考研东北大学827机械设计课件第八章机械设计

第八章机械设计概述下一页退出第一节机械零件的主要失效形式第七节机械零件的工艺性及标准化第六节机械零件的常用材料第五节摩擦、磨损和润滑基础第四节机械零件的强度第三节机械零件设计的一般步骤第二节机械零件的工作能力及工作能力准则本章目录1.整体断裂:静强度断裂、疲劳强度断裂3.磨损：零件表面精度、尺寸、形貌改变4.过大的弹性变形：零件或机器不能正常工作5.功能失效----带传动打滑、螺栓联接松动2.塑性变形：造成零件的尺寸、形状发生改变，零件丧失工作能力第一节

机械零件的主要失效形式失效：在规定的时间和使用期间内，机械零件不能完成规定功能。失效样例——整体断裂轮齿过载断裂轴的疲劳断裂第一节

机械零件的主要失效形式失效样例——塑性变形齿轮轮齿的塑性变形第一节

机械零件的主要失效形式失效样例——磨损齿轮轮齿表面的磨损磨料磨损胶合第一节

机械零件的主要失效形式一、强度准则第二节机械零件的工作能力及工作能力准则工作能力（承载能力）：机械零件在规定的使用期间内，不发生失效的安全工作限度。强度：机械零件抵抗破坏的能力强度不够：

整体断裂塑性变形二、刚度准则刚度：机械零件抵抗弹性变形的能力第二节机械零件的工作能力及工作能力准则三、耐磨性准则耐磨性：机械零件抵抗磨损失效的能力第二节机械零件的工作能力及工作能力准则四、振动稳定性准则固有频率(自振频率)fp：机械结构的固有特性。激励：周期变化的载荷，频率f。齿轮的啮合力、旋转构件的偏心质量等。第二节机械零件的工作能力及工作能力准则第三节机械零件设计的一般步骤建立计算模型受力分析确定计算准则选择材料确定主要几何尺寸确定零件结构尺寸绘零件图编写说明书第四节机械零件的强度一、载荷的分类1.静载荷与变载荷2.名义载荷与计算载荷强度的计算方法—静强度计算和疲劳强度计算名义载荷、计算载荷原动机传动机工作机额定功率在理想工作条件工作阻力力学计算得名义载荷P、M、T、F计算载荷：载荷系数K×名义载荷第四节机械零件的强度二

、应力的分类应力静应力不随时间变化或缓慢变化变应力稳定变应力非稳定变应力有规律非稳定变应力无规律非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应力第四节机械零件的强度tσoσmax特征σmax=σmin=σm

σa=0r=+1第四节机械零件的强度静应力不随时间变化或缓慢变化稳定变应力变应力：随时间变化的应力σtOσmaxσmσminσa第四节机械零件的强度稳定变应力脉动循环r=0对称循环r=－1非对称循环－1<r<1σt0σt0σm=σa=σmax/2

σmin=0σmax=σa=-σminσm=0σmax=σm+σaσmin=σm－σa下一页退出分目录上一页σt0非稳定变应力有规律非稳定变应力无规律非稳定变应力σotσot周期非稳定变应力第四节机械零件的强度三、静应力下零件的强度计算失效形式：塑性变形、断裂安全系数S的确定：查表法、部分系数法第四节机械零件的强度四、变应力下零件的疲劳强度计算疲劳断裂的三个阶段：1.形成初始裂纹2.裂纹扩展3.瞬断1疲劳疲劳源疲劳区瞬断区金属宏观疲劳断口第四节机械零件的强度疲劳破坏的特点：1.循环应力多次反复作用下产生；2.无宏观的、明显的塑性变形迹象；3.循环应力远小于材料的静强度极限；4.对材料的组成、零件的形状、尺寸、表面状态、使用条件非常敏感。第四节机械零件的强度2材料的疲劳曲线和疲劳极限有限寿命区N<N0无限寿命区

N>N0ABCσr第四节机械零件的强度注意:1.N>N0取N=N0，KN=1，为无限寿命设计；

N≤N0

KN≥1，为有限寿命设计。2.m由材料疲劳曲线决定常数。一般设计中，钢制零件受弯曲应力，m=9;3.N0<103按静应力问题处理。2材料的疲劳曲线和疲劳极限第四节机械零件的强度3机械零件的疲劳强度计算

对于对称循环，r=-1第四节机械零件的强度五、零件的接触疲劳强度

1、整体强度2、接触应力3、接触强度接触应力作用下的失效形式：接触疲劳破坏4、点蚀及影响点蚀形成的主要因素：接触应力的大小第四节机械零件的强度赫兹公式第四节机械零件的强度一、常见的几种摩擦状态干摩擦边界摩擦液体摩擦混合摩擦第五节摩擦、磨损和润滑基础二、金属表面的磨损1.磨料磨损第五节摩擦、磨损和润滑基础2.粘着磨损热胶合冷胶合第五节摩擦、磨损和润滑基础3.接触疲劳磨损齿面点蚀齿面剥落第五节摩擦、磨损和润滑基础4.腐蚀磨损齿面腐蚀第五节摩擦、磨损和润滑基础1.润滑剂的作用减少摩擦、降低磨损、防锈、降温冷却、润滑2.润滑剂的种类

液体：润滑油（矿物油、合成油、动植物油）、水（乳化液、水-乙二醇）；

半固体：润滑脂（锂基脂、脲基脂、工业凡士林）；

固体：石墨、二流化钼、聚四氟乙烯

气体：空气、氮、氢等（气体动力轴承）第五节摩擦、磨损和润滑基础三、润滑剂及其主要性能第五节摩擦、磨损和润滑基础3.

润滑油的性质

粘度倾点闪点粘温特性粘压特性，油性，极压性等4.

润滑脂的性质

针入度表示润滑脂内阻力的大小和流动的强弱滴点油性，极压性等第五节摩擦、磨损和润滑基础5.

添加剂作用:可使润滑剂的机械性能发生根本性的变化分类影响润滑剂物理性能：增粘剂、降凝剂、抗泡剂、粘度指数改进剂等影响润滑剂化学性能：抗氧剂、防锈剂、油性剂、清净分散剂、极压抗磨剂等第六节机械零件的常用材料一、钢结构钢、工具钢、特殊钢分类碳素钢、合金钢低碳钢、中碳钢、高碳钢普通碳素结构钢---Q235A.F优质碳素结构钢---35、45、50、55合金结构钢---------加入Cr、Mo、Ni、Si、Ti、Mn等合金元素改善钢的机械性能和热处理性能。铸钢---ZG270-500二、铸铁第六节机械零件的常用材料性能：良好的铸造性、切削加工性、抗压性、耐磨性、减振性分类灰铸铁-----HT200球墨铸铁-----QT500-7第六节机械零件的常用材料三、有色金属合金主要用来制造承受摩擦的零件，如轴承合金四、非金属材料主要有橡胶、塑料、皮革、压纸板等五、钢的热处理用来改善物理和机械性能第六节机械零件的常用材料1使用要求2工艺要求3经济性要求六、选用材料的要求：第七节机械零件的工艺性及标准化一、零件结构的工艺性在满足使用要求的前提下，制造和装配的时间、劳动量、费用最少。合理的毛坯种类结构简单合理、便于制造、装配合理的制造精度和表面粗糙度精加工段粗加工段装有轴承的长孔第七节机械零件的工艺性及标准化机体上安装零件的凸台高度一致高度不一致第七节机械零件的工艺性及标准化第七节机械零件的工艺性及标准化第七节