第9章机械零件设计概论

第九章机械零件设计概论§9-1

概述本课—机械原理＋机械设计机械原理：机器、机构的组成、机构自由度计算常用机构。机械设计：常用通用机械零件的设计方法。机器或机构的设计零件→构件→机构→机器→机械§

9－2机械零件的失效形式及设计准则一、失效失效－机械零件不能正常工作失效形式：断裂、塑性变形；过大的弹性变形；磨损、疲劳点蚀、胶合、压溃和腐蚀等断裂断裂磨损磨损压溃点蚀点蚀保证零件不产生失效所依据的设计准则零件工作能力准则：强度、刚度、耐磨性、耐热性、振动稳定性等二、零件工作能力准则1、强度(1)、载荷：皮带运输机静载荷staticload皮带运输机离心水泵恒压容器变载荷—石油钻杆、抽油杆、井架、汽车底盘等As

=

F拉杆静应力FF（2）应力

MPa

=N/mm2静应力—应力不变变应力—应力随时间变化tσ最小应力σmin平均应力σm最大应力σmaxF静载荷→产生静应力变载荷→产生变应力静载荷→变应力？例：转轴中弯曲应力应力循环特性rs

maxr

=

s

mintσ最小应力σmin平均应力σm最大应力σmax对称循环r=-1,脉动循环 r=

0任意循环s[s

]=

s

lim[t]=

tlimsS—安全系数（3）、强度—零件抵抗破坏的能力（A）静强度—静应力工作条件极限应力s

£

[s

]t

£

[t][σ][τ]—许用应力s

lim

tlim极限应力σ

lim塑性材料：σ

lim

=σ

s

屈服极限脆性材料：

σ

lim

=σ

B

强度极限（B

）疲劳强度—变应力条件下疲劳曲线：循环次数N，疲劳断裂时变应力σ

maxrN有限寿命区：疲劳极限σ无限寿命区：疲劳极限σrσr—材料经过

N0次应力循环，发生破坏的应力值。N0—循环基数 N0=106—107图9-5

疲劳曲线疲劳强度s

£

[s

r

]k

Ss[s-1]=

es

bs

-1k

Srrsse

bs[s

]=对称循环2、刚度—零件抵抗变形的能力挠度

y

≤

[y]偏转角θ≤[θ]yθ3、耐磨性4、振动稳定性—避免出现共振5、耐热性—高温下材料性能将有所变化，特别是承载能力将会降低。p

£[

p]

pv

£[

pv]三、机械零件设计步骤拟定计算简图确定零件工作载荷大小选材按零件工作能力准则设计零件主要尺寸绘制零件图编制技术文件§9-3

常用材料一、金属材料1、黑色金属—铁碳合金钢—含碳量小于2%铸铁—含碳量大于2%机械性能—总体上，含碳量越大材料强度硬度提高、塑性下降。1）钢：具有较高的强度、韧性、和塑性用途分：①结构钢—制造各种机械零件、工程构件②工具钢—制造各种刃具、模具、量具③特殊钢—不锈钢、耐热钢、耐酸钢。①碳素钢—含碳量不超过0.7%普通碳素钢—Q235（A3钢)等优质碳素钢—45等②合金钢—钢中添加合金元素。20Cr

40Cr

35CrMo

40CrNiMo

等,例如：钻具，采用40CrNiMo制造。从化学成分分：③铸钢—ZG230-450（屈服强度—抗拉强度）2)铸铁—脆性材料，价格便宜。灰口铸铁HT150(抗拉强度150MPa

）球墨铸铁QT500-7（抗拉强度500MPa，拉伸率7%）2、有色金属合金—减摩、耐腐蚀作用。黄铜=铜＋锌—具有较好的塑性，可制造散热器、油管、垫片、螺钉等青铜=铜＋非锌合金（锡Sn,铅Pb,铝Al）—减摩性好、抗腐蚀性好轴承合金（巴氏合金）—制造滑动轴承衬二、非金属材料橡胶—弹性好，吸振、密封等

塑料—易于制造形状复杂零件。塑料齿轮、全塑料汽车。石棉、纸板等三、热处理1、热处理—钢材加热、保温、冷却，改变金属性能。2、热处理类型退火—随炉冷却—消除锻造、焊接内应力。正火—空气冷却，硬度强度提高，消除内应力方面不如退火。淬火—水冷或油冷，硬度强度提高，脆性增加、存在较大内应力回火—淬火后又加热冷却，消除内应力和脆性。仍保持较高硬度、强度。调质＝淬火＋高温回火强度、硬度、塑性、韧性都较好的综合力学性能。表面淬火（火焰加热、感应电流加热）渗碳—低碳钢表面渗入碳元素—耐磨渗氮—钢材表面渗入氮碳元素—耐磨氰化—碳氮共渗—耐磨四、如何选材1、满足强度、刚度等要求。强度首要

刚度要求：刚度与弹性模量E有关,各钢材E基本相同热处理能否改变钢材刚度？2、工艺性—铸件适合外形复杂、批量生产，塑性差的材料不能冲压、锻打。3、经济性—受载小的铸件可用铸铁，受载大的铸件可用铸钢。单件箱体适合焊接。批量生产适合铸造。齿轮单件生产适合仿形法，批量生产适合范成法。§6-4

工艺性与标准化一、工艺性定义：零件的结构既能满足使用要求，又能在具体的生产条件下制造和装配耗时、费用最少，这种结构就是符合工艺性要求的。1、毛坯选择—铸件、型材、冲压、焊接2、结构尽量简单，机床加工尽量方便、省时3、精度、粗糙度合理4、便于安装维修二、标准化意义：制造上，专业化大量生产，降低成本。设计上，快速便捷。管理上，减少类型、便于更换。标准等级：国家标准GB、行业标准、地方标准