机械零件设计基础.ppt

机械原理与机械设计 主讲人：项忠霞 联系电话：27401009 E-mail：,主要内容,参 考 书 1、机械原理与机械设计第1版 张策主编，2004 2、机械设计（机械零件）类教材 答疑时间 课前、课后、实习中心模型室（根据需要安排） 交作业时间 每周五 考试成绩分配 平时10；实验10；期末80 考试时间 第15周周五,注意事项,本课程所涉及的先修课程,工程材料：非金属材料、金属材料及热处理,工程制图：设计的图形表达,机械制造基础：冷加工工艺，热加工工艺,互换性与技术测量：解决精度设计问题,理论力学：解决力分析与动力计算,材料力学：解决强度分析问题,机械原理：解决机械的方案设计,第十三章 机械零件设计基础,13-1 机械零件的计算准则,一、机械零件的失效及其类型,失效,机械零件丧失了规定的功能或达不到 设计要求的标准。,工作能力,在不发生失效的条件下，零件所能 安全工作的标准。,计算准则,针对各种不同的失效形式得到的判 定零件工作能力的条件。,二、机械零件的计算准则, 强度准则, 刚度准则, 振动稳定性准则, 可靠性准则,确保零件不发生断裂破坏或过大的 塑性变形，是最基本的设计准则， 分为静强度和疲劳强度,确保零件不发生过大的弹性变形,高速运转机械的设计应注重 此项准则,当计及随机因素影响时，仍应确 保上述各项准则,三、强度准则,载荷在零件内引起的应力不应超过允许的限度，该限度 称为许用应力。,（一）静强度,1、塑性材料零件的静强度,1）简单应力条件下,2）复合应力条件下,极限应力为屈服点 、,2、脆性材料零件的静强度,1）简单应力条件下,2）复合应力条件下,极限应力为强度极限 、,3、挤压强度,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,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）疲劳强度,潘存云教授研制,变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。, 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, 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂, 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果,不管脆性材料或塑性材料，,零件表层产生微小裂纹,疲劳断裂过程：,随着循环次数增加，微裂 纹逐渐扩展,当剩余材料不足以承受载 荷时，突然脆性断裂,疲劳断裂是与应力循环次数(即使用寿命)有关的断裂。,疲劳断裂具有以下特征：, 断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙,表面光滑,表面粗糙,潘存云教授研制,潘存云教授研制,二、 s N疲劳曲线,用参数max表征材料的疲劳极限，通过实验，可得出如图所示的疲劳曲线。称为：,s N疲劳曲线,在原点处，对应的应力循环次数为N=1/4，意味着在加载到最大值时材料被拉断。显然该值为强度极限B 。,在AB段，应力循环次数103 max变化很小，可以近似看作为静应力强度。,BC段，N=103104，随着N max ,疲劳现象明显。,因N较小，特称为,低周疲劳。,潘存云教授研制,由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，N0与材质有关。r称为循环特性r下的疲劳极限。,max,N,D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区 。式中m称为寿命指数，其值与受载方式和材质有关。,实践证明，机械零件的疲劳大多发生在CD段。,该段可用下式方程描述,104,103,疲劳极限曲线,寿命因子,材料的疲劳极限曲线也可用特定的应力循环次数N下，极限应力幅与平均应力之间的关系曲线来表示，特称为等寿命曲线。,简化曲线之一,简化曲线之二,三、等寿命疲劳曲线,实际应用时常有两种简化方法。,潘存云教授研制,简化等寿命曲线（极限应力线图）：,已知A(0，-1) D (0 /2，0 /2)两点坐标，求得A直线的方程为,A直线上任意点代表了一定循环特性时的疲劳极限。,对称循环 m=0,脉动循环 m=a =0 /2,说明C直 线上任意点的最大应力达到了屈服极限应力。,C直线上任意点N 的坐标为（m ，a ）,由三角形中两条直角边相等可求得 C直线的方程为,潘存云教授研制,O,而正好落在AGC折线上时，表示应力状况达到疲劳破坏的极限值。,对于碳钢，y0.10.2，对于合金钢，y0.20.3。,公式 中的参数y为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由下式决定,当应力点落在OAGC以外时，一定会发生疲劳破坏。,当循环应力参数（ m，a ）落在OAGC以内时，表示不会发生疲劳破坏。,（1）受单向恒幅循环应力时零件的疲劳强度,疲劳强度设计中的极限应力与零件工作应力可能的增长方式有关,1）,2）,3）,4）许用安全系数,（2）受复合恒幅循环应力时零件的疲劳强度,（3）受变幅循环应力时零件的疲劳强度,三、刚度准则,机器零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。,四、稳定性准则,零件在其平衡位置附近作往复运动称为机械振动。,或,五、耐热性准则,六、可靠性准则,串联,并联,13-2 摩擦学设计基础,一、摩擦学设计的目标和主要内容,二、摩擦学失效,三、摩擦学设计基础,（一）摩擦状态（润滑状态）,干 摩 擦,边 界 摩 擦,流 体 摩 擦,混 合 摩 擦,（二）摩擦力,1、固体滑动摩擦的摩擦力及其性质,（最大）静摩擦力,动摩擦力,2、固体滑动摩擦摩擦力的计算,3、液体摩擦的摩擦力,4、滚动摩擦的摩擦力,局部静摩擦力,磨粒磨损,（三）磨损及其控制,1、磨合,2、磨损类型,疲劳磨损,粘附磨损,腐蚀磨损,按磨损机理分,粘附磨损,磨粒磨损,疲劳磨损,腐蚀磨损,按磨损机理分,（四）润滑与润滑设计,1、无润滑,2、固体润滑,3、流体润滑,（五）润滑剂及其特性,1、润滑剂的基本类型,分类,液体润滑剂,半固体润滑剂,固体润滑剂,气体润滑剂,空气,润滑油,润滑脂,石墨,2、润滑剂的使用性能,3、润滑油,1）粘度,是选择润滑油的主要依据,2）粘度指数,3