机械设计基础第9章机械零件设计概论ppt课件
41页1、第9章 机械零件设计概论,91 机械零件设计概论,92 机械零件的强度,93 机械零件的接触强度,94 机械零件的耐磨性,95 机械制造常用材料及其选择,96 公差与配合、表面粗糙度和优先数系,97 机械零件的工艺性及标准化,91 机械零件设计概论,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、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。,机械零件的失效: 机械零件曲于某种原因不能正常工作时,称为失效。,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。通常此限度是对载荷而言,所以习惯上又称为:,承载能力。,零件的失效形式:,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;,发生强烈的振动;联接的松弛;,摩擦传动的打滑等。,如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带传动等。机械零件虽然有多种可能的失效形式,归纳起来最主要的为,对于各种不同的失效形式,也各有相应的工作能力判定条件,强度条件:计算应力许用应力;,机械零件设计的步骤: 1)拟定零件的计算简图;,5) 绘制工作图并标注必要的技术条件。,防止失效的判定条件是: 计算量许用量,-工
2、作能力计算准则。,2) 确定作用在零件上的载荷;,3) 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,确定零件的形状 ; 注意,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谁、规格加以圆整,失效原因: 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等 原因。,刚度条件:变形量许用变形量;,载荷系数K-考虑各种附加载荷因素的影响。,名义载荷-在理想的平稳工作条件下作用在零件上 的载荷。,92 机械零件的强度,计算载荷-载荷系数与名义载荷的乘积。,计算应力-按名义载荷计算所得之应力:,名义应力-按名义载荷计算所得之应力。,强度判 定条件:,、,=、-许用应力,S-安全系数,lim、 lim -极限应力,由实验方法测定。,然而在机器运转时,零件还会受到各种附加载荷,通常用引入,一、应力的种类,脉动循环变应力,r =0,静应力: =常数,变应力: 随时间变化,平均应力:,应力幅:,循环变应力,变应力的循环特性:,对称循环变应力,r =-1,-脉动循环变应力,-对称循环变应力,-静应力,min,r =+1,静应力是变应力的特例,二、静应力下的许
3、用应力,静应力下,零件材料的破坏形式:断裂或塑性变形,塑性材料,取屈服极限S 作为极限应力,许用应力为:,脆性材料:取强度极限B 作为极限应力,许用应力为:,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) 疲劳断口均表现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。它的初期现象是在零件表面或表层形成微裂纹,这种微裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展,直至余下的未断裂的截面积不足以承受外载荷时,就突然断裂。疲劳断裂不同于一般静力断裂,它是损伤到一定程度后,即裂纹扩展到一定程度后,才发生的突然断裂。所以疲劳断裂是与应力循环次数(即使用期限或寿命)有关的断裂。,不管脆性材料或塑性材料,,1、疲劳曲线,由图可知:应力越小,试件能经受的循环次数就越多。试验表明,当 NN0以后,曲线趋于水平,可认为在无限次循环时试件将不会断裂。,应力与应力循环次数N 之间的关系曲线称为:疲劳曲线,当NN0 时,试件将不会断裂。,N0 -循环基数,N0 对应的应力称
4、为:,当NN0 时, 有近似公式:,对应于N 的弯曲疲劳极限:,疲劳极限,用-1表示材料在对称循环应力下的弯曲疲劳极限。,影响疲劳强度的因素,应力集中的影响 绝对尺寸的影响 表面状态的影响,3、许用应力,在变应力,应取材料的疲劳极限作为极限应力。同时还应考虑零件的切口和沟槽等截面突变、绝对尺寸和表面状态等影晌,为此引人应力集中系数k、尺寸系数和表面状态系数等。,当应力是对称循环变化时,许用应力为:,当应力是脉动循环变化时,许用应力为:,0 为材料的脉动循环疲劳极限,S为安全系数。以上各系数均可机械设计手册中查得。以上所述为“无限寿命” ,,有限寿命时,用-1N代入得:,四、安全系数 安全系数定得正确与否对零件尺寸有很大影响,1)静应力下,塑性材料的零件:S =1.2.5 铸钢件:S =1.5,S,典型机械的 S 可通过查表求得。 无表可查时,按以下原则取:, 零件尺寸大,结构笨重。,S, 可能不安全。,)静应力下,脆性材料,如高强度钢或铸铁: S =34,3)变应力下, S =1.31.7 材料不均匀,或计算不准时取: S =1.72.5,93 机械零件的接触强度,若两个零件在受载前是
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