第一章-机械设计的基础知识PPT课件

1、第一节第一节 概述概述第十节机械零件的工艺性和设计的标准化第十节机械零件的工艺性和设计的标准化第九节第九节 机械零件的材料及选用原则机械零件的材料及选用原则第八节第八节 双向变应力下机械零件的疲劳强度计算双向变应力下机械零件的疲劳强度计算 第七节规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算第七节规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算 第六节第六节 非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算 第五节第五节 对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算 第四节第四节 静应力下机械零件的强度计算静应力下机械零件的强度计算 第三节第三节 机械

2、零件的主要失效形式及计算准则机械零件的主要失效形式及计算准则第二节第二节 机械零件设计的一般步骤机械零件设计的一般步骤 本章目录本章目录上一页上一页下一页下一页退出退出总目录总目录上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录机械机械:第一节 概 述原动机原动机传动机传动机工作机工作机控制器控制器上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录机械机械零件：制造单元零件：制造单元构件构件：运动单元：运动单元通用零件通用零件专用零件专用零件概 述上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录一、机械设计的一般程序一、机械设计的一般程序制制定定设设计计工工作作计计划划方方案案设设计计技技术术设设计计施施工

3、工设设计计试制、试验、鉴定试制、试验、鉴定定型产品设计定型产品设计上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录二、机器应满足的基本要求二、机器应满足的基本要求1.具有预定功能的要求具有预定功能的要求2.经济性要求经济性要求3.安全性要求安全性要求4.可靠性要求可靠性要求5.操作使用方便的要求操作使用方便的要求上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录三、本课程的内容、性质和任务三、本课程的内容、性质和任务内容内容:联接零件设计：螺纹联接联接零件设计：螺纹联接、键、键轴系零部零件设计轴系零部零件设计：轴、滚动轴承、：轴、滚动轴承、滑动轴滑动轴承承、联轴器联轴器、离合器离合器其他零部零件设计：其

4、他零部零件设计：弹簧弹簧机械设计新方法机械设计新方法传动零件设计：传动零件设计：带带、链链、齿轮、齿轮、蜗杆蜗杆上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录本课程的性质本课程的性质:本课程的任务本课程的任务:第一节 概 述上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录第二节第二节 机械零件设计的一般步骤机械零件设计的一般步骤类型选择类型选择受力分析受力分析选择材料选择材料确定计算准则确定计算准则理论设计计算理论设计计算结构设计结构设计精确校核精确校核绘制零件工作图绘制零件工作图编写设计计算说明书编写设计计算说明书上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录第三节第三节 机械零件的主要失效形式及计

5、算准则机械零件的主要失效形式及计算准则1.整体断裂整体断裂2.表面破坏表面破坏3.变形量过大变形量过大4.功能失效功能失效一、机械零件的主要失效形式一、机械零件的主要失效形式上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录二、机械零件的计算准则二、机械零件的计算准则1.强度准则强度准则2.刚度准则刚度准则3.寿命准则寿命准则4.耐磨性准则耐磨性准则5.振动稳定性准则振动稳定性准则上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录第四节第四节 静应力机械零件的强度计算静应力机械零件的强度计算一、载荷及应力的分类一、载荷及应力的分类1.载荷的分类载荷的分类静载荷与变载荷静载荷与变载荷名义载荷与计算载荷名义载

6、荷与计算载荷上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录 名义载荷名义载荷原动机原动机传动机传动机工作机工作机额定功率额定功率在理想工作条件在理想工作条件工作阻力工作阻力公式公式名义载荷名义载荷P、M、T、F上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录计算载荷计算载荷KFFKTTKMMKPPcacacaca上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录2.2.应力的分类应力的分类应力应力静应力静应力: 不随时间变化或缓慢变化不随时间变化或缓慢变化变应力变应力稳定变应力稳定变应力非稳定变应力非稳定变应力有规律非稳定有规律非稳定变应力变应力无规律非稳定无规律非稳定变应力变应力上一页上一页下一页下一页

7、退出退出分目录分目录to不随时间变化或缓慢变化。max= min=m a=0静应力:第四节第四节 静应力机械零件的强度计算静应力机械零件的强度计算上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录tomaxmmin 稳定变应力稳定变应力2minmaxm2minmaxamaxminr第四节第四节 静应力机械零件的强度计算静应力机械零件的强度计算上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录 稳定变应力稳定变应力脉动循环脉动循环 r=0对称循环对称循环 r=1非对称循环非对称循环 1rN0 KN=1；2. m由疲劳曲线决定。一般设计中，由疲劳曲线决定。一般设计中，钢制零件受弯曲应力，钢制零件受弯曲应力，m

8、=9;3. N0103按静应力问题处理按静应力问题处理;4.近似的疲劳曲线近似的疲劳曲线.上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录N1No1031070.5B0.9B近似的疲劳曲线近似的疲劳曲线上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录二、影响零件疲劳强度的因素1.应力集中2.绝对尺寸3.表面状态kk)(11kk)(1111)(d11)(d11)(上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录1（103）c1cANO0N有限寿命区无限寿命区N1BC11（103）103三 对称循环应力下疲劳强度计算上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录11kc0)10(1)10(133310kNc时当

9、1) 1(00qkk三 对称循环应力下疲劳强度计算上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录三 对称循环应力下疲劳强度计算11maxlimSkSaac无限寿命疲劳强度计算：上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录三 对称循环应力下疲劳强度计算有限寿命疲劳强度计算：011NNmcmNccNmcNcKNN1011ccNm1)10( 130lglg10lglg31maxlimSSaNc上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录第六节 非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算Bam-10/2BCA4545O0/2一、疲劳极限线图不同r 下疲劳极限值sDECA4545O0/2-10/2am上一页上

10、一页下一页下一页退出退出谢林森折线图上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录rmra10012srarm非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算直线AE方程：直线DE方程：将平均应力折合为应力幅的等效系数上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录rmrak1ODmK20Kc1120sa非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算CAE直线AE方程零件疲劳极限线图上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录二、非对称循环应力下疲劳强度计算sDECA45Oa-1ammM2M1上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录maEN1M1(rm, ra)ABMNC(m, a)Omamrmk1maarak1

11、非对称循环应力下疲劳强度计算上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录mamaamrarmrkkmax11max)(非对称循环应力下疲劳强度计算上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录1maxmaxSkSmamaxSSmass非对称循环应力下疲劳强度计算零件疲劳强度为：零件静强度为：以上为非对称循环应力下，零件无限寿命疲劳强度计算上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录11SkKSmaNadNc0mNNNK非对称循环应力下疲劳强度计算非对称循环应力下零件有限寿命计算：计算思想：将 r 化为 r = -1，引入等效应力 一 线性疲劳损伤积累理论第七节规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度

12、计算N1NNmaxn44321n2n1n3OOABC0N-1N2N1N3上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录11332211niiinnNnNnNnNnNn线性疲劳损伤积累理论线性疲劳损伤积累理论二 规律性非稳定应力下的疲劳强度计算mNN1101mNN2102mnnNN101)(11011221110mnimiimnnmmmNnnnnN上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录如果材料没达到破坏任选一应力水平为基准,如选1011Nnmniimi(1-37)111011mminiinN(1-38)miniivnN11(1-39)上一页上一页下

13、一页下一页退出退出上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录111NKmvNNNK0(1-40)11SKSN(1-41)规律性非稳定应力下的疲劳强度计算上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录第八节 双向变应力下机械零件的疲劳强度计算ABOaaaararaS11S11MM上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录1)()(2121rara22SSSSSS双向变应力下机械零件的疲劳强度计算上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录第九节第九节 机械零件的材料及选用原则机械零件的材料及选用原则 1 使用要求 2 工艺要求 3 经济性要求上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录满足机械

14、零件的使用要求机械零件的使用要求一般包括以下几个方面：1)承受零件工作裁荷的能力，如强度、刚度等；2)在零件工作条件下保持足够使用性能的能力，如机械零在一定的运动速度、工作环境(温度、潮湿、腐蚀性等)中能保持原有性能的能力；3)长期可靠地维持原有工作性能的能力，如机械零件的疲劳寿命、耐磨性、可靠性等；4)特殊要求，如重量、美观等。上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录满足使用要求的选材和热处理方法要满足使用要求，设计者需根据具体要求进行分析，选择材料和热处理。如： 要求受力较大、有较大冲击裁荷，而且要求重量轻的零件，应采用高强度合金钢制造，并经过热处理； 要求耐磨性好的摩擦副，应采用淬火

15、钢与铜合金相配； 要求精度高的零件，应采用尺寸稳定性好的合金钢制造，如合金工具钢。上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录满足工艺性要求在满足使用要求的前提下，考虑机械零件的毛坯制造、机械加工和修理方便，按照机械零件的形状复杂程度、生产批量和各种制造方法的特点，选择机械零件的材料，设计它的结构。如： 生产批量较大，形状复杂的机座，可采用铸铁件；受力较大时应采用铸钢件； 生产批量较小，则以选用型钢或型钢与铸钢组合焊接件较合理； 如果材料为有色金屑，生产批量很大，可以考虑采用压铸件。上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录不同加工方法杠杆的结构形状上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目

16、录热处理机械零件性能的影响热处理对改善机械零件的性能有很大的作用，必须按照使用和工艺要求，综合考虑，选择材料和热处理。如： 滚动导轨要求有很高的表面硬度，可以采用20钢渗碳淬火，或40Cr钢整体淬火，38CrMoAlA渗氮处理。 20钢比40Cr钢容易进行机械加工，渗碳淬火热处理工艺比较复杂， 38CrMoAlA渗氮处理变形较小，但硬化层较薄，不适用于承受较大冲击载荷的场合因此应按具体情况选择。上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录满足经济性要求在选择材料时，应该考虑： 材料价格 不同材料的加工(包括热处理)成本 由于加工困难引起的废品率增加 是否能够及时供应 采用组合结构以节约合金钢和

17、有色金属（贵重） 例如：蜗轮轮缘用铜合金制造，轮芯采用铸铁或碳钢制造，以节约贵重金属。 采用塑料 塑料零件重量轻、加工方便、耐腐蚀、利于大量生产、弹性较大，可以设计成具有特殊性能的零件结构。上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录第十节第十节 机械零件的工艺性和设计机械零件的工艺性和设计的标准化的标准化一、机械零件的工艺性 在一定的生产规模和生产条件下，花费劳动量最小，加工、装配及维修费用最少，这样的零件就认为具有良好的工艺性。要求： 造型简单合理 合理选择毛坯种类 铸件结构的工艺性 机械加工工艺性 零部件的装配工艺性 零部件的维修工艺性上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录第十节第

18、十节 机械零件的工艺性和设计机械零件的工艺性和设计的标准化的标准化机械加工工艺性上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录机械零件的工艺性机械零件的工艺性机械加工工艺性上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录机械零件的工艺性机械零件的工艺性机械加工工艺性上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录机械零件的工艺性机械零件的工艺性装配结构构工艺性上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录机械零件的工艺性机械零件的工艺性装配结构构工艺性上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录机械零件的工艺性机械零件的工艺性装配结构构工艺性上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录机械零件的工艺性机械

19、零件的工艺性装配结构构工艺性上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录铸造工艺性（1）说明：避免缩孔，减轻重量，增加强度和刚度。不合理结构改进后结构上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录铸造工艺性（2）说明：避免产生过大的内应力和出现收缩裂纹。不合理结构改进后结构上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录焊接工艺性（1）说明：不开坡口，工艺简单。不合理结构改进后结构上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录焊接工艺性（2）上图：未焊的一侧不受拉应力，焊缝受力好。下图：焊缝不在应力集中处，焊缝应力小，强度高。不合理结构改进后结构上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录模锻工艺性（1）说明：形状对称，有拔模斜度，便于锻造。不合理结构改进后结构上一页上一页下一页下一页退出退出分目录分目录模锻