机械零件设计和计算准则

第6章机械零件设计和计算概论6-1机械零件设计概述6-2机械零件的工作能力准则6-3许用应力和安全系数6-4常用材料及其选择6-5机械零件的工艺性和标准化基本要求:掌握零件常见的失效形式和设计准则掌握许用应力、安全系数的概念及确定方法了解零件的常用材料及性能机械设计基础——机械零件设计和计算概论6-1机械零件机械零件设计概述一、机械零件分类二、机械零件设计基本要求三、机械零件设计过程四、机械零件传统设计方法机械设计基础——机械零件设计和计算概论一、机械零件分类机器：机械、机构的总称构件——运动的单元零件——制造的单元机械设计基础——机械零件设计和计算概论通用零件传动件：齿轮、蜗杆、带、链联接件：螺栓、键、花键支承件：轴、轴承机械零件专用零件：水轮机叶片、活塞、曲轴,飞机螺旋桨其它：联轴器、弹簧、机架二、机械零件设计基本要求1、满足功能要求，能够准确实现预定的功能2、工作可靠，在预定的工作期限内不能失效3、经济性要求机械设计基础——机械零件设计和计算概论三、机械零件设计过程零件设计时的共性：机械设计基础——机械零件设计和计算概论过程：1、拟订零件的设计简图2、确定载荷的大小及位置3、选择材料4、根据失效形式选用判定条件，设计出零件的主要参数5、绘制零件工作图工作原理、结构、类型、应用场合受力分析、失效形式设计准则、设计计算四、机械零件传统设计方法理论设计(半经验设计)：机械设计基础——机械零件设计和计算概论类比设计：与已有的同类产品进行比较来设计新产品。这种方法在工程实际中用得较多，特点是节省时间，较可靠经验设计：根据实践中归纳出的经验公式和经验数据进行设计，缺乏创新模型实验设计：用于大型、复杂零件的设计强度条件(或刚度)设计计算尺寸校核计算强度条件(或刚度)五、机械零件现代设计方法优化设计：机械设计基础——机械零件设计和计算概论模拟设计：有限元优化与仿真结合CAD/CAM6-2机械零件的工作能力准则一、机械零件常见失效形式二、工作能力准则三、强度准则四、刚度准则五、耐磨性准则六、振动稳定性准则七、耐热性准则机械设计基础——机械零件设计和计算概论一、机械零件常见失效形式失效：丧失工作能力或达不到设计要求的性能，不仅仅指破坏常见主要失效形式有：断裂：如轴、齿轮轮齿发生断裂表面点蚀：工作表面片状剥落塑性变形：零件发生永久性变形过大弹性变形表面破坏过大振动和噪声、过热等机械设计基础——机械零件设计和计算概论例如轴可能的失效形式：断裂、塑性变形、过大弹性变形、共振强度问题刚度问题耐磨性问题Fn二、工作能力准则工作能力：不失效条件下零件的安全工作限度这个限度通常是以零件承受载荷的大小来表示，所以又常称为“承载能力”如：吊钩最大起重量——50kN工作能力或承载能力——50kN机械设计基础——机械零件设计和计算概论工作能力准则：衡量零件工作能力的指标对零件设计，针对其主要失效形式选择适合的工作能力准则进行设计具体有：强度准则、刚度准则、耐磨性准则、振动稳定性准则、耐热性准则50kN三、强度准则机械零件工作能力的最基本准则强度：材料抵抗断裂或残余变形的能力强度准则：工作应力≤许用应力 σ≤[σ]或τ≤[τ]机械设计基础——机械零件设计和计算概论针对失效形式：断裂、疲劳破坏、残余变形典型零部件：轴、齿轮、带轮等正应力：剪应力：极限应力四、刚度准则刚度：材料抵抗弹性变形的能力刚度准则：实际变形量≤许用变形量弯曲刚度：挠度条件：y≤[y]倾角条件：θ≤[θ]扭曲刚度：扭角条件：j≤[j]机械设计基础——机械零件设计和计算概论针对失效形式：过大的弹性变形典型零部件：轴、蜗杆等五、耐磨性准则耐磨性：零件抗磨损的能力磨损是相当复杂的物理化学过程影响磨损的因素包括载荷的大小和性质、滑动速度、润滑剂的化学性质和物理性质等具体有：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损、微动磨损耐磨性准则：

P机械设计基础——机械零件设计和计算概论针对失效形式：零件表面破坏典型零部件：齿轮、轴承、链等六、振动稳定性准则共振：当机器的自振频率与周期性干扰力变化频率相同或整数倍时，就会发生共振，此时振幅急剧增大，导致零件破坏或机器工作条件失常等振动稳定性：机器工作时振幅不能超过许可值振动稳定性准则：0.85f>fp

或1.15f<fp机械设计基础——机械零件设计和计算概论针对失效形式：共振产生的工作失常典型零部件：轴等七、耐热性准则高温引起承载能力降低、蠕变，也会造成热变形、附加热应力，破坏正常的润滑条件，改变零件间的间隙，降低精度等耐热性准则：工作温度低于许用值机械设计基础——机械零件设计和计算概论针对失效形式：高温引起的润滑不良、蠕变典型零部件：蜗杆、齿轮、滑动轴承等6-专3许用涛应力别和安钢全系唉数一、载荷二、应力三、极限安应力四、许用器应力鸭和安罗全系提数机械猾设计辨基础——机械尿零件都设计竭和计揭算概祖论一、倒载荷载荷驶：作用脾于零宋件上诸的力齐或力闸矩工作鹅载荷汤：机器睡正常羞工作惭时所励受的称实际挤载荷名义择载荷混：理想天工作寇条件送下的途载荷计算降载荷倘：作用漠于零江件的冰实际着载荷谨，考氏虑各嚷种附眉加载诞荷计算巩载荷=K×名义扔载荷机械龄设计歇基础——机械晒零件肉设计专和计好算概焦论载荷系数二、文应力静应怖力：不随倒时间介改变恐或变枯化缓夏慢的徒应力变应委力：随时览间作丽周期饶性或蜻非周绑期性呢变化亚的应刊力变应丹力：稳定听变应盏力（随时贱间作眉周期欧性）、减不稳惭定变舟应力担（非周昏期性轮循环钱变应银力）机械侮设计券基础——机械晓零件邀设计付和计冲算概甚论稳定骗变应登力：对称乱循环魄变应盖力、侧脉动呜循环码变应旷力、拢非对情称循嗓环变吵应力tstssminsmaxsm应力溉参数以正宋应力s为例最大补应力:sma勉x=sm+sa最小桶应力:smi码n应力见幅:sa机械尊设计彻基础——机械帖零件谈设计亲和计荷算概垫论平均俗应力:sm循环平特征:rtssminsmaxsm静应伶力应力假表达抬：s+1（t+1）最大幅应力:sma拥x最小吩应力:smi地n应力稳幅:sa平均究应力:sm循环公特征:r机械甲设计侵基础——机械湾零件肾设计绣和计盯算概餐论tssm脉动乱循环鹊变应樱力应力建表达污：s0（t0）最大阻应力:sma梨x最小控应力:smi亩n应力旺幅:sa平均高应力:sm循环猴特征:r机械歪设计丢基础——机械骆零件潮设计林和计福算概炮论smts对称蚂循环图变应编力应力气表达唉：s-1（t-1）最大须应力:sma稳x最小称应力:smi度n应力刻幅:sa平均录应力:sm循环性特征:r机械虫设计家基础——机械线零件年设计您和计泪算概斑论ts三、酒极限邻应力1静应起力下枯的极陪限应峡力与材茧料性售能有恰关脆性恒材料惯取强拼度极凉限sB(tB)机械萝设计懒基础——机械爷零件特设计饺和计精算概蓝论塑性损材料遥取屈瘦服极马限sS(tS)sBes玻璃钢灰口铸铁esspsSsBABCDE2变应汇力下掉的极滋限应谋力疲劳向极限稻：依据牧防疲劳拜断裂的准到则确揉定材料季经过N0次应丘力循粗环不餐发生证破坏稻的应狗力最姑大值sr(tr)机械没设计竭基础——机械根零件玩设计退和计煎算概斯论各种叮材料困的sr可从栋有关柳手册六中查万取有限寿命区无限寿命区四、跑许用川应力现和安缓全系详数许用历应力助：设计榴零件订时所睬依据本的条骆件应指力机械挤设计蚀基础——机械筐零件磨设计理和计品算概华论安全廊系数↑→许用纪应力↓→结构寒笨重安全催系数↓→许用拢应力↑→不够冻安全许用应力极限应力安全系数许用孝应力台确定1查许垮用应匹力表根据更实践渐经验袖制成罢表格脑选取机械尊设计修基础——机械只零件以设计露和计巾算概挣论2部分伸系数匠法S=租S1S2S3S1：计算注载荷体和应提力准巧确性榆系数戒（1~踩1.订5)S2：材料傍的均探匀系烂数（尊铸铁:1撇.5胜~2腰.5记,钢:1禁.2摆~1摔.5）S3：零件刺重要坏性系恐数（1~拒1.环5)6-绍4常用蜡材料橡及其知选择一、常用欢材料二、热处趟理方圈法三、材料病力学阿性能兵指标四、材料详选择龙原则机械续设计软基础——机械宅零件亏设计畜和计物算概胶论一、川常用食材料常用复零件炼材料凑的力贷学性虏能等窜级和四牌号1铸铁副：含Ｃ磁＞2.具06％→易成忌型、汁价廉恰、吸很振、旗可靠竖性差灰铸才铁、毛球墨缝铸铁凤、可剩锻铸忙铁2钢：含Ｃ丙量＜1.共4％→常用碳素胡钢：（含赏Ｓ、赶Ｐ量剩不同节）普通门碳素恩钢、脸优质菊碳素夏钢合金揉钢：综合稿机械羡性能拒好，塞但较际贵合金痛钢的扭优良柳性能冒取决寻于化担学成转份及剃热处骆理铸钢蹦：含Ｃ庙→（愉0.律15易～0刃.6索）％瞒→易蜜成型3有色伸金属茅合金呢：有特尸殊性陪能，信价昂→少用铝合察金、闷铜合趣金（轿黄铜逃、青晕铜）荷、轴羡承合边金4非金疗属材丹料：工程搞塑料梨、橡建胶、惠烧结量材料震、复陕合材存料…机械泊设计忙基础——机械皆零件酿设计驰和计牺算概屿论二、门热处层理方恢法1退火2正火3淬火4回火5表面肤热处燃理机械皮设计比基础——机械品零件件设计座和计什算概愿论热处扔理比臂较1退火降低副硬度奸、提背高韧深性、忌细化把晶粒虫、消至除内阀应力2正火用于接处理州低中神碳钢，代替或低中封碳钢暴的退旨火。六提高汁硬度削，增刺加韧伤性，处易农于切岛削，跌减少迈应力机械思设计怕基础——机械岭零件详设计跪和计槽算概杠论3淬火虫（蘸串火）提高贡硬度愤和耐详磨性汁、但础内应肠力增水大，会发触脆，应再回揪火4回火消除级淬火涂后的法内应茅力，仅以获赏得零粗件所返需的扛性能压，提耗高韧舅性低温嗽回火屯：高强末度、烟高硬击度及姿良好斯的耐葱磨性中温椅回火辅：高弹独性、扔硬度猎中等高温裳回火深：强度携、塑冷性、撤韧性里都较纸好(调质——淬火+高温闹回火)正火(空冷)退火(炉冷)回火加热保温淬火时间温度表面牧热处六理表面罩热处思理：表面绩增硬俭，芯铺部韧表面毫淬火爸法（虏火焰砖加热翅、感餐应加询热…）化学鼠热处畜理（饭渗碳征、氮弊化、摘氰化..浊.）机械欲设计鸭基础——机械旬零件漫设计免和计钳算概卸论三、斧材料导力学汽性能醒指标强度雹：弹性劳极限唐：sP抗拉苹强度言：sB屈服蒸强度缺：sS(s0.或2)机械境设计赏基础——机械拜零件掉设计汗和计辆算概笑论硬度：HB批S:布氏舱硬度硬度迅机压北头为骂淬火瓦钢球非，不首能测沾太硬寺的材烘料，华一般HB匪S<聋45逝0HR肉C:洛氏哗硬度12相0º金刚历石锥苍体，锈载荷15磁0k投gf带,不能经测硬府、脆参的薄馆层零拖件HV岭:维氏咬硬度13松6仪º金刚下石四疫角锥挤体，湖载荷捏小，5-潮30氧kg做f三种友硬度劈燕单位亏之比筝较：HV弊(维氏)善≈隆HB哭S(布氏)；HR享C(洛氏)×极10楼≈勒H跃BSspsSsBesABCDE四、罪材料周选择漫原则使用恨要求：使用违环境闸、载拥荷性除质、陡结构痒、重吩要程犯度.顿..工艺筛要求：零件高及其钟毛坯渡的形轰状、世批量部、加充工方存法.烤..经济吉要求：材料纵价格挡结合型加工额费用摩、材谜料利嫁用率齿..饰.机械兰设计局基础——机械惹零件味设计话和计恒算概绿论6-正5机械矿零件谅的工喉艺性朋和标侦准化一、悬工艺宜性主要顺