機械設計基礎答案及課件

1、參考書目參考書目1.1.機械設計基礎機械設計基礎 楊可楨、程光蘊主編楊可楨、程光蘊主編. .高等教育出版社高等教育出版社. .第五第五版版2.2.機械設計課程設計機械設計課程設計 陳秀寧、施高義主編陳秀寧、施高義主編. .高等教育出版社高等教育出版社. .第二版第二版 1、學期成績評定：、學期成績評定： 2、課程要求：、課程要求：A： 獨立完成作業(yè)獨立完成作業(yè)B： 按時交作業(yè)，遲交無成績按時交作業(yè)，遲交無成績C： 作業(yè)總量不足作業(yè)總量不足2/3，取消考試資格，取消考試資格D： 點名點名3次不到者取消考試資格次不到者取消考試資格F: 周三下午周三下午3:305:30 主樓主樓237答疑答疑 聯系

2、電話聯系電話:6576370A：期末考試成績（期末考試成績（70）B：課后作業(yè)（課后作業(yè)（20）C：實驗成績（：實驗成績（10）機械設計實例機械設計實例第第9章章 機械零件設計概論機械零件設計概論 9-1 機械零件設計概述機械零件設計概述一、機械設計應滿足的要求一、機械設計應滿足的要求 在滿足預期功能的前提下，性能好、效率高、成在滿足預期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在預定使用期限內安全可靠、操作方便、維修本低，在預定使用期限內安全可靠、操作方便、維修簡單和造型美觀等。簡單和造型美觀等。 概括為：所設計的機械零件既要工作可靠，又要成概括為：所設計的機械零件既要工作可靠，又要成本低廉。本

3、低廉。二、機械零件的失效二、機械零件的失效1、失效失效：機械零件由于某種原因不能正常工作時，稱：機械零件由于某種原因不能正常工作時，稱為失效。為失效。2、工作能力工作能力：在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全：在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度，稱為工作的限度，稱為工作能力工作能力。通常此限度是對。通常此限度是對載荷載荷而而言，又稱為言，又稱為承載能力承載能力。三、機械零件失效的原因三、機械零件失效的原因1 1、斷裂或塑性變形、斷裂或塑性變形2 2、過大的彈性變形、過大的彈性變形3 3、工作表面的過度磨損或損傷、工作表面的過度磨損或損傷4 4、發(fā)生強烈的振動、發(fā)生強烈的振動5 5、連接

4、的松弛、連接的松弛6 6、摩擦傳動的打滑、摩擦傳動的打滑四、機械零件工作能力的判定條件四、機械零件工作能力的判定條件計算量計算量許用量許用量 工作能力計算準則工作能力計算準則五、機械零件設計的步驟五、機械零件設計的步驟1 1、擬定零件的計算簡圖；、擬定零件的計算簡圖；2 2、確定作用在零件上的載荷；、確定作用在零件上的載荷；3 3、選擇合適的材料；、選擇合適的材料；4 4、根據零件可能出現的失效形式，選用相應的判、根據零件可能出現的失效形式，選用相應的判定條件，確定零件的定條件，確定零件的形狀和尺寸形狀和尺寸；5 5、繪制工作圖并標注必要的技術條件。、繪制工作圖并標注必要的技術條件。以上過程為

5、以上過程為設計計算設計計算，反之為，反之為校核計算校核計算。9-2 機械零件的強度機械零件的強度 一、強度概論一、強度概論1、名義載荷：、名義載荷： 在理想的平穩(wěn)工作條件下作用在零件上的載荷。在理想的平穩(wěn)工作條件下作用在零件上的載荷。2、載荷系數、載荷系數K： 綜合考慮零件在實際工作中承受的各種附加載荷綜合考慮零件在實際工作中承受的各種附加載荷所引入的系數。所引入的系數。3、計算載荷計算載荷： 載荷系數與名義載荷的乘積。載荷系數與名義載荷的乘積。4、名義應力與計算應力、名義應力與計算應力 按照名義載荷用力學公式求得的應力稱為按照名義載荷用力學公式求得的應力稱為名名義應力義應力；按照計算載荷求得

6、的應力稱為；按照計算載荷求得的應力稱為計算應力計算應力。5、強度條件、強度條件 計算正應力計算正應力 = lim /S，零件材料的許用正應力零件材料的許用正應力 計算切應力計算切應力 =lim /S ，零件材料的許用切應力零件材料的許用切應力 lim 、 lim 分別為極限正應力和極限切應力；分別為極限正應力和極限切應力；S為安全系數為安全系數二、應力的種類二、應力的種類靜應力靜應力：不隨時間變化的應力：不隨時間變化的應力變應力變應力：隨時間變化的應力：隨時間變化的應力循環(huán)變應力循環(huán)變應力：具有周期性的：具有周期性的變應力變應力非循環(huán)變應力非循環(huán)變應力：不具有周期：不具有周期性的變應力性的變應

7、力tOmaxtminamOT2minmaxm2minmaxa變應力的描述參數：變應力的描述參數：最大應力最大應力max 最小應力最小應力 min 平均應力平均應力 m 應應 力力 幅幅 a 循環(huán)特性循環(huán)特性r maxminrr 1，對稱循環(huán)變應力對稱循環(huán)變應力r 0，脈動循環(huán)變應力，脈動循環(huán)變應力r 1，靜應力，靜應力 -1r1，非對稱循環(huán)變應力非對稱循環(huán)變應力。 tTTmaxtminamOT三、靜應力條件下的許用應力三、靜應力條件下的許用應力1、靜應力下零件的失效形式：、靜應力下零件的失效形式： 脆性材料：斷裂脆性材料：斷裂 塑性材料：塑性變形塑性材料：塑性變形2、靜應力下的許用應力：、靜應

8、力下的許用應力： SS塑性材料：取材料的屈服極限塑性材料：取材料的屈服極限S 作為極限應力作為極限應力脆性材料：取材料的強度極限脆性材料：取材料的強度極限B 作為極限應力作為極限應力SB四、變應力條件下的許用應力四、變應力條件下的許用應力1 1、變應力下零件的失效形式：、變應力下零件的失效形式：疲勞斷裂疲勞斷裂疲勞斷裂斷口形式疲勞斷裂斷口形式其它斷裂斷口形式其它斷裂斷口形式其特征為：其特征為： 疲勞斷裂的疲勞斷裂的最大應力最大應力遠比靜應力下材料的強度極限遠比靜應力下材料的強度極限低，甚至比屈服極限低，甚至比屈服極限低低；不管脆性材料或塑性材料，其；不管脆性材料或塑性材料，其疲勞斷口疲勞斷口均

9、表現為均表現為無明顯塑性變形無明顯塑性變形的的脆性突然斷裂脆性突然斷裂；疲；疲勞斷裂是勞斷裂是損傷的積累損傷的積累，它的初期現象是在零件的表面或表，它的初期現象是在零件的表面或表層形成微裂紋，這種裂紋隨著應力循環(huán)次數的增加而逐漸層形成微裂紋，這種裂紋隨著應力循環(huán)次數的增加而逐漸擴展，直至余下的未裂開的截面積不以承受外載荷時，零擴展，直至余下的未裂開的截面積不以承受外載荷時，零件就突然斷裂。件就突然斷裂。疲勞斷裂與應力循環(huán)次數疲勞斷裂與應力循環(huán)次數（即使用期限或（即使用期限或壽命）壽命）密切相關密切相關。2 2、疲勞曲線、疲勞曲線NONN0N疲勞曲線：表示應力疲勞曲線：表示應力與應力循環(huán)次數與應

10、力循環(huán)次數N之間的關系曲線之間的關系曲線N0循環(huán)基數循環(huán)基數 r材料的疲勞極限材料的疲勞極限1011NmNkNNCNNmmN011 通常，用通常，用-1表示材料在對稱循環(huán)變應表示材料在對稱循環(huán)變應力下的彎曲疲勞極限。力下的彎曲疲勞極限。疲勞曲線的左半部（疲勞曲線的左半部（N0.6）或鑄鋼件或鑄鋼件S=1.52.5。 （2）脆性材料：）脆性材料：S=34。 2、變應力下、變應力下 S=1.31.7； 若材料不夠均勻、計算不夠準確取若材料不夠均勻、計算不夠準確取S=1.72.5。9-3 9-3 機械零件的接觸強度機械零件的接觸強度一、強度分類：一、強度分類： 整體強度：整體強度：零件受載時是在較大

11、體積內產生的應力，零件受載時是在較大體積內產生的應力，這種應力狀態(tài)下的零件強度稱為整體強度。這種應力狀態(tài)下的零件強度稱為整體強度。 接觸強度：接觸強度：零件在受載前是點或線接觸，受載后，零件在受載前是點或線接觸，受載后，由于變形其接觸處為一小面積，通常此面積甚小而表層由于變形其接觸處為一小面積，通常此面積甚小而表層產生的局部應力卻很大，這種應力稱為接觸應力，這時產生的局部應力卻很大，這種應力稱為接觸應力，這時零件的強度稱為接觸強度。零件的強度稱為接觸強度。 機械零件在周期性接觸應力的作用下，首先在表層機械零件在周期性接觸應力的作用下，首先在表層產生初始疲勞裂紋，然后裂紋逐漸擴展，終于使表層金產生初始疲勞裂紋，然后裂紋逐漸擴展，終于使表層金屬呈小片剝落下來，而在零件表面形成一些小坑，這種屬呈小片剝落下來，而在零件表面形成一些小坑，這種現象稱為現象稱為疲勞點蝕疲勞點蝕。接觸應力作用下的失效形式：接觸應力作用下的失效形式：疲勞點蝕疲勞點蝕二、接觸應力二、接觸應力22212121nH1111EEbF兩圓柱體接觸兩圓柱體接觸計算依據：彈性力學的赫茲公式計算依據：彈性力學的赫茲公式2FHmax2aHmaxbF13 . 01211111212121，鋼或鑄鐵取及令EEEbpEFnH418. 0可得：