第一章 精密机械设计的基础知识

1、第一节 概述第一章第一章 精密机械设计的基础知识精密机械设计的基础知识一、设计精密机械时应满足的基本要求：一、设计精密机械时应满足的基本要求：功能要求；可靠性要求；精度要求；经济性要求；外观要求功能要求；可靠性要求；精度要求；经济性要求；外观要求二、精密机械设计的一般步骤二、精密机械设计的一般步骤调查决策阶段调查决策阶段研究设计阶段研究设计阶段试制阶段试制阶段投产销售阶段投产销售阶段第二节 零件的工作能力及其计算一、强度一、强度定义：定义：零件抵抗外载荷作用的能力强度不足：强度不足：断裂或塑性变形（一）载荷和应力（一）载荷和应力1.静载荷和静应力 静应力静应力t 应力极限弹性阶段弹性阶段比例极

2、限比例极限 p屈服阶段屈服阶段屈服极限屈服极限 s强化阶段强化阶段强度极限强度极限 b颈缩阶段颈缩阶段2.变载荷和变应力变载荷和变应力 随时间做周期变化周期变化或变化缓慢变化缓慢的载荷和应力 t 对 称循环 t非 对 称循环 t 脉 动循环 r=-1r=0r=-1变应力特性的主要参数有：变应力特性的主要参数有：ram,minmaxmaxminr在进行强度计算时，作用在零件上的载荷又可分为：在进行强度计算时，作用在零件上的载荷又可分为：（1 1）名义载荷：）名义载荷：稳定和理想的工作条件下（2 2）计算载荷：）计算载荷：考虑影响强度因素，提供零件的工作可靠 性，将名义载荷乘以某些系数乘以某些系数

3、（二）（二）零件零件的整体强度的整体强度 零件整体抵抗载荷作用的能力判断零件强度的方法判断零件强度的方法：（1）判断危险截面处的最大计算应力是否小于或等于许用应力。 强度条件： （2）判断危险截面处的实际安全系数是否大于或等于许用安全系数。 SSlimlim,极限应力极限应力许用安许用安全系数全系数 SSSSlimlim 静应力静应力下的下的强度强度 塑性材料: 采用屈服极限屈服极限作为极限应力 脆性材料：采用强度极限强度极限作为极限应力 当材料当材料缺少缺少屈服极限屈服极限的数据，可取的数据，可取强度极限强度极限作为极限应力，作为极限应力，但安全系数应取大些但安全系数应取大些主要失效形主要失

4、效形式是塑性变式是塑性变形或断裂形或断裂 变应力下的强度变应力下的强度表面无缺陷表面无缺陷金属材料断裂金属材料断裂主要失效形主要失效形式是断裂式是断裂一阶段：表面滑移形成初始裂纹二阶段：裂纹扩展以致断裂材料实际材料实际疲劳疲劳断裂过程断裂过程变应力大小和循环次数疲劳极限rN当循环特性当循环特性 r 一定时一定时，应力循环，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏次后，材料不发生疲劳破坏 时的时的最大应力最大应力CNNmrmrN0/0CNNmrmrNN- rN曲线循环基数与应力状态有关的指数疲劳曲线方程疲劳曲线方程一般规定，循环次数107所对应的最大应力为疲劳极限r：循环特性为r r，对应于无限寿命区

5、的疲劳极限。 可以作为极限应力lim钢及铸铁材料有限寿命区有限寿命区无限寿命区无限寿命区NN0O rN rCNmrNrNNO rNCNmrNCNNmrmrN0/0CNNmrmrNrLmrrNKNN0mNNLK10)(KL寿命系数，若存在寿命系数，若存在N0，当，当N N0时，取值为时，取值为1。 当当N N0时，取计算值时，取计算值* *提高零件的疲劳强度的措施：提高零件的疲劳强度的措施： s高，组织为细晶粒的材料； 减小应力集中； 改善零件表面质量； 减少材料的冶金缺陷。（三）零件的表面强度表面接触强度表面磨损强度另外，还有挤压强度齿轮、滚动轴承等机械零件，都是通过很小的接触面积传递载荷的，

6、因此它们的承载能力不仅取决于整体强度，还取决于表面的接触强度。 若两个零件在受载前是点接触或线接触，受若两个零件在受载前是点接触或线接触，受载后，由于变形其接触处为一小面积，通常此面积载后，由于变形其接触处为一小面积，通常此面积甚小而表层产生的局部应力却很大，这种应力称为甚小而表层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力接触应力(contact stress)。这时零件强度称为这时零件强度称为接接触强度触强度。 疲劳点蚀疲劳点蚀FH：最大接触应力或赫兹应力；b ：接触长度； F ：作用在圆柱体上的载荷；1、2：曲率半径正号用于外接正号用于外接触，负号用于触，负号用于内接触内接触FH HE1、

7、E2：两圆柱体材料的弹性模量其安全系数可取：表面未强化时SH=1.11.2； 强化时SH=1.21.3。判断金属表面接触疲劳强度的指标是接触疲劳极限接触疲劳极限HlimHlim表面接触疲劳强度的计算准则：表面接触疲劳强度的计算准则： 接触疲劳接触疲劳极限应力极限应力接触疲劳接触疲劳安全系数安全系数许用接触应力许用接触应力HHHHSlim（三）零件的表面强度表面接触强度表面磨损强度另外，还有挤压强度零件的表面形状和尺寸在摩擦条件下逐渐改变的过程称为磨损磨损以摩擦副为主要零件的机械设备，在正常运转时，机械零件的磨损过程一般可分为：磨合(跑合)阶段稳定磨损阶段崩溃磨损阶段（剧烈磨损阶段）零件抗磨损强

8、度的判断零件抗磨损强度的判断p 【p】pv 【pv】V：接触表面的相对滑动速度(m/s)p ：许用压强(N/mm2)pv ：许用pv值二、刚度强度强度是指某种材料抵抗破坏的能力，即材料破坏时所需要的应力。是指某种材料抵抗破坏的能力，即材料破坏时所需要的应力。一般只是针对材料而言的。它的大小与材料本身的性质及受力形一般只是针对材料而言的。它的大小与材料本身的性质及受力形式有关。式有关。如某种材料的抗拉强度、抗剪强度是指这种材料在单位面积上能如某种材料的抗拉强度、抗剪强度是指这种材料在单位面积上能承受的最大拉力、剪力，与材料的形状无关承受的最大拉力、剪力，与材料的形状无关。 刚度刚度指某种构件或结

9、构抵抗变形的能力，即引起单位变形时所需指某种构件或结构抵抗变形的能力，即引起单位变形时所需要的应力。一般是针对构件或结构而言的。它的大小不仅与材料要的应力。一般是针对构件或结构而言的。它的大小不仅与材料本身的性质有关，而且与构件或结构的截面和形状有关本身的性质有关，而且与构件或结构的截面和形状有关。静载荷变载荷F21F1橡胶零件的载荷变形曲线金属材料制造的零件，静刚度与动刚度的数值基本相等基本相等333/43LEbhLEIFaF例：片簧的刚度计算LFbhL L 片簧的工作长度片簧的工作长度I Ia a 片簧的截面惯性矩（片簧的截面惯性矩（bhbh3 3/12/12）h h 片簧的厚度片簧的厚度

10、E E 片簧材料的弹性模量片簧材料的弹性模量三、振动稳定性三、振动稳定性在变载荷作用下，零件将产生机械振动机械振动，如果零件的固有频率与载荷的频率相同时，将发生共振共振。圆柱形拉压螺旋弹簧的固有频率：KmFn/F/为螺旋弹簧的刚度；m为弹簧的质量；K与固定方法相关的系数第三节第三节 零件与机构的误差估算和精度零件与机构的误差估算和精度一、零件误差与机构误差零件的误差零件的误差 加工误差：是指零件的实际尺寸或几何形状与理想值之间的差异。特性误差：是指零件的实际特性与理想特性之间的误差机构的误差机构的误差位置误差位移误差实际机构运动精度与理想机构运动精度之间的 偏差(理想机构不存在)第五节第五节

11、标准化、系列化、通用化标准化、系列化、通用化标准化标准化, ,系列化系列化, ,通用化通用化简称为“三化三化”“三化”是我国现行的一项很重要的技术政策,在机械设计中要认真惯窃执行. 标准化标准化是指将产品(特别是零部件)的质量,规格,性能,结构等方面的技术指标技术指标加以统一规定统一规定并作为标准作为标准来执行。 我国的标准已经形成一个庞大的体系,主要有国家标准国家标准,行业行业标准标准等.为了与国际接轨,我国的某些标准正在迅速向国际标准靠拢.常见的标准代号有GBGB中华人民共和国国家标准中华人民共和国国家标准JB JB 机械工业标准机械工业标准ISO ISO 国际标准化组织标准国际标准化组织标准系列化系列化是指对同一产品同一产品,在同一基本结构或基本条件下同一基本结构或基本条件下规定出若干不同的尺寸系列不同的尺寸系列。通用化通用化是指在不同种类的产品或不同规格的同类产品中