《机械设计基础 第4版》 课件 5机械零件设计概论

学习指导

第五章机械零件设计概论

一、主要内容1、机械零件的强度及设计准则；2、机械零件的常用材料及其选择；3、机械零件的结构工艺性和标准化。二、重点与难点1、机械零件的失效形式及设计准则；2、机械零件的常用材料及其选择；4、机械零件的结构工艺性。3、机械零件的常用热处理方式；机械设计应满足的要求是：在满足预期使用功能的前提下，应性能好、效率高、成本低，在预定使用期内安全可靠，操作方便，维修简单和造型美观。本章主要介绍机械零件的强度及设计准则、常用材料及其选择及机械零件的结构工艺性和标准化。一、机械零件的主要失效形式

第一节机械零件的强度及设计准则

失效：

当机械零件由于某种原因而丧失正常工作能力。失效形式：断裂、塑性变形、过大的弹性变形、表面失效(如磨损、疲劳点蚀、胶合、塑性流动、压溃和腐蚀)等，以及正常条件下引起的失效，如带传动中的打滑、受压杆件的失稳等。工作能力：零件不发生失效时的安全工作限度。

二、机械零件的设计准则

设计计算准则——设计机械零件时，保证零件不产生失效所依据的基本准则。1.强度准则2.刚度准则在载荷作用下,零件抵抗弹性变形的能力。在载荷作用下,零件抵抗破坏的能力。y—按各种求变形量的理论或实验方法来确定的弹性变形量。≤≤≤3.寿命准则影响零件寿命的主要因素是腐蚀、磨损和疲劳。

4.振动稳定性准则5.可靠性准则可靠性是指系统或零件在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的程度。可靠性通常用可靠度Rt来度量，它是指系统或零件在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。

一、常用材料1、材料的分类和应用见表5-12、金属材料的力学性能1)强度是指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。屈服点和抗拉强度是表征强度的主要指标。第二节机械零件的常用材料及其选择

2)刚度是指材料抵抗弹性变形的能力。弹性模量E是表征强度的主要指标。3)塑性是指在外力作用下金属产生塑性变形而不产生断裂的能力。（1）伸长率试件拉断后单位长度内产生残余伸长的百分数。（2）收缩率试件拉断后截面面积相对收缩的百分数。伸长率和收缩率是表征塑性的主要指标。4)硬度是指材料抵抗压入物压陷的能力，也可说是材料对局部塑性变形的抵抗能力。工程上常用洛氏硬度和布氏硬度来表示材料的硬度值。（1）韧性在冲击载荷作用下,金属材料抵抗破坏的能力。（2）疲劳强度金属材料受到交变载荷作用时，会产生交变应力，即使其应力未超过，当应力循环次数增加到某一数值N后，材料也会产生断裂，这种现象叫做金属的疲劳。5)韧性和疲劳强度3、钢的热处理热处理是将钢在固态范围内施以不同形式的加热、保温和冷却，从而改变(或改善)其组织结构以达到预期性能的操作工艺。1)退火将钢件加热到临界温度以上，经保温一段时间后随热处理炉缓慢冷却(或埋入砂中和石灰石中冷却)至以下，然后在空气中冷却。降低钢的硬度，改善切削性能，细化钢的晶粒，减少组织的不均匀性，消除工件在锻造、铸造过程中出现的内应力。2)正火将钢件加热到临界温度以上，保温一段时间后从炉中取出在空气中冷却。3)淬火和回火淬火将钢件加热到临界温度以上，保温一段时间，在水、盐水或油中急速冷却。回火将淬火后的工件加热到临界温度以下,保温一段时间后在空气、水或油中冷却。淬火的目的是为了提高钢的硬度和强度。回火后硬度、强度略有降低，但消除了内应力和脆性。淬火和高温回火结合在一起的热处理叫做调质处理。

4)表面淬火使工件表面获得高硬度和耐磨性，而内部仍保持足够的塑性和韧性。其方法是利用火焰或高频感应电流迅速加热表面，然后立即淬火，此时热量未能传到工件内部，故淬火只在表面层进行。5)表面化学热处理化学热处理是将钢件放在某种化学介质中，通过加热、保温、冷却的方法使介质中的某些元素渗入钢件表面，改变了表面层的化学成分，从而使其表面具有与内部不同的特殊性能。（1）渗碳；（2）渗氮；（3）液体碳氮共渗。1.使用要求二、材料的选择2.工艺要求3.经济要求零件应满足环境条件、工作温度、磨损的程度、载荷与应力的性质及大小、零件的重要性等要求。互焊接，则其材料应有良好的铸造性能或焊接性能，在结构上也要适应铸造或焊接的要求。材料的经济性主要表现在材料的相对价格、加工费用和使用维护费等几个方面。在满足使用要求的前提下，应尽量选用价格较低的材料。一、机械零件的结构工艺性1.选择合理的毛坯；标准化带来的优越性表现为：第三节机械零件的结构工艺性和标准化

2.结构要简单，便于加工；3.便于安装、维修。二、机械零件设计中的标准化3.采用了标准结构及零、部件，可以简化设计工作，缩短设计周期，有利于设计者把经历用在关键零、部件的设计上，从而提