第6章机械零件设计和计算概论ppt课件

1、 6-1 机械零件设计概述 6-2 机械零件的任务才干准那么 6-3 许用应力和平安系数 6-4 常用资料及其选择 6-5 机械零件的工艺性和规范化根本要求根本要求: :掌握零件常见的失效方式和设计准那么掌握零件常见的失效方式和设计准那么掌握许用应力、平安系数的概念及确定方法掌握许用应力、平安系数的概念及确定方法了解零件的常用资料及性能了解零件的常用资料及性能机械设计根底机械零件设计和计算概论一、机械零件分类二、机械零件设计根本要求三、机械零件设计过程四、机械零件传统设计方法机械设计根底机械零件设计和计算概论一、机械零件分类一、机械零件分类机器：机械、机构的总称机器：机械、机构的总称构件构件运

2、动的单元运动的单元零件零件制造的单元制造的单元 机械设计根底机械零件设计和计算概论通用通用零件零件传动件：齿轮、蜗杆、带、链传动件：齿轮、蜗杆、带、链联接件：螺栓、键、花键联接件：螺栓、键、花键支承件：轴、轴承支承件：轴、轴承机械零件机械零件公用零件：水轮机叶片、活塞、曲轴公用零件：水轮机叶片、活塞、曲轴,飞机螺旋桨飞机螺旋桨 其它：联轴器、弹簧、机架其它：联轴器、弹簧、机架二、机械零件设计根本要求二、机械零件设计根本要求1、满足功能要求，可以精确实现预定的功能、满足功能要求，可以精确实现预定的功能2、任务可靠，在预定的任务期限内不能失效、任务可靠，在预定的任务期限内不能失效3、经济性要求、经

3、济性要求机械设计根底机械零件设计和计算概论三、机械零件设计过程三、机械零件设计过程v零件设计时的共性：零件设计时的共性：机械设计根底机械零件设计和计算概论v过程：过程：v1、拟订零件的设计简图、拟订零件的设计简图v2、确定载荷的大小及位置、确定载荷的大小及位置v3、选择资料、选择资料v4、根据失效方式选用断定条件，设计出零件的主要参数、根据失效方式选用断定条件，设计出零件的主要参数v5、绘制零件任务图、绘制零件任务图任务原理、构造、任务原理、构造、类型、运用场所类型、运用场所受力分析、受力分析、失效方式失效方式设计准那么、设计准那么、设计计算设计计算四、机械零件传统设计方法四、机械零件传统设计

4、方法v实际设计实际设计(半阅历设计半阅历设计)：机械设计根底机械零件设计和计算概论v类比设计：类比设计：v与已有的同类产品进展比较来设计新产品。这种方法在工与已有的同类产品进展比较来设计新产品。这种方法在工程实践中用得较多，特点是节省时间，较可靠程实践中用得较多，特点是节省时间，较可靠v阅历设计：阅历设计：v根据实际中归纳出的阅历公式和阅历数据进展设计，缺乏根据实际中归纳出的阅历公式和阅历数据进展设计，缺乏创新创新v模型实验设计：模型实验设计：v用于大型、复杂零件的设计用于大型、复杂零件的设计强度条件强度条件(或刚度或刚度) 设计计算设计计算尺寸尺寸校核计算校核计算强度条件强度条件(或刚度或刚

5、度)一、机械零件常见失效方式二、任务才干准那么三、强度准那么四、刚度准那么五、耐磨性准那么六、振动稳定性准那么七、耐热性准那么机械设计根底机械零件设计和计算概论一、机械零件常见失效方式一、机械零件常见失效方式v失效：丧失任务才干或达不到设计要求的性能，不仅仅指失效：丧失任务才干或达不到设计要求的性能，不仅仅指破坏破坏v常见主要失效方式有：常见主要失效方式有：v断裂：如轴、齿轮轮齿发生断裂断裂：如轴、齿轮轮齿发生断裂v外表点蚀：任务外表片状剥落外表点蚀：任务外表片状剥落v塑性变形：零件发生永久性变形塑性变形：零件发生永久性变形v过大弹性变形过大弹性变形v外表破坏外表破坏v过大振动和噪声、过热等过

6、大振动和噪声、过热等机械设计根底机械零件设计和计算概论v例如轴能够的失效方式：例如轴能够的失效方式：v断裂、塑性变形、过大弹性变形、断裂、塑性变形、过大弹性变形、共振共振强度问题强度问题刚度问题刚度问题耐磨性问题耐磨性问题Fn二、任务才干准那么二、任务才干准那么v任务才干：不失效条件下零件的平安任务限制任务才干：不失效条件下零件的平安任务限制v这个限制通常是以零件接受载荷的大小来表示，所以又这个限制通常是以零件接受载荷的大小来表示，所以又常称为常称为“承载才干承载才干v如：如：v吊钩最大起分量吊钩最大起分量50 kNv任务才干或承载才干任务才干或承载才干50 kN机械设计根底机械零件设计和计算

7、概论v任务才干准那么：衡量零件任务才干的目任务才干准那么：衡量零件任务才干的目的的v对零件设计，针对其主要失效方式选择适对零件设计，针对其主要失效方式选择适宜的任务才干准那么进展设计宜的任务才干准那么进展设计v详细有：强度准那么、刚度准那么、耐磨详细有：强度准那么、刚度准那么、耐磨性准那么、振动稳定性准那么、耐热性准性准那么、振动稳定性准那么、耐热性准那么那么50 kN三、强度准那么三、强度准那么v机械零件任务才干的最根本准那么机械零件任务才干的最根本准那么v强度：资料抵抗断裂或剩余变形的才干强度：资料抵抗断裂或剩余变形的才干v强度准那么：任务应力强度准那么：任务应力许用应力许用应力v 或或

8、机械设计根底机械零件设计和计算概论v针对失效方式：断裂、疲劳破坏、剩余变形针对失效方式：断裂、疲劳破坏、剩余变形v典型零部件：轴、齿轮、典型零部件：轴、齿轮、 带轮等带轮等Slim 正应力：正应力：Slim 剪应力：剪应力：极限应力极限应力四、刚度准那么四、刚度准那么v刚度：资料抵抗弹性变形的才干刚度：资料抵抗弹性变形的才干v刚度准那么：实践变形量刚度准那么：实践变形量许用变形量许用变形量v弯曲刚度：挠度条件：弯曲刚度：挠度条件： y y v 倾角条件：倾角条件： v扭曲刚度：扭角条件：扭曲刚度：扭角条件：j j机械设计根底机械零件设计和计算概论v针对失效方式：过大的弹性变形针对失效方式：过大

9、的弹性变形v典型零部件：轴、蜗杆等典型零部件：轴、蜗杆等五、耐磨性准那么五、耐磨性准那么v耐磨性：零件抗磨损的才干耐磨性：零件抗磨损的才干v磨损是相当复杂的物理化学过程磨损是相当复杂的物理化学过程v影响磨损的要素包括载荷的大小和性质、滑动速度、光滑影响磨损的要素包括载荷的大小和性质、滑动速度、光滑剂的化学性质和物理性质等剂的化学性质和物理性质等v详细有：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、冲详细有：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损、微动磨损蚀磨损、微动磨损v耐磨性准那么：耐磨性准那么： vP 机械设计根底机械零件设计和计算概论v针对失效方式：零件外表破坏针对失效方式：零件外

10、表破坏v典型零部件：齿轮、轴承、链等典型零部件：齿轮、轴承、链等六、振动稳定性准那么六、振动稳定性准那么v共振：当机器的自振频率与周期性干扰力变化频共振：当机器的自振频率与周期性干扰力变化频率一样或整数倍时，就会发生共振，此时振幅急率一样或整数倍时，就会发生共振，此时振幅急剧增大，导致零件破坏或机器任务条件失常等剧增大，导致零件破坏或机器任务条件失常等v振动稳定性：机器任务时振幅不能超越答应值振动稳定性：机器任务时振幅不能超越答应值v振动稳定性准那么：振动稳定性准那么：0.85f fp 或或 1.15ffp机械设计根底机械零件设计和计算概论v针对失效方式：共振产生的任务失常针对失效方式：共振产

11、生的任务失常v典型零部件：轴等典型零部件：轴等七、耐热性准那么七、耐热性准那么v高温引起承载才干降低、蠕变，也会呵斥热变形、高温引起承载才干降低、蠕变，也会呵斥热变形、附加热应力，破坏正常的光滑条件，改动零件间附加热应力，破坏正常的光滑条件，改动零件间的间隙，降低精度等的间隙，降低精度等v耐热性准那么：任务温度低于许用值耐热性准那么：任务温度低于许用值机械设计根底机械零件设计和计算概论v针对失效方式：高温引起的光滑不良、蠕变针对失效方式：高温引起的光滑不良、蠕变v典型零部件：蜗杆、齿轮、滑动轴承等典型零部件：蜗杆、齿轮、滑动轴承等一、载荷二、应力三、极限应力四、许用应力和平安系数机械设计根底机

12、械零件设计和计算概论一、载荷一、载荷v载荷：作用于零件上的力或力矩载荷：作用于零件上的力或力矩v任务载荷：机器正常任务时所受的实践载荷任务载荷：机器正常任务时所受的实践载荷 v名义载荷：理想任务条件下的载荷名义载荷：理想任务条件下的载荷v计算载荷：作用于零件的实践载荷，思索各种附加载荷计算载荷：作用于零件的实践载荷，思索各种附加载荷v计算载荷计算载荷=K 名义载荷名义载荷机械设计根底机械零件设计和计算概论载荷系数载荷系数二、应力二、应力v静应力：不随时间改动或变化缓慢的应力静应力：不随时间改动或变化缓慢的应力v变应力：随时间作周期性或非周期性变化的应力变应力：随时间作周期性或非周期性变化的应力

13、v变应力：稳定变应力随时间作周期性、不稳定变应变应力：稳定变应力随时间作周期性、不稳定变应力非周期性循环变应力力非周期性循环变应力机械设计根底机械零件设计和计算概论v稳定变应力：对称循环变应力、稳定变应力：对称循环变应力、脉动循环变应力、非对称循环变脉动循环变应力、非对称循环变应力应力t tminmaxm应力参数应力参数v以正应力以正应力s为例为例v最大应力最大应力: smax= sm+sav最小应力最小应力: sminv应力幅应力幅: sa机械设计根底机械零件设计和计算概论v平均应力平均应力: smv循环特征循环特征: r2minmaxa2minmaxmmaxminr11 rt minmax

14、mm静应力静应力v应力表达：应力表达： s+1 t+1 v最大应力最大应力: smaxv最小应力最小应力: sminv应力幅应力幅: sav平均应力平均应力: smv循环特征循环特征: r机械设计根底机械零件设计和计算概论t mm0amminmax1r脉动循环变应力脉动循环变应力v应力表达：应力表达： s0 t0 v最大应力最大应力: smaxv最小应力最小应力: sminv应力幅应力幅: sav平均应力平均应力: smv循环特征循环特征: r机械设计根底机械零件设计和计算概论mmt 0min 2max ma0 r对称循环变应力对称循环变应力v应力表达：应力表达： s-1 t-1 v最大应力最

15、大应力: smaxv最小应力最小应力: sminv应力幅应力幅: sav平均应力平均应力: smv循环特征循环特征: r机械设计根底机械零件设计和计算概论tminmax 0 m 1 rminmax a三、极限应力三、极限应力1 静应力下的极限应力静应力下的极限应力与资料性能有关与资料性能有关脆性资料取强度极限脆性资料取强度极限sB(tB)机械设计根底机械零件设计和计算概论v塑性资料取屈服极限塑性资料取屈服极限sS(tS)BBe e 玻璃钢玻璃钢灰口铸铁灰口铸铁e e ppSSBBA AB BCDE2 变应力下的极限应力变应力下的极限应力v疲劳极限：根据防疲劳断裂的准疲劳极限：根据防疲劳断裂的准

16、那么确定那么确定v资料经过资料经过N0次应力循环不发生次应力循环不发生破坏的应力最大值破坏的应力最大值sr(tr)机械设计根底机械零件设计和计算概论v各种资料的各种资料的sr可从有关手册中查取可从有关手册中查取0NNNrNr有限寿命区无限寿命区四、许用应力和平安系数四、许用应力和平安系数 v许用应力：设计零件时许用应力：设计零件时所根据的条件应力所根据的条件应力机械设计根底机械零件设计和计算概论v平安系数平安系数许用应力许用应力构造笨重构造笨重v平安系数平安系数许用应力许用应力不够平安不够平安SlimSlim许用应力许用应力极限应力极限应力平安系数平安系数许用应力确定许用应力确定 1 查许用应

17、力表查许用应力表根据实际阅历制成表格选取根据实际阅历制成表格选取机械设计根底机械零件设计和计算概论2 部分系数法部分系数法S=S1S2S3S1：计算载荷和应力准确性系数：计算载荷和应力准确性系数11.5)S2：资料的均匀系数铸铁：资料的均匀系数铸铁:1.52.5,钢钢:1.21.5S3：零件重要性系数：零件重要性系数11.5)一、常用资料二、热处置方法三、资料力学性能目的四、资料选择原那么机械设计根底机械零件设计和计算概论一、常用资料一、常用资料常用零件资料的力学性能等级和牌号常用零件资料的力学性能等级和牌号1 铸铁：含铸铁：含2.06易成型、价廉、吸振、可靠性差易成型、价廉、吸振、可靠性差灰

18、铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁2 钢：含量钢：含量1.4常用常用碳素钢：含、量不同普通碳素钢、优质碳素钢碳素钢：含、量不同普通碳素钢、优质碳素钢合金钢：综合机械性能好，但较贵合金钢：综合机械性能好，但较贵合金钢的优良性能取决于化学成份及热处置合金钢的优良性能取决于化学成份及热处置铸钢：含铸钢：含0.150.6易成型易成型3 有色金属合金：有特殊性能，价昂有色金属合金：有特殊性能，价昂少用少用铝合金、铜合金黄铜、青铜、轴承合金铝合金、铜合金黄铜、青铜、轴承合金4 非金属资料：非金属资料：工程塑料、橡胶、烧结资料、复合资料工程塑料、橡胶、烧结资料、复合资料机械设计根底机械零件设

19、计和计算概论二、热处置方法二、热处置方法1 退火2 正火3 淬火4 回火5 外表热处置机械设计根底机械零件设计和计算概论热处置比较热处置比较1 退火退火降低硬度、提高韧性、细化晶降低硬度、提高韧性、细化晶粒、消除内应力粒、消除内应力2 正火正火用于处置低中碳钢，替代低中用于处置低中碳钢，替代低中碳钢的退火。提高硬度，添碳钢的退火。提高硬度，添加韧性，加韧性， 易于切削，减少应易于切削，减少应力力机械设计根底机械零件设计和计算概论3 淬火蘸火淬火蘸火提高硬度和耐磨性、但内应力增大，会发脆，应再回火提高硬度和耐磨性、但内应力增大，会发脆，应再回火4 回火回火 消除淬火后的内应力，以获得零件所需的性

20、能，提高韧性消除淬火后的内应力，以获得零件所需的性能，提高韧性低温回火：高强度、高硬度及良好的耐磨性低温回火：高强度、高硬度及良好的耐磨性中温回火：高弹性、硬度中等中温回火：高弹性、硬度中等高温回火：强度、塑性、韧性都较好高温回火：强度、塑性、韧性都较好(调质调质淬火淬火+高温高温回火回火)正火正火(空冷空冷)退火退火(炉冷炉冷)回火回火加热加热保温保温 淬火淬火时间时间温度温度外表热处置外表热处置v外表热处置：外表增硬，芯部韧外表热处置：外表增硬，芯部韧v外表淬火法火焰加热、感应加热外表淬火法火焰加热、感应加热v化学热处置渗碳、氮化、氰化化学热处置渗碳、氮化、氰化.机械设计根底机械零件设计和计算概论三、资料力学性能目的三、资料力学性能目的v弹性极限：弹性极限：sPv抗拉强度：抗拉强度：sB v屈服强度：屈服强度：sS ( s0.2 )机械设计根底机械零件设计和计算概论v硬度：硬度：vHBS:布氏硬度布氏硬度v硬度机压头为淬火钢球，不能测太硬的资料，普通硬度机压头为淬火钢球，不能测太硬的资料，普通HBS450vHRC、HRB、HRA:洛氏硬度洛氏硬度v120金刚石锥体，载荷金刚石锥体，载荷150kgf,不能册硬、脆的薄层零件不能册硬、脆的薄层零件vHV:维氏硬度维氏硬度v 金