孙志礼 机械设计课件01第一章机械设计

第一章机械设计的基础知识第一节概述第十节机械零件的工艺性和设计的标准化第九节机械零件的材料及选用原则第八节双向变应力下机械零件的疲劳强度计算第七节规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算第六节非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算第五节对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算第四节静应力下机械零件的强度计算第三节机械零件的主要失效形式及计算准则第二节机械零件设计的一般步骤

本章目录上一页下一页退出总目录机械:第一节概述原动机传动机工作机控制器机械零件：制造单元构件：运动单元通用零件专用零件概述一、机械设计的一般程序制定设计工作计划方案设计技术设计施工设计试制、试验、鉴定定型产品设计二、机器应满足的基本要求1.具有预定功能的要求2.经济性要求3.安全性要求4.可靠性要求5.操作使用方便的要求三、本课程的内容、性质和任务内容:机械设计的基础知识联接零件设计：螺纹联接、键轴系零部零件设计：轴、滚动轴承、滑动轴承、联轴器、离合器

其他零部零件设计：弹簧机械设计新方法传动零件设计：带、链、齿轮、蜗杆本课程的性质:专业技术基础课本课程的任务:使学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本技能第一节概述第二节机械零件设计的一般步骤类型选择受力分析选择材料确定计算准则理论设计计算结构设计精确校核绘制零件工作图编写设计计算说明书‘第三节机械零件的主要失效形式及计算准则1.整体断裂2.表面破坏3.变形量过大4.功能失效一、机械零件的主要失效形式二、机械零件的计算准则1.强度准则2.刚度准则3.寿命准则4.耐磨性准则5.振动稳定性准则第四节静应力机械零件的强度计算一、载荷及应力的分类1.载荷的分类①静载荷与变载荷②名义载荷与计算载荷名义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公式名义载荷P、M、T、F计算载荷2.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tσo不随时间变化或缓慢变化。σmax=σmin=σmσa=0静应力:第四节静应力机械零件的强度计算σtoσmaxσmσmin稳定变应力第四节静应力机械零件的强度计算稳定变应力脉动循环r=0对称循环r=－1非对称循环－1<r<1σm=σa=σmax/2,σmin=0σmax=σa=－σmin,σm=0σmax=σm+σaσmin=σm－σaσtoσtoσto第四节静应力机械零件的强度计算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周期第四节静应力机械零件的强度计算二、静应力下机械零件的强度判据三、极限应力塑性材料：脆性材料：第四节静应力机械零件的强度计算四、计算应力常用到第一、三、四强度理论静应力机械零件的强度计算五、许用安全系数与许用应力原则：不同的机器制造部门，常制定有自己的许用安全系数或许用应力规范。在保证机器安全可靠的前提下,尽可能减小许用安全系数或提高许用应力。无规范可循时，可参照表1-3塑性材料脆性材料σs/σB0.45~0.550.55~0.70.7~0.9铸件[S]1.2~1.51.4~1.81.7~2.21.6~2.53~4说明如载荷和应力的计算不十分准确时,[S]值加大20%~50%计算不十分准确时.[S]值加大50%~100%许用安全系数与许用应力第五节对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算一、疲劳曲线及疲劳极限疲劳断裂的三个阶段：1.形成初始裂纹2.裂纹扩展3.瞬断疲劳破坏的特点：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；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。3.循环应力远小于材料的静强度极限；有限寿命区无限寿命区ABCσ－1疲劳曲线（HB≤350）（HB≤350）注意:1.N>N0KN=1；2.m由疲劳曲线决定。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;4.近似的疲劳曲线.Nσ－1No1031070.5σB0.9σB近似的疲劳曲线二、影响零件疲劳强度的因素1.应力集中2.绝对尺寸3.表面状态σ－1（103）cσ－1cA有限寿命区无限寿命区BCσ－1σ－1（103）103三对称循环应力下疲劳强度计算三对称循环应力下疲劳强度计算三对称循环应力下疲劳强度计算无限寿命疲劳强度计算：三对称循环应力下疲劳强度计算有限寿命疲劳强度计算：第六节非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算Bam-10/2BCA45°45°O0/2一、疲劳极限线图不同r下疲劳极限值sDECA45°45°O0/2-10/2上一页下一页退出谢林森折线图非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算直线AE方程：直线DE方程：将平均应力折合为应力幅的等效系数OD非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算直线A'E'方程零件疲劳极限线图二、非对称循环应力下疲劳强度计算sDECA45°Oa-1M2M1maE'N1M1(rm,ra)A'BMNC'(m,a)O非对称循环应力下疲劳强度计算非对称循环应力下疲劳强度计算非对称循环应力下疲劳强度计算零件疲劳强度为：零件静强度为：以上为非对称循环应力下，零件无限寿命疲劳强度计算非对称循环应力下疲劳强度计算非对称循环应力下零件有限寿命计算：计算思想：将r化为r=-1，引入等效应力一线性疲劳损伤积累理论第七节规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算Nmaxn44321n2n1n3OABCσ-1N2N1N3上一页下一页退出分目录线性疲劳损伤积累理论二规律性非稳定应力下的疲劳强度计算上一页下一页退出分目录如果材料没达到破坏任选一应力水平为基准,如选(1-37)(1-38)(1-39)上一页下一页退出(1-40)(1-41)规律性非稳定应力下的疲劳强度计算第八节双向变应力下机械零件的疲劳强度计算

ABOM’M双向变应力下机械零件的疲劳强度计算第九节机械零件的材料及选用原则1使用要求2工艺要求3经济性要求满足机械零件的使用要求机械零件的使用要求一般包括以下几个方面：1)承受零件工作裁荷的能力，如强度、刚度等；2)在零件工作条件下．保持足够使用性能的能力，如机械零在一定的运动速度、工作环境(温度、潮湿、腐蚀性等)中能保持原有性能的能力；3)长期可靠地维持原有工作性能的能力，如机械零件的疲劳寿命、耐磨性、可靠性等；4)特殊要求，如重量、美观等。满足使用要求的选材和热处理方法要满足使用要求，设计者需根据具体要求进行分析，选择材料和热处理。如：要求受力较大、有较大冲击裁荷，而且要求重量轻的零件，应采用高强度合金钢制造，并经过热处理；要求耐磨性好的摩擦副，应采用淬火钢与铜合金相配；要求精度高的零件，应采用尺寸稳定性好的合金钢制造，如合金工具钢。满足工艺性要求在满足使用要求的前提下，考虑机械零件的毛坯制造、机械加工和修理方便，按照机械零件的形状复杂程度、生产批量和各种制造方法的特点，选择机械零件的材料，设计它的结构。如：生产批量较大，形状复杂的机座，可采用铸铁件；受力较大时应采用铸钢件；生产批量较小，则以选用型钢或型钢与铸钢组合焊接件较合理；如果材料为有色金屑，生产批量很大，可以考虑采用压铸件。不同加工方法杠杆的结构形状热处理机械零件性能的影响热处理对改善机械零件的性能有很大的作用，必须按照使用和工艺要求，综合考虑，选择材料和热处理。如：滚动导轨要求有很高的表面硬度，可以采用20钢渗碳淬火，或40Cr钢整体淬火，38CrMoAlA渗氮处理。20钢比40Cr钢容易进行机械加工，渗碳淬火热处理工艺比较复杂，38CrMoAlA渗氮处理变形较小，但硬化层较薄，不适用于承受较大冲击载荷的场合因此应按具体情况选择。满足经济性要求在选择材料时，应该考虑：材料价格不同材料的加工(包括热处理)成本由于加工困难引起的废品率增加是否能够及时供应采用组合结构以节约合金钢和有色金属（贵重）例如：蜗轮轮缘用铜合金制造，轮芯采用铸铁或碳钢制造，以节约贵重金属。采用塑料塑料零件重量轻、加工方便、耐腐蚀、利于大量生产、弹性较大，可以设计成具有特殊性能的零件结构。第十节机械零件的工艺性和设计的标准化

一、机械零件的工艺性在一定的生产规模和生产条件下，花费劳动量最小，加工、装配及维修费用最少，这样的零件就认为具有良好的工艺性。要求：造型简单合理合理选择毛坯种类铸件结构的工艺性机械加工工艺性零部件的装配工艺性零部件的维修工艺性第十节机械零件的工艺性和设计的标准化

机械加工工艺性机械零件的工艺性机械加工工艺性机械零件的工艺性机械加工工艺性机械零件的工艺性装配结构构工艺性机械零件的工艺性装配结构构工艺性机械零件的工艺性装配结构构工艺性机械零件的工艺性装配结构构工艺性铸造工艺性（1）说明：避免缩孔，减轻重量，增加强度和刚度。不合理结构改进后结构铸造工艺性（2）说明：避免产生过大的内应力和出现收缩裂纹。不合理结构改进后结构焊接工艺性（1）说明：不开坡口，工艺简单。不合理结构改进后结构焊接工艺性（2）上图：未焊的一侧不受拉应力，焊缝受力好。下图：焊缝不在应力集中处，焊缝应力小，强度高。不合理结构改进后结构模锻工艺性（1）说明：形状对称，有拔模斜度，便于锻造。不合理结构改进后结构模锻工艺性（2）说明：正确选择分模线，便于锻造。不合理结构改进后结构热处理工艺性（1）说明：将尖角、棱角倒圆或倒角，可减小应力集中，避免淬火时裂纹。不合理结构改进后结构热处理工艺性（2）说明：加开工艺孔，减轻剖面厚薄不均的程度，减小淬火时变形。不合理结构改进后结构装配工艺性（2）说明：避免两平面或园柱面同时接触，既可以降低非配合面的加工精度，又方便装拆。不合理结构改进后结构二机械设计中的标准化在不同类型、不同规格、不同用途的各种机械中，有许多零件是相同的。将这些零件按照尺寸、结构、材料、检验等要求加以标准化、系列化和通用化，使之成为设计者共同遵守的准则。