第九章--机械零件设计概论ppt课件.ppt
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1、Northwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物机械设计基础机械设计基础第一节第一节 机械零件设计概述机械零件设计概述第二节第二节 机械零件的强度机械零件的强度 第三节第三节 机械零件的接触强度机械零件的接触强度第四节第四节 机械零件的耐磨性机械零件的耐磨性第五节第五节 机械制造常用材料及其选择机械制造常用材料及其选择第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论第六节第六节 极限与配合、表面粗糙度和优先数极限与配合、表面粗糙度和优先数第七节第七节 机械零件的
2、工艺性及标准化机械零件的工艺性及标准化Northwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论 前面前面8章主要讲述了常用机构和机器动力学的基章主要讲述了常用机构和机器动力学的基本知识,即机械原理部分。从本章开始主要讲述常本知识,即机械原理部分。从本章开始主要讲述常用连接、机械传动、轴系零部件和弹簧即通用机械用连接、机械传动、轴系零部件和弹簧即通用机械零件的设计问题。具体内容包括:零件的设计问题。具体内容包括: 1) 怎样
3、合理确定零件的形状和尺寸;怎样合理确定零件的形状和尺寸; 2) 怎样适当选择零件的材料;怎样适当选择零件的材料; 3) 怎样使零件具有良好的工艺性等。怎样使零件具有良好的工艺性等。第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论Northwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第一节第一节 机械零件设计概论机械零件设计概论 一、机械设计应满足的要求:一、机械设计应满足的要求: 在满足预期功能的前提下,性能好、效率高、在满足预期功能的前提下,性能好、效率高、成本低;
4、在预定使用期限内安全可靠,操作方便、成本低;在预定使用期限内安全可靠,操作方便、维修简单和造型美观等。维修简单和造型美观等。 概括地说是:工作可靠、成本低廉。概括地说是:工作可靠、成本低廉。 二、名词术语:二、名词术语: 1.失效:失效: 机械零件由于某种原因不能正常工作(完机械零件由于某种原因不能正常工作(完不成规定的功能或达不到设计要求的性能)时,称不成规定的功能或达不到设计要求的性能)时,称为失效。为失效。第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论Northwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到
5、愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第一节第一节 机械零件设计概论机械零件设计概论第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论2. 失效的形式:失效的形式:因因强度强度不够发生不够发生断裂或塑性变形断裂或塑性变形;因因刚度刚度不够而产生过大的不够而产生过大的弹性变形弹性变形;因因耐磨性耐磨性不足或不足或润滑润滑不良而使工作表面过度不良而使工作表面过度磨损或损伤磨损或损伤;或因或因长细比(也称柔度)过大长细比(也称柔度)过大稳定性不足而发生稳定性不足而发生失稳失稳;因失去因失去振动稳定性振动稳定性而发生强烈的而发生强烈的振动(或共振)、联接的振动(或共振)、联接的松弛、摩擦传动的打滑
6、松弛、摩擦传动的打滑等。等。归纳起来最主要的为强度、刚度、耐磨性、稳定性和温度归纳起来最主要的为强度、刚度、耐磨性、稳定性和温度的影响等几个方面的问题。的影响等几个方面的问题。同一种零件可能的失效形式往往有若干种。同一种零件可能的失效形式往往有若干种。Northwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第一节第一节 机械零件设计概论机械零件设计概论第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论齿轮轮齿断裂齿轮轮齿断裂齿轮键槽断裂齿轮键槽断裂Northwest A&
7、F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第一节第一节 机械零件设计概论机械零件设计概论第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论 3.工作能力:工作能力:在不发生失效的条件下,零件所能安全工作的限度在不发生失效的条件下,零件所能安全工作的限度(或者说在一定条件下零件抵抗失效的能力)。通常,用载荷(或者说在一定条件下零件抵抗失效的能力)。通常,用载荷大小来衡量这个限度,所以习惯上称为大小来衡量这个限度,所以习惯上称为承载能力承载能力。 4.工作能力计算准则:工作能力计算准则
8、:为防止机械零件发生某种失效而应满足的为防止机械零件发生某种失效而应满足的条件。也可以理解为是机械零件不发生失效的条件。也可以理解为是机械零件不发生失效的“安全条件安全条件”,是设计零件时的理论依据。是设计零件时的理论依据。强度条件:计算应力许用应力; 计算量计算量许用量许用量刚度条件:变形量许用变形量;Northwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第一节第一节 机械零件设计概论机械零件设计概论第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论 5.设计计算与校
9、核计算:设计计算与校核计算:为了防止机械零件在工作中产生失为了防止机械零件在工作中产生失效,设计时,需要以零件的工作能力计算准则为依据进行效,设计时,需要以零件的工作能力计算准则为依据进行必要的计算,常用的计算方法(过程)有必要的计算,常用的计算方法(过程)有设计计算设计计算和和校核校核计算计算两种。两种。 设计计算:设计计算:先分析零件的可能失效形式,根据该失效形式先分析零件的可能失效形式,根据该失效形式的计算准则通过计算确定零件的结构尺寸。的计算准则通过计算确定零件的结构尺寸。 校核计算:校核计算:先确定零件的结构尺寸,然后再验算零件是否先确定零件的结构尺寸,然后再验算零件是否满足计算准则
10、。如不满足,则应修改零件的尺寸。满足计算准则。如不满足,则应修改零件的尺寸。Northwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第一节第一节 机械零件设计概论机械零件设计概论第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论三、机械零件的设计步骤三、机械零件的设计步骤 1.拟定零件的计算简图。拟定零件的计算简图。 2.确定作用在零件上的载荷。确定作用在零件上的载荷。 3.选择合适的材料。选择合适的材料。 4.根据零件可能出现的失效形式,选用相应的判定条件,确根据零件可
11、能出现的失效形式,选用相应的判定条件,确定零件的形状和主要尺寸。定零件的形状和主要尺寸。 应当注意,应当注意,零件尺寸的计算值一般并不是最终采用的数零件尺寸的计算值一般并不是最终采用的数值,设计者还要根据制造零件的工艺要求和标准、规格加值,设计者还要根据制造零件的工艺要求和标准、规格加以圆整。以圆整。 5.绘制工作图并标注必要的技术条件。绘制工作图并标注必要的技术条件。Northwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第二节第二节 机械零件的强度机械零件的强度第
12、九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论 一、载荷一、载荷 1.载荷:载荷:进行强度计算所依据的、作用于零件上的外力进行强度计算所依据的、作用于零件上的外力F、弯矩、弯矩M、扭矩、扭矩T以及冲击能量等,统称为载荷以及冲击能量等,统称为载荷。 2.机械零件实际承受的载荷:机械零件实际承受的载荷:静载荷:静载荷:大小、作用位置和方向不随时间变化或变化大小、作用位置和方向不随时间变化或变化 缓慢的载荷。缓慢的载荷。变载荷:变载荷:大小、作用位置或方向随时间变化的载荷。大小、作用位置或方向随时间变化的载荷。动载荷:动载荷:由运动产生的惯性力和冲击等引起的载荷。由运动产生的惯性力和冲击等引起的载荷。
13、Northwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第二节第二节 机械零件的强度机械零件的强度第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论 3. 3.机械设计计算中的载荷:机械设计计算中的载荷: 名义载荷:名义载荷:在理想的平稳工作条件下作用在零件上在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷(不考虑动载荷的影响)的载荷(不考虑动载荷的影响) 载荷系数:载荷系数:考虑机器运转时动力参数的不稳定,工考虑机器运转时动力参数的不稳定,工作阻力变化等原因,使零件受到各种附加
14、载荷而引作阻力变化等原因,使零件受到各种附加载荷而引入的影响系数入的影响系数K K 。 计算载荷:计算载荷:载荷系数载荷系数K K名义载荷名义载荷 (代表机器或零件实际所受载荷)(代表机器或零件实际所受载荷)Northwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第二节第二节 机械零件的强度机械零件的强度第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论二、应力二、应力 1.设计计算的应力:设计计算的应力: 名义应力:名义应力:根据名义载荷求得的应力根据名义载荷求得的应力
15、 计算应力:计算应力:根据计算载荷求得的应力根据计算载荷求得的应力 2.机械零件的实际应力:机械零件的实际应力: 静应力静应力不随时间变化的应力。不随时间变化的应力。 变应力变应力随时间变化的应力。随时间变化的应力。 非周期性变应力:非周期性变应力:应力的变化没有周期性。应力的变化没有周期性。 循环变应力:应力的变化具有周期性。循环变应力:应力的变化具有周期性。ttTNorthwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第二节第二节 机械零件的强度机械零件的强度第九
16、章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论3. 循环变应力的衡量指标:循环变应力的衡量指标: 平均应力平均应力m:一个应力循环中最大应力与最小应力的平均值。一个应力循环中最大应力与最小应力的平均值。 应力幅应力幅a :一个应力循环中,应力偏离平均应力的程度。一个应力循环中,应力偏离平均应力的程度。 变应力循环特性变应力循环特性r:应力循环中最小应力与最大应力之比。应力循环中最小应力与最大应力之比。Ttmaxminmamax2minmmax2minam a xm i nrNorthwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?
17、但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第二节第二节 机械零件的强度机械零件的强度第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论 4. 循环变应力的类型:循环变应力的类型: 对称循环变应力:对称循环变应力:r-1。 脉动循环变应力脉动循环变应力:r0。 静应力:静应力:r1,可看作是变应力的特例。,可看作是变应力的特例。 非对称循环变应力:非对称循环变应力:r0、1对称循环变应力对称循环变应力脉动循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力非对称循环变应力应力应力时间时间应力应力时间时间应力应力时间时间Northwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐
18、怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物t naFaFaFFnat AFa第二节第二节 机械零件的强度机械零件的强度第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论Northwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第二节第二节 机械零件的强度机械零件的强度第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论三、机械零件的强度条件:三、机械零件的强度条件:1.机械零件在整体或表面上的应力不得超过允许的限度。
19、前者机械零件在整体或表面上的应力不得超过允许的限度。前者称为称为整体强度整体强度,后者称为,后者称为表面接触强度表面接触强度。2.机械零件整体强度条件为零件危险截面的计算应力不大于零机械零件整体强度条件为零件危险截面的计算应力不大于零件材料的许用应力:件材料的许用应力:四、静应力条件下的许用应力四、静应力条件下的许用应力 塑性材料制成的零件,塑性材料制成的零件,主要损坏形式为主要损坏形式为塑性变形塑性变形,按不发,按不发生塑性变形条件进行强度计算,其极限应力为零件材料的生塑性变形条件进行强度计算,其极限应力为零件材料的屈服极限,许用应力:屈服极限,许用应力: SSSlimNorthwest A
20、&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第二节第二节 机械零件的强度机械零件的强度第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论 S为安全系数为安全系数。零件发生塑性变形后,会影响零件的正常。零件发生塑性变形后,会影响零件的正常工作,但不会引起重大事故,所以安全系数取值可小些;工作,但不会引起重大事故,所以安全系数取值可小些;对于塑性较差或铸钢,按相关安全系数表格选取。对于塑性较差或铸钢,按相关安全系数表格选取。uS S安全系数安全系数。零件的断裂可能引起重大的损失甚至人生
21、事故,。零件的断裂可能引起重大的损失甚至人生事故,故安全系数取值较大,或按相关的安全系数表格选取。故安全系数取值较大,或按相关的安全系数表格选取。 脆性材料制成的零件,脆性材料制成的零件,主要损坏形式为主要损坏形式为断裂断裂,按不发生断裂,按不发生断裂条件进行强度计算,极限应力为零件材料的强度极限,许用条件进行强度计算,极限应力为零件材料的强度极限,许用应力应力 :SSBlimNorthwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物五、变应力下的许用应力五、变应力下的
22、许用应力 1.失效形式:失效形式:变应力下,无论是塑性材料还是脆性材料,主要变应力下,无论是塑性材料还是脆性材料,主要损坏形式都是损坏形式都是疲劳断裂疲劳断裂。 第二节第二节 机械零件的强度机械零件的强度第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论2.疲劳失效的机理疲劳失效是疲劳损伤积累的结果,经历了三个阶段:裂纹形成裂纹扩展瞬时断裂疲劳源疲劳源垄沟纹垄沟纹疲劳纹疲劳纹粗糙区粗糙区光滑区光滑区Northwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物疲劳断口的独特性:
23、两个区疲劳区(光滑区)脆断区(粗糙区)3. 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) 疲劳断口均为无明显塑性变形的脆性突然断裂;3) 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。第二节第二节 机械零件的强度机械零件的强度第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论Northwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 4. 疲劳曲线:疲劳曲线:表示应力表示应力与应力循环次数与应力循环次数N之间的关系曲线称为疲之
24、间的关系曲线称为疲劳曲线,如图所示。从图中可以看出,应力越小,试件能经受劳曲线,如图所示。从图中可以看出,应力越小,试件能经受的循环次数就越多。的循环次数就越多。第二节第二节 机械零件的强度机械零件的强度第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论r-应力循环特性(应力比);N-疲劳断裂时应力循环次数。Northwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 疲劳极限疲劳极限 rN 对任一给定的应力循环特征对任一给定的应力循环特征r,当应,当应力循环力循环 N0次后
25、,材料不发生疲劳破坏的最大应力。次后,材料不发生疲劳破坏的最大应力。 N0称为循环基数。对于特定的材料,具有标准值。称为循环基数。对于特定的材料,具有标准值。 疲劳曲线疲劳曲线的左半部(的左半部(NN0),可近似地用下列方程),可近似地用下列方程式表示:式表示:CNNmrmrN 0 第二节第二节 机械零件的强度机械零件的强度第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论Northwest A&F University我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物v利用上式可以求得在一定循环特性的变应力作用
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