机械零件设计概论课件

机械零件设计概论机械原理：常用机构动力学基本知识（连杆、凸轮、齿轮、轮系、间歇运动机构）机械设计：常用联接，传动，轴系零部件等机械设计基础一、机械设计的基本要求

1、对机械设计的要求

a)对机器使用功能方面的要求

b)对机器经济性的要求2、对机械零件设计的基本要求

a)

在预定工作期限内正常、可靠地工作，保证机器的各种功能

b)

要尽量降低零件的生产、制造成本

§9-1机械零件设计概述二、机械零件的失效形式

失效——零件由于某种原因不能正常工作零件失效的原因有：1）断裂或塑性变形；（强度）2）过大的弹性变形；（刚度）3）工作表面的过度磨损或损伤；（耐磨性）4）发生强烈的振动；（稳定性）5）联接的松弛；6）摩擦传动的打滑。例如轴的失效原因有：1）疲劳断裂：承载能力取决于疲劳强度；2）过大的弹性变形：承载能力取决于轴的刚度。三、机械零件的计算准则

工作能力——不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。习惯上又称为承载能力。

机械零件有多种可能的失效形式。但归纳起来最主要的是强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度影响等几个方面问题。对于各种不同的失效形式，相应地有各种工作能力判定条件。强度条件：应力≤许用应力刚度条件：变形量≤许用变形量计算量≤许用量这种为防止失效而制定的判定条件，称为工作能力计算准则。1）拟订零件的计算简图；2）确定作用在零件上的载荷；3）选择合适的材料；4）根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定条件，确定零件的形状和主要尺寸。四、机械零件设计的一般步骤设计计算校核计算反向思路1、强度准则

零件在载荷作用下抵抗破坏的能力

§9-2机械零件的强度名义载荷：在理想、平稳工作条件下作用在零件上的载荷。名义应力：按名义载荷求得的应力。计算载荷：名义载荷与载荷系数K的乘积。计算应力：按计算载荷求得的应力。静应力：不随时间变化或者变化缓慢2、应力种类变应力：不稳定变应力

循环变应力应力非对称循环变应力对称循环变应力脉动循环变应力stOOsttsOsOt3静应力下的许用应力

失效形式：断裂或塑性变形

对于塑性材料，强度条件为：对于脆性材料,强度条件为：屈服极限强度极限1、失效形式：疲劳断裂2、疲劳破坏特征：

1）断裂过程：①产生初始裂纹（应力较大处）

②裂纹尖端在切应力作用下，反复扩展，直至产生疲劳裂纹。

2）断裂面：①光滑区（疲劳发展区）

②粗糙区（脆性断裂区）

3）无明显塑性变形的脆性突然断裂

4）破坏时的应力（疲劳极限）远小于材料的屈服极限3、疲劳破坏的机理：损伤的累积4、影响因素：不仅与材料性能有关，变应力的循环特性，应力循环次数，应力幅都对疲劳极限有很大影响。4变应力下的许用应力2o

表示材料在对称循环变应力下的弯曲疲劳极限5、疲劳曲线注1om：应力状态幂指数，如弯曲时m=9取疲劳极限作为极限应力，同时考虑1）切口、沟槽等截面突变，引入应力集中系数2）绝对尺寸的影响，引入尺寸系数3）表面状态的影响，引入表面状态系数6、许用应力当应力是脉动循环变化时，许用应力为当应力是对称循环变化时，许用应力为高副零件工作时，理论上是点接触或线接触→实际上由于接触部分的局部弹性变形而形成面接触→由于接触面积很小，使表层产生的局部应力却很大。该应力称为接触应力。此时零件强度称为接触强度

§9-3机械零件的接触强度

通常，零件受载时是在较大的体积内产生应力，此时零件强度称为整体强度。疲劳点蚀是齿轮、滚动轴承等零件的主要失效形式疲劳点蚀1、接触应力

两圆柱体接触最大接触应力发生在接触区中线上

§9-3机械零件的接触强度2、接触疲劳强度的判定条件3、提高接触疲劳强度的措施

1）提高接触表面硬度，改善表面加工质量

2）增大综合曲率半径ρΣ3）改外接触为内接触，点接触→线接触

4）采用高粘度润滑油

§9-4机械零件的耐磨性

摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损。零件抗磨损的能力称为耐磨性。磨损会改变零件尺寸和表面状态，不可避免，但我们可以设法减慢磨损速度，延长零件使用寿命。磨损有物理、化学、机械等方面的原因，常见磨损类型如下。1）磨粒磨损2）粘着磨损（胶合）3）疲劳磨损（疲劳点蚀）4）腐蚀磨损一、机械零件的常用材料

1、黑色金属

铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁铸钢——铸造性比铸铁差，但比锻钢和轧制钢好。强度性比铸铁好，但比锻钢和轧制钢差碳钢与合金钢——应用最广泛2、有色金属a)铝合金——重量轻、导热导电性较好、塑性好、抗氧化性好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近b)铜合金——黄铜：Cu与Zn合金青铜：Cu与Sn的合金无锡青铜：Cu与铝、硅、锰、镍的合金。

§9-5机械制造常用材料及其选择3、非金属材料塑料——轻、易加工成形、减摩性好，强度低，可作为普通机械零件、绝缘体陶瓷——电热性好，硬度高橡胶——弹性、绝缘性好，常用作弹性元件和密封元件、减震元件4、复合材料二、机械零件材料选用的原则

1、使用要求2、工艺要求3、经济性要求

§9-5机械零件的工艺性及标准化1何为工艺性？所设计的零件便于加工且加工费用低

对产品的品种、规格、质量、检验等制订