機械零件設計概述

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1、第9章機械零件設計概論§9－1機械零件設計概論§9－2機械零件的強度§9－3機械零件的接觸強度§9－4機械零件的耐磨性§9－5機械制造常用材料及其選擇§9－6公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數(shù)系§9－7機械零件的工藝性及標準化§9－1機械零件設計概論機械設計應滿足的要求：在滿足預期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在預定使用期限內(nèi)安全可靠，操作方便、維修簡單和造型美觀等。機械零件的失效：機械零件曲于某種原因不能正常工作時，稱為失效。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。通常此限度是對載荷而言，

2、所以習慣上又稱為：承載能力。零件的失效形式:斷裂或塑性變形;過大的彈性變形;工作表面的過度磨損或損傷;發(fā)生強烈的振動；聯(lián)接的松弛;摩擦傳動的打滑等。如軸、齒輪、軸瓦、軸頸、螺栓、帶傳動等。機械零件雖然有多種可能的失效形式，歸納起來最主要的為對于各種不同的失效形式，也各有相應的工作能力判定條件強度條件：計算應力<許用應力；機械零件設計的步驟：1)擬定零件的計算簡圖;5)繪制工作圖并標注必要的技術條件。防止失效的判定條件是：計算量<許用量----工作能力計算準則。2)確定作用在零件上的載荷;3)選擇合適的材料;4)根據(jù)零

3、件可能出現(xiàn)的失效形式，選用相應的判定條件，確定零件的形狀;注意，零件尺寸的計算值一般并不是最終采用的數(shù)值，設計者還要根據(jù)制造零件的工藝要求和標誰、規(guī)格加以圓整失效原因:強度、剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性、溫度等原因。剛度條件：變形量<許用變形量；載荷系數(shù)K----考慮各種附加載荷因素的影響。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?！?－2機械零件的強度計算載荷-----載荷系數(shù)與名義載荷的乘積。計算應力-----按計算載荷計算所得之應力：名義應力-----按名義載荷計算所得之應力。強度判定條件：σ、τ

4、[σ]、[τ]-----許用應力S-----安全系數(shù)σlim、τlim-----極限應力，由實驗方法測定。然而在機器運轉(zhuǎn)時，零件還會受到各種附加載荷，通常用引入一、應力的種類otσσ=常數(shù)σmax脈動循環(huán)變應力r=0σm靜應力:σ=常數(shù)變應力:σ隨時間變化平均應力:應力幅:Tσmaxσminσaσaσm循環(huán)變應力otσ變應力的循環(huán)特性:σmaxσminσaσa對稱循環(huán)變應力r=-1otσ----脈動循環(huán)變應力----對稱循環(huán)變應力-1=0+1----靜應力otσσaσaσminr=+1靜應力是變應力的特例二、靜應力下

5、的許用應力靜應力下，零件材料的破壞形式：斷裂或塑性變形塑性材料，取屈服極限σS作為極限應力,許用應力為：脆性材料：取強度極限σB作為極限應力,許用應力為：三、變應力下的許用應力變應力下，零件的損壞形式是疲勞斷裂。疲勞斷裂具有以下特征：1)疲勞斷裂的最大應力遠比靜應力下材料的強度極限低，甚至比屈服極限低;2)疲勞斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂;3)疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結(jié)果。它的初期現(xiàn)象是在零件表面或表層形成微裂紋，這種微裂紋隨著應力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴展，直至余下的未斷裂的截面積不足以承受外載

6、荷時，就突然斷裂。疲勞斷裂不同于一般靜力斷裂，它是損傷到一定程度后，即裂紋擴展到一定程度后，才發(fā)生的突然斷裂。所以疲勞斷裂是與應力循環(huán)次數(shù)(即使用期限或壽命)有關的斷裂。不管脆性材料或塑性材料，1、疲勞曲線NOσσ-1N0σ-1NN由圖可知：應力越小，試件能經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)就越多。試驗表明，當N>N0以后，曲線趨于水平，可認為在無限次循環(huán)時試件將不會斷裂。應力σ與應力循環(huán)次數(shù)N之間的關系曲線稱為：疲勞曲線當N>N0時,試件將不會斷裂。N0----循環(huán)基數(shù)N0對應的應力稱為：當N

7、限：疲勞極限用σ-1表示材料在對稱循環(huán)應力下的彎曲疲勞極限。2、許用應力在變應力，應取材料的疲勞極限作為極限應力。同時還應考慮零件的切口和溝槽等截面突變、絕對尺寸和表面狀態(tài)等影晌，為此引人應力集中系數(shù)kσ、尺寸系數(shù)εσ和表面狀態(tài)系數(shù)β等。當應力是對稱循環(huán)變化時，許用應力為：當應力是脈動循環(huán)變化時，許用應力為：σ0為材料的脈動循環(huán)疲勞極限，S為安全系數(shù)。以上各系數(shù)均可機械設計手冊中查得。以上所述為“無限壽命”，有限壽命時，用σ-1N代入得：四、安全系數(shù)安全系數(shù)定得正確與否對零件尺寸有很大影響1）靜應力下，塑性材料的零件

8、：S=1.2～１.5鑄鋼件：S=1.５～２.5S↑典型機械的S可通過查表求得。無表可查時，按以下原則?。骸慵叽绱?，結(jié)構(gòu)笨重。S↓→可能不安全。２）靜應力下，脆性材料，如高強度鋼或鑄鐵：S=3～43）變應力下，S=1.3～1.7材料不均勻，或計算不準時?。篠=1.7～2.5例9-3一對齒輪做單向傳動，輪齒的彎曲應力可看成那類循環(huán)便應力？肉主動