湖理工机械设计基础课件09机械零件设计概论

第九章机械零件设计概要§9-1机械零件设计概要

辅助系统、例如润滑、显示、照明等

原动机

传动部分

执行部分

控制部分一、机器的组成二、设计机器的一般程序（一）计划阶段（二）方案设计阶段（三）技术设计阶段（四）技术文件编制阶段三、

机械零件的主要失效形式（一）整体断裂（二）过大的残余变形（三）零件的表面破坏：疲劳，磨损（四）破坏正常工作条件引起的失效机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为工作能力，如果是载荷限度则称为承载能力。当周期性干扰力频率与轴的自振频率相等或接近时，就要发生共振。机械零件虽然有多种可能的失效形式，但归纳起来最主要的为强度、刚度、耐磨性、振动稳定性和温度等几个方面的问题。四、

设计机械零件时满足的基本要求（一）避免在预定寿命期内失效的要求（二）结构工艺性要求（三）经济性要求（四）质量小的要求（五）可靠性要求五、

机械零件的计算准则（一）强度准则：应力

许用应力（二）刚度准则：变形量

许用变形量（三）寿命准则（四）振动稳定性准则（五）可靠性准则计算量

许用量六、

机械零件的设计方法（一）理论设计（二）经验设计（三）模型实验设计七、

机械零件设计的一般步骤1）选择零件的类型和步骤2）计算作用在零件上的载荷3）选择适当的材料4）失效准则

计算准则

确定基本尺寸5）结构设计6）校核计算7）计算说明书

强度准则是设计机械零件的最基本准则§9-2机械零件的强度在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷称为名义载荷。机械在运转时，还会受到各种附加载荷，用引入载荷系数K（有时只考虑工作情况的影响，则用工作情况系数KA）来估计这些因素的影响。

载荷系数与名义载荷的乘积称为计算应力。机械零件材料的抗疲劳性能是通过试验决定的一、应力的种类静应力：不随时间变化的应力；图9-1a

t图9-1a)变应力：随时间变化的力；图9-2b

图9-1b)t循环变应力：具有周期性的变应力，

max

min

m当r=-1时，称为对称循环变应力（图C）,当r=0时，称为脉动循环变应力（图d).图9-1c)

tt图9-1d)

t二、静应力下的许用应力三、变应力下的许用应力变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。疲劳断裂具有以下特征：1）疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低；2）不管脆性材料或塑性材料，其疲劳断口均表现为无明显塑性变形的突然断裂；3）疲劳断裂是损伤的积累，它的初期现象是在零件表面或表层形成微裂纹，微裂纹扩展到一定程度突然断裂。1。疲劳曲线

由材料力学知，表示应力

和应力循环次数N之间的关系曲线称疲劳曲线。双对数坐标上的疲劳曲线

tONN0

-1

-1N0称为循环基数；对应于N0的应力称为材料的疲劳极限；通常用

-1表示对称循环应力的弯曲疲劳极限。图9-2返回2、许用应力四、安全系数1.静应力下，对于塑性材料，S=1.2~1.5;对于塑性较差如铸铁材料S=1.5~2.5;2.静应力下,脆性材料以强度极限为极限应力,S=3~4.3.变应力下,以疲劳极限作为极限应力,S=1.3~1.7;若材料不均匀则取S=1.7~2.5.总安全系数:S=S1S2S3...§9-3机械零件的接触强度如上节所述,通常零件受载时是在较大的体积内产生应力,这种应力状态下的零件强度称为整体强度.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,通常此面积甚小而表层产生的局部应力却很大,这种应力称接触应力;这时零件强度称为接触强度.

机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的,在载荷重复作用下,首先表层内约20

m处产生初始疲劳裂纹,然后裂纹扩展,使表层金属呈小片状剥落,在零件表面上形成一些小坑,这种现象称疲劳点蚀.如图9-7示。疲劳点蚀是齿轮、滚动轴承等零件失效的主要形式。图3－15示，两平行圆柱体外接触和内接触受力后的轴向投影图。公式(9-9)式中:F－作用于接触面上的总压力

B－初始接触线长度

ρ1和ρ2－分别为零件1和零件2初始接触线处的曲

率半径,ρ

为综合曲率半径。

本书仅涉及线接触情况的接触应力计算：μ1和μ2－分别为零件1和零件2材料的泊松比，对于钢、铁取

1=

2=0.3E1和E2－分别为零件1和零件2材料的弹性模量。§9-4机械零件的耐磨性运动副中,摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损.零件抗磨损的能力称为耐磨性.磨损的主要类型:1.磨粒磨损:硬质颗粒或摩擦表面上硬凸峰在摩擦过程中引起的材料脱落现象.2.粘着磨损(胶合磨损):两表面接触处发生粘着,滑动时接触表面材料由一个转移到另一个表面的现象.3.疲劳磨损(疲劳点蚀):4.腐蚀磨损:在磨擦过程中,与周围介质发生化学反应或电化学的磨损.

§9-5机械制造常用材料及其选用选择机械零件材料原则:1。载荷及应力的大小、性质及其分布2。零件的工作情况3。零件的尺寸及质量4。零件结构的复杂程度及材料的加工可靠性5。材料的经济性一、金属材料1。铸铁2。钢按用途分：结构钢、工具钢和量钢碳素结构钢、合金结构钢、铸钢3。铜合金二、非金属材料1。橡胶2。塑料§9-6公差与配合、表面粗糙度和优先系数n=5、10、20、4