第九章机械零件设计概论PPT讲稿.ppt
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1、第九章机械零件设计概论第九章机械零件设计概论第1页,共26页,编辑于2022年,星期二第九章第九章 机械零件设计概论机械零件设计概论机械零件设计概述机械零件设计概述机械零件的强度机械零件的强度机械零件的接触强度机械零件的接触强度机械零件的耐磨性机械零件的耐磨性(机械制造常用材料及其选择机械制造常用材料及其选择)公差配合、粗糙度和优先数系公差配合、粗糙度和优先数系机械零件的工艺性及标准化机械零件的工艺性及标准化第2页,共26页,编辑于2022年,星期二91 机械零件设计概述机械零件设计概述 机械设计应满足的要求是:在满足预期功能的前提下,机械设计应满足的要求是:在满足预期功能的前提下,机械设计应
2、满足的要求是:在满足预期功能的前提下,机械设计应满足的要求是:在满足预期功能的前提下,性能好、效率高、成本低,在预定使用期限内安全可靠,性能好、效率高、成本低,在预定使用期限内安全可靠,性能好、效率高、成本低,在预定使用期限内安全可靠,性能好、效率高、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。操作方便、维修简单和造型美观等。操作方便、维修简单和造型美观等。操作方便、维修简单和造型美观等。设计机械零件时,也同样要求零件工作可靠,成本设计机械零件时,也同样要求零件工作可靠,成本设计机械零件时,也同样要求零件工作可靠,成本设计机械零件时,也同样要求零件工作可靠,成本低廉。低廉
3、。低廉。低廉。一、基本概念一、基本概念 失效失效失效失效:机械零件由于某种原因不能正常工作的状态。机械零件由于某种原因不能正常工作的状态。机械零件由于某种原因不能正常工作的状态。机械零件由于某种原因不能正常工作的状态。工作能力工作能力工作能力工作能力:在不发生失效的条件下在不发生失效的条件下在不发生失效的条件下在不发生失效的条件下,零件所能安全零件所能安全零件所能安全零件所能安全 工作的限度。工作的限度。工作的限度。工作的限度。承载能力承载能力承载能力承载能力:机械零件在不发生失效时能承受的最大机械零件在不发生失效时能承受的最大机械零件在不发生失效时能承受的最大机械零件在不发生失效时能承受的最
4、大 载荷。载荷。载荷。载荷。第3页,共26页,编辑于2022年,星期二共振:当周期性干扰力的频率与轴的自振频率相等或共振:当周期性干扰力的频率与轴的自振频率相等或共振:当周期性干扰力的频率与轴的自振频率相等或共振:当周期性干扰力的频率与轴的自振频率相等或 接近时,发生的振幅急剧增大,失去振动稳定性的接近时,发生的振幅急剧增大,失去振动稳定性的接近时,发生的振幅急剧增大,失去振动稳定性的接近时,发生的振幅急剧增大,失去振动稳定性的 现象。现象。现象。现象。零件的失效形式有:断裂或塑性变形;过大的弹性变零件的失效形式有:断裂或塑性变形;过大的弹性变零件的失效形式有:断裂或塑性变形;过大的弹性变零件
5、的失效形式有:断裂或塑性变形;过大的弹性变 形;工作表面的过度磨损或损伤形;工作表面的过度磨损或损伤形;工作表面的过度磨损或损伤形;工作表面的过度磨损或损伤;共振共振共振共振;联接松弛联接松弛联接松弛联接松弛;摩擦传动的打滑等。失效形式可归纳为:摩擦传动的打滑等。失效形式可归纳为:摩擦传动的打滑等。失效形式可归纳为:摩擦传动的打滑等。失效形式可归纳为:强度、刚强度、刚强度、刚强度、刚 度、耐磨性、稳定性度、耐磨性、稳定性度、耐磨性、稳定性度、耐磨性、稳定性和和和和温度温度温度温度的影响等问题。的影响等问题。的影响等问题。的影响等问题。工作能力计算准则:防止失效而制定的判定条件。工作能力计算准则
6、:防止失效而制定的判定条件。工作能力计算准则:防止失效而制定的判定条件。工作能力计算准则:防止失效而制定的判定条件。强度条件:应力强度条件:应力强度条件:应力强度条件:应力 许用应力许用应力许用应力许用应力 刚度条件:变形量刚度条件:变形量刚度条件:变形量刚度条件:变形量 许用变形量许用变形量许用变形量许用变形量计算量计算量计算量计算量 许用量许用量许用量许用量第4页,共26页,编辑于2022年,星期二二、机械零件设计类型和步骤二、机械零件设计类型和步骤 拟定零件的计算简图拟定零件的计算简图确定作用在零件上的载荷确定作用在零件上的载荷选择合适的材料选择合适的材料确定零件形状和主要尺寸确定零件形
7、状和主要尺寸绘制工作图,标注技术条件绘制工作图,标注技术条件选用相应判定条件选用相应判定条件设计计算法设计计算法校核计算法校核计算法参照实物参照实物(图纸图纸)和经验数据和经验数据拟定零件的结构和尺寸拟定零件的结构和尺寸验算零件结构和尺寸验算零件结构和尺寸验算,修改零件验算,修改零件选用相应判定条件选用相应判定条件第5页,共26页,编辑于2022年,星期二9-2 机械零件的强度机械零件的强度 一、基本概念一、基本概念 名义载荷:在理想的平稳工作条件下作用在名义载荷:在理想的平稳工作条件下作用在 零件上的载荷。零件上的载荷。载荷系数:实际计算载荷与名义载荷的比值。载荷系数:实际计算载荷与名义载荷
8、的比值。它考虑的是机械工作时,零件受到的各种它考虑的是机械工作时,零件受到的各种 附加载荷。附加载荷。名义应力名义应力:当载荷为名义载荷时计算出的应力。当载荷为名义载荷时计算出的应力。计算应力:按计算载荷求得的应力。计算应力:按计算载荷求得的应力。第6页,共26页,编辑于2022年,星期二 二、强度判定条件二、强度判定条件 =lim/S =lim/S注:注:和和为许用正应力和许用剪应力,取决于应为许用正应力和许用剪应力,取决于应力的种类、零件材料的极限应力和安全系数等。力的种类、零件材料的极限应力和安全系数等。lim和和lim为极限正应力和极限剪应力。在简单为极限正应力和极限剪应力。在简单应力
9、状态下用实验测得;复杂应力下的情况在后应力状态下用实验测得;复杂应力下的情况在后面讨论。面讨论。S S:安全系数安全系数安全系数安全系数第7页,共26页,编辑于2022年,星期二三、应力的种类三、应力的种类 按随时间变化情况分按随时间变化情况分按随时间变化情况分按随时间变化情况分静应力:不随时间变化的应力静应力:不随时间变化的应力静应力:不随时间变化的应力静应力:不随时间变化的应力变应力:随时间变化的应力。当应力是周期性变化时,变应力:随时间变化的应力。当应力是周期性变化时,变应力:随时间变化的应力。当应力是周期性变化时,变应力:随时间变化的应力。当应力是周期性变化时,称为称为称为称为循环变应
10、力循环变应力循环变应力循环变应力。应力应力应力应力应力的参数应力的参数应力的参数应力的参数平均应力:平均应力:平均应力:平均应力:应力幅:应力幅:应力幅:应力幅:循环特性:循环特性:循环特性:循环特性:mm=maxmax+minmin2 2 a a=maxmax-minmin2 2r r=minmin maxmax 表示应变力中应呼变化的情况表示应变力中应呼变化的情况 maxmax=minmin=mm a a=0=0静应力静应力静应力静应力r r=0=0一般循环一般循环一般循环一般循环变应力变应力变应力变应力对称循环变应力对称循环变应力对称循环变应力对称循环变应力r r=-1 1 m m=0=
11、0 a a=maxmax=-minmin m m=a a=maxmax/2/2 min min=0=0脉动循环变脉动循环变脉动循环变脉动循环变应力应力应力应力r r=0=0第8页,共26页,编辑于2022年,星期二四、静应力下的许用应力四、静应力下的许用应力()静应力下,零件失效形式为:断裂或塑性变形。静应力下,零件失效形式为:断裂或塑性变形。静应力下,零件失效形式为:断裂或塑性变形。静应力下,零件失效形式为:断裂或塑性变形。塑性材料:塑性材料:塑性材料:塑性材料:=s s/S S limlim=s s (材料的屈服极限材料的屈服极限材料的屈服极限材料的屈服极限)脆性材料:脆性材料:脆性材料:
12、脆性材料:=B B/S S limlim=B B (材料的强度极限材料的强度极限材料的强度极限材料的强度极限)P123P123表表表表9-19-1列举了一些常用钢铁材料的极限应力。列举了一些常用钢铁材料的极限应力。列举了一些常用钢铁材料的极限应力。列举了一些常用钢铁材料的极限应力。五、变应力下的许用应力五、变应力下的许用应力 变应力下零件的失效形式是疲劳断裂。变应力下零件的失效形式是疲劳断裂。变应力下零件的失效形式是疲劳断裂。变应力下零件的失效形式是疲劳断裂。疲劳断裂的特征疲劳断裂的特征疲劳断裂的特征疲劳断裂的特征有:有:有:有:1)1)断裂时的最大应力远低于断裂时的最大应力远低于断裂时的最大
13、应力远低于断裂时的最大应力远低于 B B,甚至低于,甚至低于,甚至低于,甚至低于 s s;2)2)断口为无明显塑性变形的脆性突然断裂断口为无明显塑性变形的脆性突然断裂断口为无明显塑性变形的脆性突然断裂断口为无明显塑性变形的脆性突然断裂 3)3)是损伤的积累,初期只在零件表面或表层形成微裂纹。是损伤的积累,初期只在零件表面或表层形成微裂纹。是损伤的积累,初期只在零件表面或表层形成微裂纹。是损伤的积累,初期只在零件表面或表层形成微裂纹。P120P120图图图图9-29-2为轴的弯曲疲劳断裂的断口为轴的弯曲疲劳断裂的断口为轴的弯曲疲劳断裂的断口为轴的弯曲疲劳断裂的断口 第9页,共26页,编辑于202
14、2年,星期二 疲劳断裂是损伤的积累,是裂纹扩展到一定程度后疲劳断裂是损伤的积累,是裂纹扩展到一定程度后的突然断裂,所以它与应力循环次数的突然断裂,所以它与应力循环次数(即使用期限或寿即使用期限或寿命命)密切相关。密切相关。疲劳曲线:表示应力疲劳曲线:表示应力(纵坐标纵坐标)与应力循环次数与应力循环次数N(横横坐标坐标)之间的关系曲线之间的关系曲线(浴盆曲线浴盆曲线)。循环基数循环基数N0:疲劳曲线趋于水平时的循环次数。通疲劳曲线趋于水平时的循环次数。通常认为此基数为:在常认为此基数为:在“无限次无限次”循环时试件不会断裂。循环时试件不会断裂。疲劳极限疲劳极限:对应于:对应于N0时的应力。常用时
15、的应力。常用-1表示材料在表示材料在对称循环变应力对称循环变应力下的下的弯曲疲劳极限弯曲疲劳极限。当当N1)若两零件硬度不同,常以较软零件的接触疲若两零件硬度不同,常以较软零件的接触疲 劳极限为准。劳极限为准。接触应力的特点接触应力的特点大小相等、方向相反;大小相等、方向相反;左右对称;左右对称;稍离接触区中线即迅速降低等。稍离接触区中线即迅速降低等。第15页,共26页,编辑于2022年,星期二94 机械零件的耐磨性机械零件的耐磨性 磨损磨损:磨擦表面物质不断损失的现象。:磨擦表面物质不断损失的现象。:磨擦表面物质不断损失的现象。:磨擦表面物质不断损失的现象。耐磨性耐磨性耐磨性耐磨性:零件抗磨
16、损的能力。:零件抗磨损的能力。:零件抗磨损的能力。:零件抗磨损的能力。在预定使用期限内,零件的磨损量不超过允许值时,认在预定使用期限内,零件的磨损量不超过允许值时,认在预定使用期限内,零件的磨损量不超过允许值时,认在预定使用期限内,零件的磨损量不超过允许值时,认为是正常磨损。出现剧烈磨损时运动副的间隙增大,机为是正常磨损。出现剧烈磨损时运动副的间隙增大,机为是正常磨损。出现剧烈磨损时运动副的间隙增大,机为是正常磨损。出现剧烈磨损时运动副的间隙增大,机械精度丧失,效率下降;振动、冲击和噪声增大;应立即械精度丧失,效率下降;振动、冲击和噪声增大;应立即械精度丧失,效率下降;振动、冲击和噪声增大;应
17、立即械精度丧失,效率下降;振动、冲击和噪声增大;应立即停车检修、换零件。停车检修、换零件。停车检修、换零件。停车检修、换零件。机械磨损的主要类型:机械磨损的主要类型:机械磨损的主要类型:机械磨损的主要类型:磨粒磨损磨粒磨损磨粒磨损磨粒磨损/粘着磨损粘着磨损粘着磨损粘着磨损/疲劳磨损疲劳磨损疲劳磨损疲劳磨损/腐蚀磨损腐蚀磨损 耐磨计算:耐磨计算:耐磨计算:耐磨计算:限制强度准则:限制强度准则:限制强度准则:限制强度准则:p p p 当相对速度大时,应校核接触面的发热:当相对速度大时,应校核接触面的发热:当相对速度大时,应校核接触面的发热:当相对速度大时,应校核接触面的发热:pvpv第16页,共2
18、6页,编辑于2022年,星期二96 公差配合、粗糙度和优先数系公差配合、粗糙度和优先数系一、公差与配合一、公差与配合(参考互换性与测量技术基础参考互换性与测量技术基础)大规模生产大规模生产大规模生产大规模生产要求零件具有要求零件具有要求零件具有要求零件具有互换性互换性。互换性要求建立。互换性要求建立。互换性要求建立。互换性要求建立标准标准化化的的公差与配合公差与配合公差与配合公差与配合。我国的公差与配合采用。我国的公差与配合采用。我国的公差与配合采用。我国的公差与配合采用国际公差制国际公差制。公差:零件允许的最大尺寸与最小尺寸之差。公差:零件允许的最大尺寸与最小尺寸之差。基本尺寸:设计给定的尺
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