机械零件设计的基本准则与步骤.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,特别申明：本电子教案中所有素材的版权归原创作者国防科技大学潘存云教授所有购买方有权复制多份光盘用于本单位的教学但不得提供给第三方未经作者同意，也不得在公开出版物中引用其中的素材，违者应承担相应的法律责任作者：潘存云 教授 2004年2月,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第9章 机械零件设计概论,91 机械零件设计的基本准则和一般步骤,92 机械零件的疲劳强度,93 机械制造常用材料及其选择,94 机械零件的工艺性及标准化,91 机械零件设计的基本准则和一般步骤,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：,机械零件由于某种原因丧失正常工作能力时，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：,承载能力一、机械零件设计的基本准则,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,失效原因:,强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等原因对于各种不同的失效形式，相应地有各种工作能力判定条件这种为防止失效而制定的判定条件，通常称为,工作能力计算准则,1.,强度,判 定条件：,、,-许用应力,S,、,S,-许用安全系数,lim,、,lim,-极限应力机械零件的强度可分为,体积强度,和,表面强度,两种1）,体积强度,体积强度是抵御,断裂,和过大,塑性变形,的能力极限应力的选择：,1）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,、,S,作为极限应力,脆性,材料：取强度,极,限,b,、,b,作为极限应力,2）变应力下，零件无论是塑性材料还是脆性材料，其损坏形式是,疲劳断裂，,因此常用材料的,疲劳极限,作为极限应力2）,表面,强度,分为,表面挤压强度,和,表面接触强度,表面接触强度,是指两个零件在受载前是,点,接触或,线,接触。

受载后，由于变形其接触处为一,小面积,，通常此面积甚小而表层产生的局部应力却很大，这种应力称为,接触应力表面挤压强度,是指面接触的两零件，受载后接触面间产生挤压应力，应力分布在接触面不太深的表层，挤压应力过大时，零件表面被压溃判定条件：,b,F,n,H,H,1,F,n,b,2,H,H,判定条件：,初始疲劳裂纹,初始疲劳裂纹,裂纹的扩展与断裂,油,金属剥落出现小坑,后果：,减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、降低了承载能力、引起振动和噪音如齿轮、凸轮、滚动轴承等机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的，在载荷重复作用下，首先在表层内约20,m处产生初始疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展(润滑油被挤迸裂纹中将产生高压，使裂纹加快扩展，终于使表层金属呈小片状剥落下来，而在零件表面形成一些小坑，这种现象称为疲劳点蚀发生疲劳点蚀后，减小了接触面积，损坏了零件的光滑表面，因而也降低了承载能力失效形式常表现为：,疲劳点蚀,2.,刚度,指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力判定条件：,y,、,y,零件的变形量和许用变形量,、,零件的转角和许用转角,、,零件的扭角和许用扭角,3.,机械零件的耐磨性,运动副摩擦表面物质不断损失的现象称为,磨损,。

磨损会逐渐改变零件尺寸和摩擦表面形状零件抗磨损的能力称为,耐磨性磨损,间隙、,精度、,效率、,振动、,冲击、,噪音,据统计，约有80%的损坏零件是因磨损而报废的实用耐磨计算是限制运动副的压强,p,，即:,p,p,p由实验或同类机器使用经验确定,相对运动速度较高时，还应考虑运动副单位时间单位接触面积的发热量,f p v在摩擦系数一定的情况下，可将,p v,值与许用的,p v,值进行比较即:,p v,p v,4.振动稳定性准则,在设计时应避免机器中受激振作用的各个零件的自激振动频率与激振源的频率相等或成整数倍二、机械零件设计的步骤：,1)根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构;,5)绘制工作图并标注必要的技术条件，编写说明书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,一、应力,的,的种类,o,t,=常数,max,脉动循环,变,变应力,m,静应力:,=常数,变应力:,随时间变,化,化,平均应力:,应力幅:,T,max,min,a,a,m,循环变应,力,力,o,t,变应力的,循,循环特性:,max,min,a,a,对称循环,变,变应力,o,t,-,脉,脉动循环,变,变应力,-,对,对称循环,变,变应力,-1,=0,+1,-,静,静应力,o,t,a,a,min,静应力是,变,变应力的,特,特例,92,机,机械零,件,件的疲劳,强,强度,二、疲劳,断,断裂的特,征,征,1)疲劳断裂,的,的最大应,力,力远比静,应,应力下材,料,料的强度,极,极限,低，甚至,比,比屈服极,限,限低;,2)疲劳断口,均,均表现为,无,无明显塑,性,性变形的,脆,脆性突然,断,断裂;,3)疲劳断裂,是,是微观损,伤,伤积累到,一,一定程度,的,的结果；,它的初期,现,现象是在,零,零件表面,或,或表层形,成,成微裂纹,，,，这种微,裂,裂纹随着,应,应力循环,次,次数的增,加,加而逐渐,扩,扩展，直,至,至余下的,未,未断裂的,截,截面积不,足,足以承受,外,外载荷时,，,，就突然,断,断裂。

疲,劳,劳断裂不,同,同于一般,静,静力断裂,，,，它是损,伤,伤到一定,程,程度后，,即,即裂纹扩,展,展到一定,程,程度后，,才,才发生的,突,突然断裂,所以疲,劳,劳断裂是,与,与应力循,环,环次数(,即,即使用期,限,限或寿命)有关的,断,断裂不管脆性,材,材料或塑,性,性材料，,4)疲劳断面,明,明显分为,两,两个区域,，,，即表面,光,光滑的疲,劳,劳发展区,和,和表面粗,糙,糙的脆性,断,断裂区三、疲劳,曲,曲线,N,O,rN,-1,N,0,-1N,N,由图可知,：,：应力越,小,小，试件,能,能经受的,循,循环次数,就,就越多试,试验表明,，,，当,NN,0,以后，曲,线,线趋于水,平,平，可认,为,为在无限,次,次循环时,试,试件将不,会,会断裂疲劳极限,rN,与循环次,数,数,N,之间的关,系,系曲线称,为,为：疲劳曲线,当,NN,0,时,rN,不再随,N,的增大而,降,降低，此,时,时的疲劳,极,极限用,r,表示N,0,-,循,循环基数,当,N2%,-,含,含碳量,2%,铁碳合金,特点：良好的液,态,态流动性,，,，可铸造,成,成形状复,杂,杂的零件,较好的减,震,震性、耐,磨,磨性、切,削,削性（指,灰,灰铸铁）,、,、成本低,廉,廉。

应用：应用范围,广,广其中,灰,灰铸铁最,广,广、球墨,铸,铸铁次之,选用原则,：,：,优选碳素,钢,钢，其次,是,是,硅、锰、,硼,硼、钒类,合,合金钢特点：与铸铁相,比,比，钢具,有,有高的强,度,度、韧性,和,和塑性可,可用热处,理,理方法改,善,善其力学,性,性能和加,工,工性能零件毛坯,获,获取方法,：,：锻造、冲,压,压、焊接,、,、铸造等,应用：应用范围,极,极其广泛,表9-2 常用材料的相对价格,材 料 种 类 规 格 相对价格,热轧圆刚,碳素结构钢Q235（3342）1,铸 件,优质碳素钢（2950）1.51.8,合金结构钢（2950）1.72.5,滚动轴承钢（2950）3,合金工具钢（2950）320,4Cr9Si2耐热钢（2950）5,灰铸铁铸件 0.85,碳素钢铸件 1.7,铜合金、铝合金铸件 810,价格便宜,且,且供应充,分,分,我国资源,丰,丰,富,3.铜合,金,金,-铜锌合,金,金，并含,有,有少量的,锰、,铝,、,镍,特点：具有良好,的,的塑性和,液,液态流动,性,性青铜,合,合金还具,有,有良好的,减,减摩性和,抗,抗腐蚀性,零件毛坯,获,获取方法,：,：辗压、,铸,铸造。

应用：应用范围,广,广泛种类,青铜,黄铜,轴承合金,（,（巴氏合,金,金）,-含锡青,铜,铜、不含,锡,锡青铜,二、非金,属,属材料,1.橡,胶,胶橡胶富于,弹,弹性，能,吸,吸收较多,的,的冲击能,量,量常用,作,作联轴器,或,或减震器,的,的弹性元,件,件、传动,带,带、密封,圈,圈、轮胎,、,、绝缘材,料,料,等2.塑,料,料塑料的比,重,重小，易,于,于制成形,状,状复杂的,零,零件，而,且,且各种不,同,同塑料具,有,有不同的,特,特点，如,耐,耐蚀性、,绝,绝,热,性,性,、,、,绝,绝,缘,缘,性,性,、,、,耐,耐,磨,磨,性,性,等,等,，,，,所,所,以,以,近,近,年,年,来,来,在,在,机,机,械,械,制,制,造,造,中,中,其,其,应,应,用,用,日,日,益,益,广,广,泛,泛,3.,其,其,它,它,非,非,金,金,属,属,材,材,料,料,：,：皮,革,革,、,、,木,木,材,材,、,、,纸,纸,板,板,、,、,棉,棉,、,、,丝,丝,等,等,选,材,材,因,因,素,素,：,：,设,计,计,机,机,械,械,零,零,件,件,时,时,，,，,选,选,择,择,合,合,适,适,的,的,材,材,料,料,是,是,一,一,项,项,复,复,杂,杂,的,的,技,技,术,术,经,经,济,济,问,问,题,题,，,，,设,设,计,计,者,者,应,应,根,根,据,据,零,零,件,件,的,的,用,用,途,途,、,、,工,作,作,条,条,件,件,和,和,材,材,料,料,的,的,物,物,理,理,、,、,化,化,学,学,、,、,机,机,械,械,和,和,工,工,艺,艺,性,性,能,能,以,以,及,及,经,经,济,济,因,因,素,素,等,等,进,进,行,行,全,全,面,面,考,考,虑,虑,。

用,途,途,、,、,工,作,作,条,条,件,件,、,物,理,理,、,化,学,学,、,机,械,械,工,工,艺,艺,性,性,能,能,、,经,济,济,性,零,件,件,材,材,料,料,各,种,种,材,材,料,料,的,的,化,化,学,学,成,成,分,分,和,和,力,力,学,学,性,性,能,能,可,可,在,在,相,相,关,关,国,国,标,标,、,、,行,行,标,标,和,和,机,机,械,械,设,设,计,计,手,手,册,册,中,中,查,查,得,得,为,了,了,材,材,料,料,供,供,应,应,和,和,生,生,产,产,管,管,理,理,上,上,的,的,方,方,便,便,，,，,应,应,尽,尽,量,量,缩,缩,减,减,材,材,料,料,的,的,品,品,种,种,表9-1 常用钢铁材料的牌号及力学性能,材 料 力 学 性 能 试件尺寸,类 别 牌 号 强度极限,B,屈服极限,S,延伸率%mm,Q215 335-410 215 31,碳素,结构钢,Q235 375-460 235 26 d,16,Q275 490-610 275 20,20 410 245 25,优质碳素结构钢,35 530 315 20 d,25,45 600 355 16,35 SiMn 883 735 15 d,25,合金,结构钢,40Cr 981 785 9 d,25,20CrMnTi 10。