零件抵抗弹性变形的能力 失效形式计算准则 9 2机械零件的强度p 112 一 载荷及其分类 名义载荷 载荷系数 计算载荷 名义应力 计算应力 1 基本定义 p 112第7 p 112第8 名义载荷与载荷系数的乘积KF KT KM p 112第9 p 112第10 强度 零件承受载荷后 抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力 与载荷及应力有关 二 应力及分类 三 机械零件的强度计算 2 载荷的分类 按大小及方向是否变化 当 max min均维持常数 稳定交变应力当 max和 min的数值随时间而改变 不稳定的变应力 交变应力 随时间作周期性变化的应力 二 应力及分类 一个应力循环 构件中的应力由 最大值 最小值 最大值 的这一过程 max min 2 应力幅 a 1 分类 2 交变应力的特征及典型的交变应力 最大应力 max 最小应力 min 变化规律 min max 应力循环特性 应力循环次数 1 对称循环 图9 1 C 当 min 0 或 max 0 当 max min 1 静应力图a 0 脉动循环 图d 当 m 0 max min 非对称 对称 1 脉动 0 静 1 三 机械零件的强度计算 强度计算通式 lim 正应力 lim 切应力 关键 的计算 的取值 1 失效形式 2 许用应力 塑性材料 过大的残余变形 正确运用材力有关公式 复合应力 材料力学基本强度理论 一 静应力作用下的强度计算 脆性材料 断裂 S 屈服极限 S 强度极限 二 变应力作用下的强度计算 简单应力 单向应力 拉 弯 剪 扭 3 计算应力 二 变应力作用下的强度计算 1 失效形式 r S r S疲劳极限 2 许用应力 零件本身 疲劳曲线 疲劳断裂 图9 2 与应力性质 大小 有关 1 0 1 应力性质 疲劳曲线 零件本身 许用应力 3 计算应力4 安全系数 公式 9 7 9 8 零件本身 疲劳曲线 当N N0 rN 1 当 1 无限循环不破坏 当N N0 9 6 N0 循环基数 rN 对应N的疲劳极限 图9 3 N rN 1 1的疲劳极限 N N0 许用应力 对称 1 脉动 0 3 计算应力 max min 简单应力 max max 复合应力 材料力学基本强度理论 4 安全系数 作业 9 11 9 12 1 0 7 0 9 5机械制造中常用材料及其选择 一 钢 含 量 1 4 常用牌号及力学性质 表9 1 碳素钢 含 量 普通 优质碳素钢合金钢 结构 轴承 弹簧 工具 不锈钢 低碳钢 C 0 1 0 25 中碳钢0 3 0 5 高碳钢 0 55 二 铸钢 含 0 15 0 6 易成型 三 有色金属 有特殊性能 减摩 抗腐 电 价昂 多用铜合金 其它少用 四 非金属 塑料 橡胶 铸铁 含 2 06 易成型 价廉 吸振 可靠性差 一 常用材料 二 材料热处理 二 材料热处理 一 目的 二 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 结构件 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 加热到某一温度 保温 急速冷却 加热到某一温度 较低 保温 冷却 空冷 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 9 6公差与配合 表面粗糙度和优先数列 一 公差与配合 互换性手册 同一基本尺寸的孔与轴的结合 间隙配合 孔 轴 过渡配合 孔 轴或孔 轴 过盈配合 孔 轴 公差 公差等级 配合 35H7 f7 35H7 r7 35H7 k7 轴 f7 k7 r7 孔 F7 H7 K7 二 表面粗糙度三 优先数列 零件尺寸的两个极限尺寸之差 尺寸精度等级 1 20级 常用4 11级 公差代号 置于公差代号之后 动联接 配合制度 基孔制 孔的下偏差 0 零件表面的微观几何形状误差 评定 轮廓算术平均偏差 表面粗糙度 表 9 3 p 127 便于组织生产和降低成本 321 80 5 公比 10 公比 20 公比 40 公比 二 表面粗糙度 配合制度 三 优先数列 常用基孔制 基轴制 轴的上偏差 0 9 7机械零件的工艺性及标准化 一 工艺性 工艺性好 易加工 装配 费用低 工艺性审查 二 标准化 两重含意 分类 使用强制性 推荐使用 尽量选用标准件 按有关标准设计机械零件 国际ISO 国家GB 行业标 JB YB QB 地方标 企业标准 制图 公差 形位 模数 标准直径 必须执行 运用范围 小结 1 基本概念 失效 承载能力 主要失效形式及计算准则强度 整体 整体