《機械零件設(shè)計概述》PPT課件

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1、第十章機械零件設(shè)計概論第一節(jié)機械零件的工作能力和設(shè)計準(zhǔn)則第二節(jié)機械零件常用材料及其選擇原則第三節(jié)機械的潤滑第四節(jié)機械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化工作能力：在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度。對載荷而言，即為承載能力。失效：機械零件由于某種原因不能正常工作稱為失效。第一節(jié)機械零件的工作能力及計算準(zhǔn)則計算準(zhǔn)則：針對零件的不同失效形式建立的判定零件工作能力的條件，稱為設(shè)計準(zhǔn)則。常用設(shè)計準(zhǔn)則有強度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、耐磨性準(zhǔn)則和振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則等。設(shè)計應(yīng)滿足的要求：既要可靠，又要成本低，避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效。零件常見失效形式有斷裂，表面失效（接觸疲勞、表面壓潰、磨損、膠合），過大的塑性

2、變形，過大的彈性變形，振動失穩(wěn)，打滑和滑移等。一、強度(一)載荷名義載荷：在理想的平穩(wěn)工作條件下，作用在零件上的載荷稱為名義載荷。計算載荷：機器運轉(zhuǎn)時，除名義載荷外，還會受到有各種附加載荷的作用，其影響用載荷系數(shù)k（工況系數(shù)）來估計。載荷系數(shù)（k≥1）與名義載荷的乘積，稱為計算載荷。機械零件的設(shè)計計算是根據(jù)計算載荷進(jìn)行的。強度：零件承受載荷后，抵抗破壞的能力。變載荷：大小和方向隨時間變化的載荷。機械零件的工作能力及計算準(zhǔn)則靜載荷：大小和方向不隨時間變化的載荷。零件受載時，在本體內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力為整體強度問題。整體強度包括拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切等幾種類型。若零件整體強度不足，就會產(chǎn)生

3、斷裂或過大的塑性變形，造成零件失效。設(shè)計時必須滿足的強度條件為：σ≤[σ]、τ≤[τ]（二）整體強度（三）表面強度零件受載時，在傳力接觸表面上產(chǎn)生應(yīng)力為表面強度問題。零件的表面強度包括擠壓強度和接觸強度兩種類型。擠壓強度：通過面接觸傳力時會產(chǎn)生擠壓應(yīng)力σp，它可能使零件表面壓潰破壞，造成失效。設(shè)計時應(yīng)滿足的強度條件為：機械零件的工作能力及計算準(zhǔn)則擠壓破壞首先在強度較弱的材料表面產(chǎn)生，所以式中[σp]值應(yīng)取兩零件中許用擠壓應(yīng)力較小者。接觸強度：兩零件通過點、線接觸（高副）傳遞載荷時，受載后由于彈性變形其接觸區(qū)為一很小面積，表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力很大，稱為接觸應(yīng)力，其最大值用σH表示

4、。這時零件的強度稱為接觸強度。設(shè)計時應(yīng)滿足的強度條件為：σH≤[σH]機械零件的工作能力及計算準(zhǔn)則式中，ρ為綜合曲率半徑，E為綜合彈性模量，對于鋼或鑄鐵，可取泊松比μ1=μ2=0.3，其值為：機械零件的工作能力及計算準(zhǔn)則由彈性力學(xué)的分析可知，當(dāng)兩個軸線平行的圓柱體相互接觸并受壓時，其最大接觸應(yīng)力σH發(fā)生在接觸區(qū)的中線上，其值μ1、μ2為材料的泊松比；E1、E2為材料的彈性模量；許用應(yīng)力是設(shè)計零件時所依據(jù)的條件應(yīng)力，是強度條件的判據(jù)。它取決于應(yīng)力的種類、零件材料的極限應(yīng)力和安全系數(shù)等。合理的許用應(yīng)力可使零件在具有足夠強度的同時輕巧、緊湊和經(jīng)濟。計算法是確定許用應(yīng)力的主要方法。其

5、公式為：σlim為極限正應(yīng)力；機械零件的工作能力及計算準(zhǔn)則（四）許用應(yīng)力τlim為極限剪應(yīng)力；σHlim為接觸疲勞極限應(yīng)力；S為安全系數(shù)；SH為材料的接觸疲勞安全系數(shù)。安全系數(shù)：極限應(yīng)力與許用應(yīng)力的比值稱為安全系數(shù)。機械零件的工作能力及計算準(zhǔn)則S3為考慮零件的重要性系數(shù)，一般取S3=1~1.5。S2為考慮材料機械性能均勻性系數(shù)，對鍛鋼或軋鋼件S2=1.2~1.5；對鑄鐵件取S2=1.5~2.5；S1為考慮載荷及計算應(yīng)力的準(zhǔn)確性系數(shù)，一般取S1=1~1.5；安全系數(shù)可用查表法和部分系數(shù)法確定。部分系數(shù)法也是一種比較常用的方法，一般用于無可靠資料直接確定安全系數(shù)的情況下。總安全系

6、數(shù)是以幾個影響因素系數(shù)的連乘積來確定的。即：S=S1·S2·S3剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。剛度對于某些彈性變形超過一定數(shù)值后，會影響機器工作質(zhì)量的零件尤為重要。二、剛度機械零件的工作能力及計算準(zhǔn)則式中y、φ、θ分別為零件的撓度、扭轉(zhuǎn)角和偏轉(zhuǎn)角；[y]、[φ]、[θ]分別為其對應(yīng)的許用值，其按零件的使用要求來確定。剛度條件：y≤[y]；φ≤[φ]；θ≤[θ]；三、耐磨性實際應(yīng)用中，常用限制壓強p來控制磨損和限制pv值（v為磨擦副相對運動速度）來控制發(fā)熱量，即機械零件的工作能力及計算準(zhǔn)則耐磨性是指作相對運動的零件表面在載荷作用下抵抗磨損的能力。[p]為許用壓強；

7、[pv]為pv的許用值，其值由摩擦副材料確定。耐磨性條件為：p≤[p]，pv≤[pv]四、振動穩(wěn)定性在高速機械中，當(dāng)機械零件的固有頻率與周期性載荷的頻率（機器內(nèi)的激振源頻率）的整數(shù)倍相同或接近時，就會產(chǎn)生共振。共振時振幅急劇增大，這種現(xiàn)象稱為失去振動穩(wěn)定性。零件一但失去振動穩(wěn)定性，將喪失工作能力，甚至斷裂而釀成重大事故。機械零件的工作能力及計算準(zhǔn)則避免共振的措施：消除引起振動的根源，如改變機械零件自身的固有頻率，裝設(shè)消振器，改變外界周期性載荷的頻率或消除外界周期性載荷等。第二節(jié)機械零件常用材料及其選用原