东北大学机械设计课件第1章机械设计的基础知识

第一章机械设计的基础知识第一节概述第十节机械零件的工艺性和设计的标准化第九节机械零件的材料及选用原那么第八节双向变应力下机械零件的疲劳强度计算第七节规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算第六节非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算第五节对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算第四节静应力下机械零件的强度计算第三节机械零件的主要失效形式及计算准那么第二节机械零件设计的一般步骤

本章目录上一页下一页退出总目录1-电动机2-V带传动3-齿轮传动4-联轴器5-卷筒6-运输胶带7-控制系统胶带运输机举例机械:第一节概述原动机传动机工作机控制器机械零件：制造单元构件：运动单元通用零件专用零件第一节概述零件与构件举例一、机械设计的一般程序制定设计工作方案方案设计技术设计施工设计试制、试验、鉴定定型产品设计第一节概述二、机器应满足的根本要求〔设计阶段〕1.具有预定功能的要求2.经济性要求3.平安性要求4.可靠性要求5.操作使用方便的要求第一节概述三、本课程的内容、性质和任务内容:机械设计的根底知识联接零件设计：螺纹联接、轴毂联接轴系零部零件设计：轴、滚动轴承、滑动轴承、联轴器、离合器

其它零部件设计：弹簧机械设计新方法传动零件设计：带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动、摩擦传动第一节概述本课程的性质:专业技术根底课本课程的任务:使学生掌握机械设计的根本知识、根本理论和根本技能第一节概述第二节机械零件设计的一般步骤类型选择受力分析选择材料确定计算准那么理论设计计算结构设计精确校核绘制零件工作图编写设计计算说明书‘第三节机械零件的主要失效形式及计算准那么1.整体断裂2.外表破坏3.变形量过大4.功能失效一、机械零件的主要失效形式二、机械零件的计算准那么1.强度准那么2.刚度准那么3.寿命准那么4.耐磨性准那么5.振动稳定性准那么第三节机械零件的主要失效形式及计算准那么第三节机械零件的主要失效形式及计算准那么1.强度准那么第三节机械零件的主要失效形式及计算准那么2.刚度准那么第三节机械零件的主要失效形式及计算准那么3.寿命准那么疲劳寿命计算腐蚀和磨损第三节机械零件的主要失效形式及计算准那么4.耐磨性准那么第三节机械零件的主要失效形式及计算准那么5.振动稳定性准那么1.提高零件制造精度；2.提高回转件动平衡精度；3.增加阻尼系统；4.提高材料或结构的衰减系数；5.采用减振、隔振装置等都可改善零件的振动稳定性。第四节静应力下机械零件的强度计算一、载荷及应力的分类1.载荷的分类①静载荷与变载荷②名义载荷与计算载荷名义载荷原动机传动机工作机额定功率在理想工作条件工作阻力力学公式名义载荷P、M、T、F第四节静应力机械零件的强度计算计算载荷第四节静应力机械零件的强度计算2.应力的分类应力静应力不随时间变化或缓慢变化变应力稳定变应力非稳定变应力有规律非稳定变应力无规律非稳定变应力第四节静应力机械零件的强度计算对称循环脉动循环非对称循环tσo不随时间变化或缓慢变化。σmax=σmin=σmσa=0静应力:第四节静应力机械零件的强度计算σt0稳定变应力第四节静应力机械零件的强度计算σmaxσmσminσa稳定变应力脉动循环r=0对称循环r=－1非对称循环－1<r<1σm=σa=σmax/2,σmin=0σmax=σa=－σmin,σm=0σmax=σm+σaσmin=σm－σaσt0σt0σt0第四节静应力机械零件的强度计算非稳定变应力有规律非稳定变应力无规律非稳定变应力σotσot周期第四节静应力机械零件的强度计算二、静应力下机械零件的强度判据第四节静应力机械零件的强度计算三、极限应力塑性材料：脆性材料：第四节静应力机械零件的强度计算四、计算应力复杂应力——按强度理论计算常用到第一、三、四强度理论单向应力〔拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转〕——危险剖面上的最大应力为计算应力第四节静应力机械零件的强度计算五、许用平安系数与许用应力原那么：不同的机器制造部门，常制定有自己的许用平安系数或许用应力标准。在保证机器平安可靠的前提下,尽可能减小许用平安系数或提高许用应力。第四节静应力机械零件的强度计算无标准可循时，可参照表1-3塑性材料脆性材料σs/σB0.45~0.550.55~0.70.7~0.9铸件[S]1.2~1.51.4~1.81.7~2.21.6~2.53~4说明如载荷和应力的计算不十分准确时,[S]值加大20%~50%计算不十分准确时.[S]值加大50%~100%五、许用平安系数与许用应力第四节静应力机械零件的强度计算影响许用平安系数的因素：1.载荷和应力计算的准确性；2.材料机械性能数据的可靠性；3.零件的重要性等五、许用平安系数与许用应力第四节静应力机械零件的强度计算第五节对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算一、疲劳曲线及疲劳极限疲劳断裂的三个阶段：1.形成初始裂纹2.裂纹扩展3.瞬断疲劳断口疲劳破坏的特点：1.循环应力屡次反复作用下产生；2.无宏观的、明显的塑性变形迹象；4.对材料的组成、零件的形状、尺寸、外表状态、使用条件非常敏感。3.循环应力远小于材料的静强度极限；第五节对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算有限寿命区无限寿命区ABCσ－1疲劳曲线〔HB≤350〕〔HB>350〕第五节对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算注意:2.N>N0KN=1；1.m由疲劳曲线决定。一般设计中，钢制零件受弯曲应力，m=9;3.N0<103按静应力问题处理;4.近似的疲劳曲线.第五节对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算o103107Nσ－10.5σB0.9σB近似的疲劳曲线第五节对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算二、影响零件疲劳强度的因素1.应力集中2.绝对尺寸3.外表状态第五节对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算σ－1(103)cσ－1cA有限寿命区无限寿命区BCσ－1σ－1（103）103三

对

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计

算第五节对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算无限寿命设计——B/C/段第五节对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算三

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算第五节对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算三

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算有限寿命设计——A/B/段第五节对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算三

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算第五节对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算有限寿命疲劳强度条件为：第六节非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算

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0/2疲劳极限线图

sDECA45°45°O

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0/2第六节非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算材料的谢林森折线图第六节非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算直线AE的方程为：直线DE的方程为：OA/C/E/D第六节非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算零件的简化疲劳极限线图二非对称循环应力下疲劳强度计算第六节非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算

sDE/C/A/45°O

a

-1M2M1M12加载方式

m

aE/N1M1(/rm,

/ra)A/DMNC(m,

a)OθθP第六节非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算OM1的直线方程为第六节非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算零件无限寿命疲劳强度计算第六节非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算射线与DE/相交射线与A/E/相交射线交点在E/附近第六节非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算等效应力：就是将非对称循环变应力从强度相等的角度等效折算成对称循环变应力。

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aE/N1M1(/rm,

/ra)A/DMNC(m,

a)OθθP第六节非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算等效的工作应力

第六节非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算零件有限寿命疲劳强度计算第七节规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算线性疲劳损伤积累理论

当材料承受高于疲劳极限的应力时，每一循环都使材料产生一定量的损伤，而这种损伤是可以积累的，当损伤积累到临界值时即发生疲劳破坏。Miner理论材料在各个应力下的疲劳损伤是独立进行的，并且总损伤可以线性地累加起来。第七节规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算规律性非稳定变应力与σ-N曲线第七节规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算Miner方程

小于σ-1的应力可认为对材料不起损伤作用，故计算时可不考虑；当大于σ-1的各级应力对材料的寿命损伤率之和等于1时，材料即发生疲劳破坏。第七节规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算规律性非稳定应力下的疲劳强度计算代入Miner方程第七节规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算如果材料没到达破坏任选一应力水平为基准,如选第七节规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算疲劳强度条件为：对于零件，有关疲劳强度计算公式均适用，只是等效应力由前面的公式确定，σ-1用σ-1c代替，材料常数m用第八节双向变应力下机械零件的疲劳强度计算双向应力ABOM/MB/A/第八节双向变应力下机械零件的疲劳强度计算零件的计算平安系数为根据式1-21第八节双向变应力下机械零件的疲劳强度计算疲劳强度条件为第九节机械零件的材料及选用原那么1使用要求2工艺要求3经济性要求机械零件的材料：主要有钢、铸铁、铜合金，其次是非金属材料〔如高分子材料、陶瓷材料、复合材料等〕，其中最常用的是钢。选用原那么：第十节机械零件的工艺性和设计的标准化1.造型简单合理结构和形状越复杂，制造、装配和维修越困难，本钱也越高。在满足使用要求的情况下，几何形状应尽量简单，最好为平面或圆柱面。2.合理选择毛坯种类零件毛坯可用铸造、锻造、轧制、焊接等方法制造。如大件、结构复杂且批量生产，宜采用铸件。3.铸件结构的工艺性设计中壁厚要均匀，过渡要平缓，以防止产生缩孔及裂纹；

应有适当的结构斜度及拔模斜度以便于取模，保证铸件质量；铸件各个面的交界处应采用圆角结构；为了加强刚度，在受力点处常采用加强肋。第十节机械零件的工艺性和设计的标准化第十节机械零件