精密机械设计基础第8章

1、1 仪器设计概述1、功能要求2、可靠性要求3、精度要求4、经济性要求5、外观要求6、其他特殊要求 第八章 精密机械设计概论一 机器设计应满足以下要求：产品是否具有创新性，很大程度上取决于原理方案设计调查研究 结构方案设计 原理方案设计总体设计施工设计试制、批量生产、销售 可行性报告设计任务书原理方案图结构设计草图 总装配图部装图、零件图技术文档二、精密机械设计的一般过程设计任务机械零件由于某种原因不能正常工作的现象。在不发生失效的条件下,零件所能安全 工作的限度失效工作能力承载能力对载荷而言2 精密机械零件的强度 机械零件设计的计算准则： 计算量许用量 例如： 强度判定条件： 工作应力许用应力

2、 刚度判定条件： 变形量许用变形量 强度工作应力许用应力载荷：作用在零件上的外力或外力矩。载荷的类型： 名义载荷计算载荷：计算载荷=载荷系数K名义载荷 应力：静载荷变载荷动载荷抵抗断裂和残余变形的能力 K1.21.5 正应力：剪应力：工作载荷：计算准则 :应力 静应力变应力稳定循环变应力不稳定变应力非对称循环变应力对称循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力 一 、应力的种类 二、 零件的整体强度: 计算准则 : 工作应力许用应力1.静应力下的强度 整体断裂(脆性材料) 过大的残余变形 （塑性材料)失效形式 塑性材料 脆性材料 lim=S （屈服极限） lim=B （强度极限）许用应力 失效形

3、式:疲劳断裂(塑、脆性材料) 2.变应力下的强度 疲劳断裂与静力断裂不同,它与应力循环次数有关. =r /S ；=r/S 疲劳极限 = ?sN疲劳曲线 机械零件的疲劳大多发生在N曲线的CD段，D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区. sN疲劳曲线 疲劳曲线 由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次N0(称为循环基数)，用N0及其相对应的疲劳极限r来近似代表ND和 r，于是有：有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限rN的关系为：式中: r、N0及m的值由材料试验确定。 sN疲劳曲线N0NNrrN无限寿命区有限寿命区应力疲劳曲线 mrN N=mrN0=Cm许用应力当应力是对称循环变化

4、时，许用应力为 当应力是脉动循环变化时，许用应力为安全系数 （查表选取）S = S1S2S3。式中，S1考虑载荷及应力计算的准确性；S2考虑材料机械性能的均匀性；S3考虑零件的重要性。 三、 机械零件的表面强度(接触强度)失效形式：疲劳点蚀 机械零件在载荷重复作用下，首先在表层内产生初始疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展，（如有润滑油，则被挤进裂纹中产生高压，使裂纹加快扩展）最终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。1.表面接触强度 接触应力的计算 由弹性力学知，当两个轴线平行的圆柱体相互接触并受压时，其接触面积为一狭长矩形，最大接触应力发生在接触区中线上，其值为

5、: 当两零件以点、线相接触时，其接触的局部会引起较大的应力。这局部的应力称为接触应力。接触应力的特点是：仅在局部很小的区域内产生很大的应力。 式中1和2 分别为两零件初始接触线处的曲率半径, 其中正号用于外接触，负号用于内接触。对于线接触的情况，其接触应力可用赫兹应力公式计算 接触疲劳强度的计算准则 影响接触疲劳强度的因素 2.表面磨损强度 磨损：运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象（零件表面破坏）耐磨性：零件抗磨损的能力 计算准则 在预定使用期限内，零件的磨损量不超过允许值。 零件磨损的三个阶段跑合磨损阶段稳定磨损阶段剧烈磨损阶段 影响磨损的因素 载荷的大小和性质、滑动速度、 润滑剂的化学性

6、质和物理性质等；四.刚度：材料抵抗弹性变形的能力失效形式：过大的弹性变形典型零部件：轴、蜗杆等计算准则： 弯曲刚度：挠度条件： y y 倾角条件： 扭曲刚度：扭角条件： j j 实际变形量许用变形量五、振动稳定性共振：振动稳定性：机器工作时振幅不能超过许可值振动稳定性准则：针对失效形式：共振产生的工作失常典型零部件：轴等 0.85f fp 或 1.15ffp 应力的种类 应力的种类 3 机械零件的常用材料及钢的热处理 1、黑色金属 铸铁：含碳量2， 灰铸铁，可锻铸铁，球墨铸铁。 钢：含碳量2（碳素钢、合金钢、铸钢） 合金钢：加入合金元素 2、 有色金属 铜(黄铜、青铜 )、铅、锰等。 3、非金

7、属 橡胶 、工程塑料 、人工合成矿物等 4、复合材料 一、机械零件的常用材料 金属材料的力学性能应力极限：1、比例极限p 3、强度极限B低碳钢的应力应变曲线力学性能指标强度塑性硬度冲击韧性 2、屈服极限s强度1弹性阶段 (oa段) 2. 屈服阶段 (ab段) 3.强化阶段 (bd段) 塑性： 伸长率； 断面收缩率 材料的和值越大，塑性越好。 5 塑性材料 5 脆性材料常用的硬度指标：布氏硬度（HBS）硬度机压头为淬火钢球，不能测太硬的材料，一般HBS450洛氏硬度 （HRC、HRB、HRA）120金刚石锥体，载荷分别为150kgf,、100kgf 、60kgf维氏硬度 （HV）136 金刚石四

8、角锥体，载荷小，5-30kgf硬度 硬度， 强度、耐磨性，但塑性冲击韧性 弹性能，材料的韧性越好。金属材料在加工和使用过程中，其力学性能受多种因素影响： 1.含碳量的影响 2.合金元素的影响 3.温度的影响 4.热处理工艺的影响常用的工程材料二、钢的热处理 目的: 1.改变金属内部结构 提高材料力学性能 2.消除内应力(加工,热处理) 方法:退火、正火、淬火、回火、表面热处理一、普通热处理1.退火 降低硬度、提高韧性、细化晶粒、消除内应力、改善切削性能2.正火 用于处理低中碳钢，代替低中碳钢的退火。提高硬度，增加韧性， 易于切削，消除内应力(不如退火)3.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4.回火 消除淬火后的内应力，以获得零件所需的性能，提高韧性正火(空冷)退火(炉冷)回火加热保温 淬火时间温度 低温回火：高强度、高硬度及良好的耐磨性、内应力及 脆性均, 刀具 中温回火：高弹性、硬度中等、内应力及脆性均较大, 弹簧 高温回火：强度、塑性、韧性都较好（综合力学性能较好） 硬度较低 ，结构件 (调质淬火+高温回火)表面硬度及耐磨性芯部韧性不变表面高硬度、耐磨性好,芯部韧性、塑性较好表面硬度、耐磨性、抗腐蚀性、疲