第9章机械设计基础答案及课件

机械设计基础（二）开课单位：机械基础中心主讲老师刘卫参考书目1.《机械设计基础》杨可桢、程光蕴主编.高等教化出版社.第五版2.《机械设计课程设计》陈秀宁、施高义主编.高等教化出版社.其次版1、学期成果评定：2、课程要求：A：独立完成作业B：按时交作业，迟交无成果C：作业总量不足2/3，取消考试资格D：点名3次不到者取消考试资格F:周三下午3:30～5:30主楼237答疑联系电话:6576370A：期末考试成果（70％）B：课后作业（20％）C：试验成果（10％）机械设计实例第9章机械零件设计概论§9-1机械零件设计概述一、机械设计应满足的要求在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在预定运用期限内平安牢靠、操作便利、修理简洁和造型美观等。概括为：所设计的机械零件既要工作牢靠，又要成本低廉。二、机械零件的失效1、失效：机械零件由于某种缘由不能正常工作时，称为失效。2、工作实力：在不发生失效的条件下，零件所能平安工作的限度，称为工作实力。通常此限度是对载荷而言，又称为承载实力。三、机械零件失效的缘由1、断裂或塑性变形2、过大的弹性变形3、工作表面的过度磨损或损伤4、发生猛烈的振动5、连接的松弛6、摩擦传动的打滑四、机械零件工作实力的判定条件计算量≤许用量工作实力计算准则五、机械零件设计的步骤1、拟定零件的计算简图；2、确定作用在零件上的载荷；3、选择合适的材料；4、依据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定条件，确定零件的形态和尺寸；5、绘制工作图并标注必要的技术条件。以上过程为设计计算，反之为校核计算。§9-2机械零件的强度一、强度概论1、名义载荷：在志向的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。2、载荷系数K：综合考虑零件在实际工作中承受的各种附加载荷所引入的系数。3、计算载荷：载荷系数与名义载荷的乘积。4、名义应力与计算应力依据名义载荷用力学公式求得的应力称为名义应力；依据计算载荷求得的应力称为计算应力。5、强度条件σ≤[σ]σ－计算正应力[σ]=σlim/S，零件材料的许用正应力τ≤[τ]τ－计算切应力[τ]=τlim/S，零件材料的许用切应力σlim、τlim分别为极限正应力和极限切应力；S－为平安系数二、应力的种类静应力：不随时间变更的应力变应力：随时间变更的应力循环变应力：具有周期性的变应力非循环变应力：不具有周期性的变应力σtOσmaxσtσminσaσmOT变应力的描述参数：最大应力σmax

最小应力σmin

平均应力σm

应力幅σa

循环特性r

r

＝－1，对称循环变应力r

＝0，脉动循环变应力r

＝＋1，静应力-1<r<1，非对称循环变应力。σtTTσmaxσtσminσaσmOT三、静应力条件下的许用应力1、静应力下零件的失效形式：

脆性材料：断裂塑性材料：塑性变形2、静应力下的许用应力：塑性材料：取材料的屈服极限σS

作为极限应力脆性材料：取材料的强度极限σB

作为极限应力四、变应力条件下的许用应力1、变应力下零件的失效形式：疲惫断裂疲劳断裂断口形式其它断裂断口形式其特征为：①疲惫断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低；②不管脆性材料或塑性材料，其疲惫断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂；③疲惫断裂是损伤的积累，它的初期现象是在零件的表面或表层形成微裂纹，这种裂纹随着应力循环次数的增加而渐渐扩展，直至余下的未裂开的截面积不以承受外载荷时，零件就突然断裂。疲惫断裂与应力循环次数（即运用期限或寿命）亲密相关。2、疲惫曲线疲惫曲线：表示应力σ与应力循环次数N之间的关系曲线N0－循环基数σr－材料的疲惫极限通常，用σ-1表示材料在对称循环变应力下的弯曲疲惫极限。疲惫曲线的左半部（N<N0）可用如下方程表示：式中：σ-1N为对应于循环次数N的疲惫极限，C为常数，m为随应力状态而不同的幂指数，钢制材料弯曲时m=9。从上式可求得对应于循环次数N的弯曲疲惫极限kN——寿命系数3、变应力下的许用应力变应力下，取材料的疲惫极限作为极限应力。同时还应考虑零件的切口和沟槽等界面尺寸突变、确定尺寸和表面状态等影响，引入有效应力集中系数kσ、尺寸系数εσ和表面状态系数β等。对称循环变应力下，许用应力：脉动循环变应力下，许用应力：式中：S为平安系数；为材料的脉动循环疲惫极限；kσ、εσ及β的数值可在材料力学或有关设计手册中查得。五、平安系数依据上式可知，平安系数定得正确与否对零件尺寸有很大的影响。假如平安系数定得过大将使结构笨重；假如定得过小，又可能担忧全。依据运用的部门不同，接受查表法。没有特地的表格时，可参考下述原则选择平安系数。1、静应力下（1）塑性材料：一般状况下：S=1.2~1.5；塑性较差的材料（σS/σB>0.6）或铸钢件S=1.5~2.5。（2）脆性材料：S=3~4。2、变应力下S=1.3~1.7；若材料不够匀整、计算不够精确取S=1.7~2.5。§9-3机械零件的接触强度一、强度分类：

整体强度：零件受载时是在较大体积内产生的应力，这种应力状态下的零件强度称为整体强度。

接触强度：零件在受载前是点或线接触，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，这时零件的强度称为接触强度。机械零件在周期性接触应力的作用下，首先在表层产生初始疲惫裂纹，然后裂纹渐渐扩展，最终使表层金属呈小片剥落下来，而在零件表面形成一些小坑，这种现象称为疲惫点蚀。接触应力作用