机械设计基础第一部分读书报告

机械设计基础第一部 分读书报告 第 1 章 机械零件的常用材料和结构工艺性 1 1 机械零件的常用材料及其选用 1 机械材料的常用材料 在机械领域 钢是运用最广的金属材料 钢是一种碳的质量分数低于百分 之二的铁碳合金 它具有高强度 塑性和韧性 可用锻造 碾压 冲压 焊接 铸造等方法获得零件的毛坯 含碳量在 2 以上的铁碳合金 工业用铸铁一般含碳量为 2 5 3 5 碳 在铸铁中多以石墨形态存在 有时也以渗碳体形态存在 除碳外 铸铁中还含 有 1 3 的硅 以及锰 磷 硫等元素 合金铸铁还含有镍 铬 钼 铝 铜 硼 钒等元素 碳 硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素 有色金属 狭义的有色金属又称非铁金属 是铁 锰 铬以外的所有金属 的统称 广义的有色金属还包括有色合金 有色合金是以一种有色金属为基体 通常大于 50 加入一种或几种其他元素而构成的合金 二 钢的热处理及其简介 1 退火 操作方法 将钢件加热到 Ac3 30 50 度或 Ac1 30 50 度或 Ac1 以下 的温度后 一般随炉温缓慢冷却 目的 1 降低硬度 提高塑性 改善切削加 工与压力加工性能 2 细化晶粒 改善力学性能 为下一步工序做准备 3 消除 冷 热加工所产生的内应力 2 正火 操作方法 将钢件加热到 Ac3 或 Accm 以上 30 50 度 保温后以稍 大于退火的冷却速度冷却 目的 1 降低硬度 提高塑性 改善切削加工与压 力加工性能 2 细化晶粒 改善力学性能 为下一步工序做准备 3 消除冷 热 加工所产生的内应力 3 淬火 操作方法 将钢件加热到相变温度 Ac3 或 Ac1 以上 保温一段时间 然后在水 硝盐 油 或空气中快速冷却 目的 淬火一般是为了得到高硬度 的马氏体组织 有时对某些高合金钢 如不锈钢 耐磨钢 淬火时 则是为了 得到单一均匀的奥氏体组织 以提高耐磨性和耐蚀性 4 回火 操作方法 将淬火后的钢件重新加热到 Ac1 以下某一温度 经保温 后 于空气或油 热水 水中冷却 目的 1 降低或消除淬火后的内应力 减 少工件的变形和开裂 2 调整硬度 提高塑性和韧性 获得工作所要求的力学 性能 3 稳定工件尺寸 1 2 机械零件的机构工艺性 零件结构的工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求制造的可行性和经济性 零件结构的工艺性好是指零件的结构形状在能满足使用要求按现有的生产条件 能用较经济的方法方便地加工出来 在不同的生产条件下对零件结构的工艺性要 求也不一样 一 要便于零件毛坯的制作 二 要便于零件的机械加工 三 要便于零件的装卸和可靠定位 1 3 机械设计中的标准化 近年来 我国为了加强国家标准的管理和监督执行 将国家标准分为两 大类 一类为强制性国家标准 强制性国家标准只占国家标准中的一小部分 但 必须强制执行 否则就是违法 另一类为推荐国家标准 此标准占国家标准中的一大部分 如无特殊理由 必须遵守这些标准以期望达到事半功倍的效果 第二章 机械零件工作能力计算的理论基础 2 1机械零件的工作能力及其变形的基本形式 一 机械零件的工作能力 机械零件不发生失效的安全工作限度称为工作能力 影响机械零件工作能力的 主要因素有 载荷 变形 速度 温度 压力和零件的形状 加工质量等 同一种零件对应于不同的失效形式有不同的工作能力 对于载荷而言 工 作能力又称为承载能力 二 机械零件变形的基本形式 各种机械零件在不同的载荷作用下 可能产生不同形式的变形 但其最基本 的有拉压 剪切 扭转 弯曲等四种形式 2 2 轴的拉伸和压缩 一 横截面上的内力与应力 一 轴的拉伸与压缩的基本特征 受力特征 外力合力的作用线与杆件的轴线重合 变形特征 轴向伸长或缩短 2 金属材料的力学性能 低碳钢在拉伸时会经历弹性阶段 在此阶段力与伸长量成正比 屈服阶段 此阶段应力与应变曲线呈锯齿形的水平线 强化阶段 此阶段材料又恢复了抵 抗变形的能力 这种现象称为材料的强化 颈缩阶段 此阶段会产生材料局部 变细 若此时仍增大拉力 材料最终会断裂 3 轴向拉压的强度条件 为了使零件有足够的强度 零件在载荷作用下的最大应力必须小于材料的极限 应力 4 应力集中的概念 因收载零件几何尺寸突然变化引起的局部应力急剧增大的现象称为应力集中 2 3 剪切和挤压 一 剪切强度 剪切变形的受力特点是 构件受到了一对大小相等 方向相反 作用线平行且相距很近的外力 剪切的变形特点是 在这两力作用线间的截面发生相对错动 二 挤压强度 接触面上相互压紧的现象称为挤压 挤压力过大 挤压接触面会出现局部产生显著塑性变形甚至压陷的破坏现象 称为挤压破坏 2 4 圆轴的旋转 扭转变形的定义 横截面绕轴线做相对旋转的变形 称为扭转变形 以扭转为主要变形的直杆 通常称为轴 一 外偶力矩的计算 T 9550000P n 式中 T 为外力偶矩 N mm P 为轴所传递的功率 kW n 为转速 r min 二 扭矩与扭力图 圆轴扭转时的内力被称为扭矩 扭转时的内力称为扭矩 三 扭转切应力与强度条件 扭转变形的特点 外力特点 杆件受到一对力偶矩的大小相等 旋向相反 作用平面与杆轴线垂 直的力偶作用 变形特点 纵向线发生倾斜 相邻横截面发生相对错动 横截面仍为平面 只 是绕轴线发生转动 2 5 弯 曲 弯曲 在垂直于杆轴线的平衡力系的作用下 杆的轴线在变形后成为曲线的变 形形式 梁 以弯曲变形为主要变形的构件 通常称为梁 2 6 应力状态理论及强度理论概述 受力构件内一点处所有方位截面上应力的集合 称为一点的应力状态 研究一点的应力状态时 往往围绕该点取一个无限小的正六面体 单元体来研 究 任何应力状态 总能找到三对互相垂直的面 在这些面上只有正应力 而切 应力等于零 这样的面称为应力主平面 主平面上的正应力称为主应力 不可能总是通过直接试验的方法来确定材料的极限应力 通过应力状态分析 来探求材料破坏的规律 确定引起材料破坏的决定因素 从而建立相应的强度 条件 即强度理论 二 强度理论概述 材料在简单应力状态下的强度可通过试验加以测定 但是材料在复杂应力 状态下的强度 则不可能总是由试验来测定 因而需要通过对材料破坏现象的 观察和分析寻求材料强度破坏的规律 人们根据长期的实践和大量的试验结果 对材料失效的原因提出了各种不 同的假说 通常将这些假说称为强度理论 材料强度破坏的两种类型 没有明显塑性变形的脆性断裂 产生显著塑性变形而丧失工作能力的塑性屈服 1 最大拉应力理论 第一强度理论 2 最大拉应变理论 第二强度理论 3 最大切应力理论 第三强度理论 4 形状改变比能理论理论 第四强度理论 破坏形式不但与材料有关 还与应力状态等因素有关 2 7 疲劳强度概述 一 载荷与应力的分类 载荷 静载荷 不随时间变化或变化很小 变载荷 随时间变化而变化 应力 应力分为静应力和变应力 二 疲劳破坏 构件的疲劳破坏可分为 3 个阶段 微观裂纹阶段 宏观裂纹扩展阶段 瞬时断裂阶段 疲劳破坏的特征 在某类变应力多次作用后突然断裂 断裂时变应力的最大应力远小于材料的屈服极限 即使是塑性材料 断裂时也无明显的塑性变形 2 8 接触强