第一章精密机械设计的基础知识

第一节概述第一章精密机械设计的基础知识一、设计精密机械时应满足的基本要求：功能要求；可靠性要求；精度要求；经济性要求；外观要求二、精密机械设计的一般步骤调查决策阶段研究设计阶段试制阶段投产销售阶段第二节零件的工作能力及其计算一、强度定义：零件抵抗外载荷作用的能力强度不足：断裂或塑性变形（一）载荷和应力1.静载荷和静应力

静应力σt应力极限弹性阶段比例极限p屈服阶段屈服极限s强化阶段强度极限b颈缩阶段2.变载荷和变应力

随时间做周期变化或变化缓慢的载荷和应力r=-1r=0r=≠-1变应力特性的主要参数有：在进行强度计算时，作用在零件上的载荷又可分为：（1）名义载荷：稳定和理想的工作条件下（2）计算载荷：考虑影响强度因素，提供零件的工作可靠

性，将名义载荷乘以某些系数（二）零件的整体强度零件整体抵抗载荷作用的能力判断零件强度的方法：（1）判断危险截面处的最大计算应力是否小于或等于许用应力。

强度条件：

（2）判断危险截面处的实际安全系数是否大于或等于许用安全系数。极限应力许用安全系数静应力下的强度

塑性材料:采用屈服极限作为极限应力

脆性材料：采用强度极限作为极限应力

当材料缺少屈服极限的数据，可取强度极限作为极限应力，但安全系数应取大些主要失效形式是塑性变形或断裂变应力下的强度表面无缺陷金属材料断裂主要失效形式是断裂一阶段：表面滑移形成初始裂纹二阶段：裂纹扩展以致断裂材料实际疲劳断裂过程变应力大小和循环次数疲劳极限σrN当循环特性r一定时，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力N-

σrN曲线循环基数与应力状态有关的指数疲劳曲线方程一般规定，循环次数107所对应的最大应力为疲劳极限σr：循环特性为r，对应于无限寿命区的疲劳极限。

可以作为极限应力σlim钢及铸铁材料有限寿命区无限寿命区NN0OrNrNOrNKL寿命系数，若存在N0，当N≧N0时，取值为1。

当N≦N0时，取计算值*提高零件的疲劳强度的措施：σs高，组织为细晶粒的材料；减小应力集中；改善零件表面质量；减少材料的冶金缺陷。（三）零件的表面强度表面接触强度表面磨损强度另外，还有挤压强度齿轮、滚动轴承等机械零件，都是通过很小的接触面积传递载荷的，因此它们的承载能力不仅取决于整体强度，还取决于表面的接触强度。

若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(contactstress)。这时零件强度称为接触强度。

疲劳点蚀FσH：最大接触应力或赫兹应力；

b：接触长度；

F

：作用在圆柱体上的载荷；

ρ1、ρ2：曲率半径正号用于外接触，负号用于内接触FσHE1、E2：两圆柱体材料的弹性模量其安全系数可取：表面未强化时SH=1.1～1.2；

强化时SH=1.2～1.3。判断金属表面接触疲劳强度的指标是接触疲劳极限σHlim表面接触疲劳强度的计算准则：

接触疲劳极限应力接触疲劳安全系数许用接触应力（三）零件的表面强度表面接触强度表面磨损强度另外，还有挤压强度零件的表面形状和尺寸在摩擦条件下逐渐改变的过程称为磨损以摩擦副为主要零件的机械设备，在正常运转时，机械零件的磨损过程一般可分为：Ⅰ磨合(跑合)阶段Ⅱ稳定磨损阶段Ⅲ崩溃磨损阶段（剧烈磨损阶段）零件抗磨损强度的判断p≦【p】pv≦【pv】V：接触表面的相对滑动速度(m/s)[p]：许用压强(N/mm2)[pv]：许用[pv]值二、刚度强度是指某种材料抵抗破坏的能力，即材料破坏时所需要的应力。一般只是针对材料而言的。它的大小与材料本身的性质及受力形式有关。如某种材料的抗拉强度、抗剪强度是指这种材料在单位面积上能承受的最大拉力、剪力，与材料的形状无关。

刚度指某种构件或结构抵抗变形的能力，即引起单位变形时所需要的应力。一般是针对构件或结构而言的。它的大小不仅与材料本身的性质有关，而且与构件或结构的截面和形状有关。静载荷变载荷Fλλ2λ1F1橡胶零件的载荷——变形曲线金属材料制造的零件，静刚度与动刚度的数值基本相等例：片簧的刚度计算LFλbhL——片簧的工作长度Ia

——片簧的截面惯性矩（bh3/12）h——片簧的厚度E——片簧材料的弹性模量三、振动稳定性在变载荷作用下，零件将产生机械振动，如果零件的固有频率与载荷的频率相同时，将发生共振。圆柱形拉压螺旋弹簧的固有频率：F/为螺旋弹簧的刚度；m为弹簧的质量；K与固定方法相关的系数第三节零件与机构的误差估算和精度一、零件误差与机构误差零件的误差加工误差：是指零件的实际尺寸或几何形状与理想值之间的差异。特性误差：是指零件的实际特性与理想特性之间的误差机构的误差位置误差位移误差实际机构运动精度与理想机构运动精度之间的偏差(理想机构不存在)第五节标准化、系列化、通用化标准化,系列化,通用化简称为“三化”“三化”是我国现行的一项很重要的技术政策,在机械设计中要认真惯窃执行.

标准化是指将产品(特别是零部件)的质量,规格,性能,结构等方面的技术指标加以统一规定并作为标准来执行。我国的标准已经形成一个庞大的体系,主要有国家标准,行业标准等.为了与国际接轨,我国的某些标准正在迅速向国际标准靠拢.常见的标准代号有GB——中华人民共和国国家标准JB——机械工业标准ISO——国际标准化组织标准

系列化是指对同一产品,在同一基本结构或基本条件下规定出若干不同的尺寸系列。

通用化是指在不同种类的产品或不同规格的同类产品中尽量采用同一结构和尺寸的零部件.

优点:减轻了设计工作量,有