機(jī)械設(shè)計(jì)第一章緒論48

1、實(shí)例：實(shí)例：精精 密密 機(jī)機(jī) 械械 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)西安工業(yè)大學(xué)光電學(xué)院西安工業(yè)大學(xué)光電學(xué)院目目 錄錄1.概述概述2.零件和機(jī)構(gòu)的誤差估算和精度零件和機(jī)構(gòu)的誤差估算和精度3.工藝性工藝性4.零件的設(shè)計(jì)方法及其發(fā)展零件的設(shè)計(jì)方法及其發(fā)展5.零件的工作能力及其計(jì)算零件的工作能力及其計(jì)算6.工程材料和熱處理工程材料和熱處理第一章第一章 精密機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)精密機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)第一章第一章 精密機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)精密機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)1-1 概概 述述一、本課程的研究對(duì)象：一、本課程的研究對(duì)象： 一般是指結(jié)合光、機(jī)、電、氣、液原理設(shè)計(jì)的一般是指結(jié)合光、機(jī)、電、氣、液原理設(shè)計(jì)的“精密精密加工設(shè)備加工設(shè)備”

2、、“精密測(cè)量?jī)x器精密測(cè)量?jī)x器”等。等。 發(fā)展方向：沿著自動(dòng)化、光機(jī)電一體化和職能化的發(fā)展方向：沿著自動(dòng)化、光機(jī)電一體化和職能化的方向，成為光、機(jī)、電、算多種技術(shù)應(yīng)用的綜合技術(shù)系方向，成為光、機(jī)、電、算多種技術(shù)應(yīng)用的綜合技術(shù)系統(tǒng)。統(tǒng)。精密機(jī)械設(shè)計(jì)精密機(jī)械設(shè)計(jì)l機(jī)器機(jī)器：（三個(gè)特征）（三個(gè)特征）人為的實(shí)物組合（不是天然形成的）；人為的實(shí)物組合（不是天然形成的）；各運(yùn)動(dòng)單元具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；各運(yùn)動(dòng)單元具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；能實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成有用的機(jī)械功。能實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成有用的機(jī)械功。機(jī)械機(jī)械：只有只有兩個(gè)特征。用來傳遞和轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)兩個(gè)特征。用來傳遞和轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。l

3、機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)：l零件零件：組成精密機(jī)械的基本單元。：組成精密機(jī)械的基本單元。通用零件：彈簧、齒輪通用零件：彈簧、齒輪零件零件精密機(jī)械精密機(jī)械部件：零件組合體部件：零件組合體專用零件：光柵專用零件：光柵二、研究?jī)?nèi)容：二、研究?jī)?nèi)容： 研究通用零、部件的工作原理、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍、研究通用零、部件的工作原理、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍、選型、材料、精度以及設(shè)計(jì)計(jì)算的一般原則與方法。選型、材料、精度以及設(shè)計(jì)計(jì)算的一般原則與方法。三、主要任務(wù)：三、主要任務(wù)：1 1）掌握常用機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力分析及其）掌握常用機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力分析及其設(shè)計(jì)方法；設(shè)計(jì)方法；2) 2) 掌握通用機(jī)械零部件的工作原理、特

4、點(diǎn)、選型及其計(jì)掌握通用機(jī)械零部件的工作原理、特點(diǎn)、選型及其計(jì)算方法，解決其設(shè)計(jì)問題；算方法，解決其設(shè)計(jì)問題；3 3）具有設(shè)計(jì)精密機(jī)械傳動(dòng)和儀器機(jī)械結(jié)構(gòu)的能力；）具有設(shè)計(jì)精密機(jī)械傳動(dòng)和儀器機(jī)械結(jié)構(gòu)的能力；4 4）掌握通用零件的分析和實(shí)驗(yàn)方法；）掌握通用零件的分析和實(shí)驗(yàn)方法；5 5）樹立正確的設(shè)計(jì)思想和）樹立正確的設(shè)計(jì)思想和掌握一定的設(shè)計(jì)技能（查閱資掌握一定的設(shè)計(jì)技能（查閱資料，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范）。料，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范）。四、設(shè)計(jì)精密機(jī)械時(shí)應(yīng)滿足的基本要求：四、設(shè)計(jì)精密機(jī)械時(shí)應(yīng)滿足的基本要求：1. 使用性（功能性）要求：實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能使用性（功能性）要求：實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能 機(jī)械的功能指標(biāo)是機(jī)械設(shè)計(jì)最基本的出

5、發(fā)點(diǎn)。機(jī)械的功能指標(biāo)是機(jī)械設(shè)計(jì)最基本的出發(fā)點(diǎn)。 2. 可靠性要求：具有一定的強(qiáng)度、剛度和振可靠性要求：具有一定的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性。動(dòng)穩(wěn)定性。 機(jī)械應(yīng)能保證在規(guī)定的使用壽命期限內(nèi)，零件機(jī)械應(yīng)能保證在規(guī)定的使用壽命期限內(nèi)，零件不發(fā)生各種型式的失效。不發(fā)生各種型式的失效。 為此要進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和壽命的計(jì)算，這些計(jì)為此要進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和壽命的計(jì)算，這些計(jì)算在整個(gè)設(shè)計(jì)工作量中占了很大的比例。算在整個(gè)設(shè)計(jì)工作量中占了很大的比例。3經(jīng)濟(jì)性要求經(jīng)濟(jì)性要求 制造成本制造成本 使用成本使用成本 簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)選用適當(dāng)?shù)牟牧线x用適當(dāng)?shù)牟牧洗_定合理的加工精度確定合理的加工精度標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化標(biāo)準(zhǔn)化、通用

6、化和系列化降低機(jī)械的能量損失降低機(jī)械的能量損失考慮到維修的方便性和經(jīng)濟(jì)性考慮到維修的方便性和經(jīng)濟(jì)性成本成本 設(shè)計(jì)階段的工作如何，就基本上決定了一設(shè)計(jì)階段的工作如何，就基本上決定了一個(gè)產(chǎn)品成本的高低。個(gè)產(chǎn)品成本的高低。 標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化：是指對(duì)零件的尺寸，結(jié)構(gòu)要素、材料性能、：是指對(duì)零件的尺寸，結(jié)構(gòu)要素、材料性能、檢驗(yàn)方法和制圖要求等，制定出各式各樣的大家共同遵守檢驗(yàn)方法和制圖要求等，制定出各式各樣的大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。的標(biāo)準(zhǔn)。 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（機(jī)械零件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（gb）、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等三級(jí)，此外，進(jìn)出口產(chǎn)品一般還應(yīng)符合國(guó)際和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等三級(jí)，此外，進(jìn)出口

7、產(chǎn)品一般還應(yīng)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（iso）。）。標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化優(yōu)越性：優(yōu)越性：（1）用先進(jìn)的方法對(duì)用途最廣的零件進(jìn)行大量）用先進(jìn)的方法對(duì)用途最廣的零件進(jìn)行大量 的、集中制造，以提高質(zhì)量，降低成本；的、集中制造，以提高質(zhì)量，降低成本； （2）提高零件性能的可靠性；）提高零件性能的可靠性； （3）縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。）縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。 （4）簡(jiǎn)化機(jī)器的維修工作。）簡(jiǎn)化機(jī)器的維修工作。 系列化系列化：是指對(duì)于同一產(chǎn)品，為了符合不同的使用條：是指對(duì)于同一產(chǎn)品，為了符合不同的使用條件，在同一基本結(jié)構(gòu)或基本尺寸

8、條件下，規(guī)定出若干個(gè)輔件，在同一基本結(jié)構(gòu)或基本尺寸條件下，規(guī)定出若干個(gè)輔助尺寸不同的產(chǎn)品，稱為不同的系列。助尺寸不同的產(chǎn)品，稱為不同的系列?！叭?化化” :零件的標(biāo)準(zhǔn)化、部件的通用化和產(chǎn)品的系列零件的標(biāo)準(zhǔn)化、部件的通用化和產(chǎn)品的系列化化 通用化通用化：指系列之內(nèi)或跨系列的產(chǎn)品之間，盡量采用：指系列之內(nèi)或跨系列的產(chǎn)品之間，盡量采用同一結(jié)構(gòu)和尺寸的零部件，以減少零部件數(shù)量。同一結(jié)構(gòu)和尺寸的零部件，以減少零部件數(shù)量。4. 精度要求精度要求5.其它特殊要求其它特殊要求例：汽例：汽 車車載貨（客）量載貨（客）量 速度速度 舒適性舒適性 排放量排放量 美觀美觀安全性安全性 耐用性耐用性 耗油量耗油量 價(jià)

9、格價(jià)格 五、精密機(jī)械的設(shè)計(jì)一般步驟五、精密機(jī)械的設(shè)計(jì)一般步驟市場(chǎng)調(diào)研可行性研究原理方案設(shè)計(jì)技 術(shù)設(shè) 計(jì)試制試驗(yàn)小批生產(chǎn)試銷投產(chǎn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)任務(wù)書書定出定出最佳最佳方案方案裝配圖、裝配圖、零件圖、零件圖、技術(shù)文件技術(shù)文件樣機(jī)樣機(jī)評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)改進(jìn)改進(jìn)考核工考核工藝性收藝性收集用戶集用戶意見意見產(chǎn)產(chǎn)品品銷銷售售機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)工作過程。機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)工作過程。 實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新，擁有自主知識(shí)產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)主要依靠開發(fā)性設(shè)計(jì)。創(chuàng)新性權(quán)主要依靠開發(fā)性設(shè)計(jì)。創(chuàng)新性最強(qiáng)、過程最完整。最強(qiáng)、過程最完整。對(duì)現(xiàn)有的機(jī)械進(jìn)行對(duì)現(xiàn)有的機(jī)械進(jìn)行局部的修改或增補(bǔ)局部的修改或增補(bǔ) 。 不改變機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)、只不改變

10、機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)、只改變機(jī)械功能的范圍、機(jī)械改變機(jī)械功能的范圍、機(jī)械的尺度和參數(shù)。的尺度和參數(shù)。一、機(jī)械設(shè)計(jì)的過程設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的類類型型適應(yīng)性設(shè)計(jì)適應(yīng)性設(shè)計(jì)開發(fā)性設(shè)計(jì)開發(fā)性設(shè)計(jì)參數(shù)化設(shè)計(jì)參數(shù)化設(shè)計(jì)工作工作 原理原理主體主體 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)功能功能 三者中至少應(yīng)該有一項(xiàng)是首創(chuàng)的三者中至少應(yīng)該有一項(xiàng)是首創(chuàng)的 1-2 零件和機(jī)構(gòu)的誤差估算和精度零件和機(jī)構(gòu)的誤差估算和精度一、誤差與精度的概念一、誤差與精度的概念 誤差：實(shí)際值真值誤差：實(shí)際值真值 誤差誤差 精度精度二、零件和機(jī)構(gòu)的誤差二、零件和機(jī)構(gòu)的誤差1. 零件誤差零件誤差特性誤差：實(shí)際特性與給定特性之差。特性誤差：實(shí)際特性與給定特性之差。加工誤差：零件的實(shí)際

11、尺寸與理想值之差。加工誤差：零件的實(shí)際尺寸與理想值之差。按使用場(chǎng)合按使用場(chǎng)合的不同的不同2. 機(jī)構(gòu)誤差機(jī)構(gòu)誤差：實(shí)際機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度與理想機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度：實(shí)際機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度與理想機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度之間的偏差。之間的偏差。影響零件和機(jī)構(gòu)特性的原始誤差有影響零件和機(jī)構(gòu)特性的原始誤差有：1.設(shè)計(jì)誤差（原理誤差）設(shè)計(jì)誤差（原理誤差）2.工藝誤差工藝誤差3.使用誤差使用誤差三、誤差估計(jì)的基本方法三、誤差估計(jì)的基本方法 系統(tǒng)誤差：代數(shù)和系統(tǒng)誤差：代數(shù)和 隨機(jī)誤差：方和根隨機(jī)誤差：方和根位置誤差：主動(dòng)件位置相同時(shí)，從動(dòng)件位置的偏差位置誤差：主動(dòng)件位置相同時(shí)，從動(dòng)件位置的偏差位移誤差：主動(dòng)件位移相同時(shí)，從動(dòng)件位移的偏差位移

12、誤差：主動(dòng)件位移相同時(shí)，從動(dòng)件位移的偏差1-3 工工 藝藝 性性一、工藝性良好的要求一、工藝性良好的要求 （1）制造和裝配的工時(shí)少；（）制造和裝配的工時(shí)少；（2）需要復(fù)雜設(shè)備的數(shù)量較）需要復(fù)雜設(shè)備的數(shù)量較少；（少；（3）材料的消耗少；（）材料的消耗少；（4）準(zhǔn)備生產(chǎn)的費(fèi)用少。）準(zhǔn)備生產(chǎn)的費(fèi)用少。三、改善零件工藝性的一般原則三、改善零件工藝性的一般原則合理選擇零件毛坯種類；合理選擇零件毛坯種類；機(jī)加工的工作量盡可能??；機(jī)加工的工作量盡可能?。患庸ち慵械目?、槽等尺寸，選用標(biāo)準(zhǔn)刀具。加工零件中的孔、槽等尺寸，選用標(biāo)準(zhǔn)刀具。合理地確定加工精度、表面粗糙度和熱處理?xiàng)l件。合理地確定加工精度、表面粗糙度和

13、熱處理?xiàng)l件。二、結(jié)構(gòu)工藝性與生產(chǎn)條件二、結(jié)構(gòu)工藝性與生產(chǎn)條件整個(gè)結(jié)構(gòu)易于拆分，易于裝配、維修和檢驗(yàn)；整個(gè)結(jié)構(gòu)易于拆分，易于裝配、維修和檢驗(yàn)；盡量采用已生產(chǎn)過的零部件或標(biāo)準(zhǔn)件；盡量采用已生產(chǎn)過的零部件或標(biāo)準(zhǔn)件；具有互換性具有互換性1-4 零件的設(shè)計(jì)方法及其發(fā)展零件的設(shè)計(jì)方法及其發(fā)展一、零件的設(shè)計(jì)方法一、零件的設(shè)計(jì)方法1.理論設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)：利用物理、力學(xué)、機(jī)械原理等課：利用物理、力學(xué)、機(jī)械原理等課程的理論知識(shí)進(jìn)行的設(shè)計(jì)。程的理論知識(shí)進(jìn)行的設(shè)計(jì)。 例：受拉桿件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)：例：受拉桿件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)：safslimlim 設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算：直接求出剖面尺寸：直接求出剖面尺寸校核計(jì)算：校核計(jì)算：初步定出零件

14、的尺寸和形狀，然后用理論初步定出零件的尺寸和形狀，然后用理論計(jì)算的方法校核零件截面上的應(yīng)力或特性計(jì)算的方法校核零件截面上的應(yīng)力或特性f外載荷外載荷 a橫截面面積橫截面面積 s安全系數(shù)安全系數(shù) 極限應(yīng)力極限應(yīng)力lim 2.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)： 根據(jù)對(duì)某類零件已有的設(shè)計(jì)與使用實(shí)踐根據(jù)對(duì)某類零件已有的設(shè)計(jì)與使用實(shí)踐而歸納出的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，或根據(jù)設(shè)計(jì)者本人而歸納出的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，或根據(jù)設(shè)計(jì)者本人的工作經(jīng)驗(yàn)用類比的辦法所進(jìn)行的設(shè)計(jì)。的工作經(jīng)驗(yàn)用類比的辦法所進(jìn)行的設(shè)計(jì)。3.模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)： 先初步定出零件的尺寸和形狀，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)先初步定出零件的尺寸和形狀，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的手段對(duì)各方面的特性進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)實(shí)

15、驗(yàn)的手段對(duì)各方面的特性進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行逐步的修改，從而達(dá)到完善。結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行逐步的修改，從而達(dá)到完善。1.可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)l可靠性：可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。成規(guī)定功能的能力。l可靠度：可靠度：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。成規(guī)定功能的概率。l累計(jì)失效概率：累計(jì)失效概率：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)失效的概率。內(nèi)失效的概率。2.優(yōu)化設(shè)計(jì)：優(yōu)化設(shè)計(jì)： 通過優(yōu)化方法，確定零件的尺寸參數(shù)，使零件獲得通過優(yōu)化方法，確

16、定零件的尺寸參數(shù)，使零件獲得最優(yōu)或最佳的設(shè)計(jì)目標(biāo)。最優(yōu)或最佳的設(shè)計(jì)目標(biāo)。3.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)二、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法二、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法1-5 零件的工作能力及其計(jì)算零件的工作能力及其計(jì)算一一強(qiáng)度強(qiáng)度 是零件抵抗外載荷作用的能力是零件抵抗外載荷作用的能力（一）載荷和應(yīng)力（一）載荷和應(yīng)力1.載荷：載荷：l進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)。包括作用于零件上的外力，進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)。包括作用于零件上的外力，彎矩，扭矩以及沖擊能量。彎矩，扭矩以及沖擊能量。l載荷在零件中引起拉、壓、彎、剪等各種應(yīng)力，并載荷在零件中引起拉、壓、彎、剪等各種應(yīng)力，并產(chǎn)生相應(yīng)的變形。產(chǎn)生相應(yīng)的變形。 名義載荷（公稱載荷）名義載荷（公稱載

17、荷）：在穩(wěn)定和理想的工作條件下：在穩(wěn)定和理想的工作條件下 計(jì)算載荷計(jì)算載荷：ncafkf 載荷系數(shù)（工況系數(shù)）載荷系數(shù)（工況系數(shù)）2.應(yīng)力應(yīng)力： 按材料力學(xué)的基本公式求出，作用在零件剖面上。按材料力學(xué)的基本公式求出，作用在零件剖面上。a.靜載荷和靜應(yīng)力：靜載荷和靜應(yīng)力： 在零件剖面上作用的由零緩慢在零件剖面上作用的由零緩慢 地增大到某一數(shù)值后即保持不變。地增大到某一數(shù)值后即保持不變。b.交變載荷和交變應(yīng)力：隨時(shí)間周期變化交變載荷和交變應(yīng)力：隨時(shí)間周期變化0t 0t min max )(a )(a 0t max m )(a l應(yīng)力循環(huán)：一個(gè)周期所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力變化。應(yīng)力循環(huán)：一個(gè)周期所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力變化

18、。平均應(yīng)力：平均應(yīng)力：應(yīng)力幅度：應(yīng)力幅度：循環(huán)特性：循環(huán)特性：2maxmin m2minmax amaxmin rmin max 最小應(yīng)力最小應(yīng)力最大應(yīng)力最大應(yīng)力1 r0 r對(duì)稱循環(huán)對(duì)稱循環(huán)脈動(dòng)循環(huán)脈動(dòng)循環(huán)0 m 0min l零件的失效：?jiǎn)适Чぷ髂芰α慵氖В簡(jiǎn)适Чぷ髂芰κ问剑菏问剑寒a(chǎn)生過大的殘余變形產(chǎn)生過大的殘余變形在規(guī)定的使用期限內(nèi)在規(guī)定的使用期限內(nèi)過早的發(fā)生斷裂過早的發(fā)生斷裂工作表面損壞工作表面損壞 表面強(qiáng)度表面強(qiáng)度體積強(qiáng)度或整體強(qiáng)度體積強(qiáng)度或整體強(qiáng)度（二）零件的整體強(qiáng)度：（二）零件的整體強(qiáng)度：l定義：零件整體抵抗載荷作用的能力定義：零件整體抵抗載荷作用的能力l判斷零件整體強(qiáng)度

19、的方法判斷零件整體強(qiáng)度的方法1.比較零件在載荷作用下產(chǎn)生的比較零件在載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)力 與與許許用應(yīng)力用應(yīng)力 。 , , 條件為：條件為： sslimlim limlim, 零件材料的極限應(yīng)力零件材料的極限應(yīng)力 ss, 許用安全系數(shù)許用安全系數(shù)極限應(yīng)力極限應(yīng)力 材料的某個(gè)機(jī)械性能極限值。材料的某個(gè)機(jī)械性能極限值。許用應(yīng)力許用應(yīng)力 計(jì)算應(yīng)力允許達(dá)到的最大值。計(jì)算應(yīng)力允許達(dá)到的最大值。2.比較零件在載荷作用下實(shí)際安全系數(shù)與許用安比較零件在載荷作用下實(shí)際安全系數(shù)與許用安全系數(shù)進(jìn)行比較。全系數(shù)進(jìn)行比較。條件為：條件為： ssss 實(shí)際安全系數(shù)：實(shí)際安全系數(shù)： limlim ss采用的方法由可被利

20、用的數(shù)據(jù)和計(jì)算慣例決定采用的方法由可被利用的數(shù)據(jù)和計(jì)算慣例決定a.靜應(yīng)力下的強(qiáng)度：靜應(yīng)力下的強(qiáng)度：可以用上述兩種方法中的可以用上述兩種方法中的任意一種。任意一種。用脆性材料制成的零件用脆性材料制成的零件 強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限 、b b 用塑性材料制成的零件用塑性材料制成的零件 屈服極限屈服極限 、s s u當(dāng)材料缺少屈服極限的數(shù)據(jù)時(shí)，可取強(qiáng)度極限，當(dāng)材料缺少屈服極限的數(shù)據(jù)時(shí)，可取強(qiáng)度極限，但安全系數(shù)應(yīng)取大一些。但安全系數(shù)應(yīng)取大一些。安全系數(shù)與許用應(yīng)力的關(guān)系：安全系數(shù)與許用應(yīng)力的關(guān)系：安全系數(shù)過大：材料浪費(fèi)，結(jié)構(gòu)過于笨重安全系數(shù)過大：材料浪費(fèi)，結(jié)構(gòu)過于笨重安全系數(shù)過?。毫慵?qiáng)度不足而失效安全系數(shù)過小

21、：零件強(qiáng)度不足而失效b.交變應(yīng)力下的強(qiáng)度：交變應(yīng)力下的強(qiáng)度： 其損壞形式是疲勞斷裂。斷裂開始的兩個(gè)階段：其損壞形式是疲勞斷裂。斷裂開始的兩個(gè)階段：金屬材料的某些部分通過各種滑移方式形成初始裂紋金屬材料的某些部分通過各種滑移方式形成初始裂紋裂紋尖端在剪應(yīng)力下發(fā)生塑性變形，使裂紋擴(kuò)展。裂紋尖端在剪應(yīng)力下發(fā)生塑性變形，使裂紋擴(kuò)展。疲勞曲線（疲勞曲線（ 曲線）：曲線）： 表示應(yīng)力循環(huán)次數(shù)與疲勞極限的關(guān)系表示應(yīng)力循環(huán)次數(shù)與疲勞極限的關(guān)系n 0nrn 0nr cnmrn 0)lg(2 mmnrn 0nr cnmrn nlg 循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù)0n0nn 區(qū)區(qū) 無限壽命區(qū)，疲勞極限是一個(gè)常數(shù)無限壽命區(qū)，疲勞極

22、限是一個(gè)常數(shù)0nn 區(qū)區(qū) 疲勞曲線方程為：疲勞曲線方程為：cnnmrmrn 0 則：則：rlmrrnknn 0壽命系數(shù)壽命系數(shù)mlnnk0 此時(shí)，通常用材料的此時(shí)，通常用材料的 作為極限應(yīng)力作為極限應(yīng)力 ，然后用，然后用壽命系數(shù)來考慮零件實(shí)際應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的影響。壽命系數(shù)來考慮零件實(shí)際應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的影響。r lim （三）零件的表面強(qiáng)度：（三）零件的表面強(qiáng)度： 分類：表面接觸強(qiáng)度和表面抗磨損強(qiáng)度分類：表面接觸強(qiáng)度和表面抗磨損強(qiáng)度1.表面接觸強(qiáng)度表面接觸強(qiáng)度 接觸應(yīng)力：接觸應(yīng)力：當(dāng)零件的工作載荷通過有限接觸面積傳當(dāng)零件的工作載荷通過有限接觸面積傳遞時(shí)，在接觸區(qū)產(chǎn)生的局部應(yīng)力。遞時(shí)，在接觸區(qū)產(chǎn)生的局

23、部應(yīng)力。 有限接觸面積：有限接觸面積：加載前為點(diǎn)接觸或線接觸，加載后加載前為點(diǎn)接觸或線接觸，加載后為擴(kuò)展成為微小的接觸面積。為擴(kuò)展成為微小的接觸面積。 疲勞點(diǎn)蝕：疲勞點(diǎn)蝕：在循環(huán)接觸應(yīng)力下，接觸表面產(chǎn)生疲勞在循環(huán)接觸應(yīng)力下，接觸表面產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致表層小塊金屬剝落的失效形式。裂紋，裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致表層小塊金屬剝落的失效形式。)1(22 eqh 采取的措施：采取的措施： 提高接觸表面的硬度，以提高接觸疲勞極限；提高接觸表面的硬度，以提高接觸疲勞極限； 采用黏度較大的潤(rùn)滑油，以減緩疲勞裂紋的擴(kuò)展；采用黏度較大的潤(rùn)滑油，以減緩疲勞裂紋的擴(kuò)展； 提高零件表面的加工質(zhì)量，以改善接觸情況；提高零件表

24、面的加工質(zhì)量，以改善接觸情況； 增大接觸處的綜合曲率半徑，以降低接觸應(yīng)力。增大接觸處的綜合曲率半徑，以降低接觸應(yīng)力。2. 表面抗磨損強(qiáng)度表面抗磨損強(qiáng)度 磨損：零件的表面形狀和尺寸在摩擦的條件下逐漸改磨損：零件的表面形狀和尺寸在摩擦的條件下逐漸改變的過程。當(dāng)磨損量超過允許值時(shí)，則零件失效。變的過程。當(dāng)磨損量超過允許值時(shí)，則零件失效。原因原因硬質(zhì)微粒落入兩接觸表面間引起硬質(zhì)微粒落入兩接觸表面間引起兩接觸表面在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中相互刮削兩接觸表面在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中相互刮削磨損的階段：磨損的階段：0t磨損量磨損量1231 跑合階段跑合階段2 穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段3 崩潰階段崩潰階段目的：力求縮短跑合期，延長(zhǎng)穩(wěn)定

25、磨損期，推遲劇烈磨目的：力求縮短跑合期，延長(zhǎng)穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損的到來。損的到來。2代表機(jī)件使用壽命的長(zhǎng)短代表機(jī)件使用壽命的長(zhǎng)短 措施：措施：a)采用適當(dāng)?shù)拿芊庋b置；采用適當(dāng)?shù)拿芊庋b置；b)定期清洗或更換潤(rùn)滑劑；定期清洗或更換潤(rùn)滑劑；c)充分潤(rùn)滑摩擦表面，使接觸表面部分或全部脫離接觸，充分潤(rùn)滑摩擦表面，使接觸表面部分或全部脫離接觸，以減少或避免摩擦；以減少或避免摩擦；d)減少摩擦表面的粗糙度，以改善摩擦面的接觸情況；減少摩擦表面的粗糙度，以改善摩擦面的接觸情況；e)用熱處理、電鍍等方法提高接觸表面的耐磨性；用熱處理、電鍍等方法提高接觸表面的耐磨性；f)選擇摩擦表面材料，選用減摩材料。選擇摩

26、擦表面材料，選用減摩材料。判斷：判斷： pvpvpp 接觸表面的相對(duì)滑動(dòng)速度接觸表面的相對(duì)滑動(dòng)速度 摩擦表面壓強(qiáng)摩擦表面壓強(qiáng)pvsm二、剛度二、剛度 l反映零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力反映零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力l大小用產(chǎn)生單位變形所需的外力或外來矩來表示。大小用產(chǎn)生單位變形所需的外力或外來矩來表示。l按其承受載荷的性質(zhì)：按其承受載荷的性質(zhì)：靜剛度：按照靜載荷與變形的關(guān)系所確定的剛度。靜剛度：按照靜載荷與變形的關(guān)系所確定的剛度。動(dòng)剛度：按照交變載荷與變形的關(guān)系所確定的剛度。動(dòng)剛度：按照交變載荷與變形的關(guān)系所確定的剛度。金屬材料：靜剛度金屬材料：靜剛度動(dòng)剛度動(dòng)剛度非金屬材料：非金

27、屬材料： （橡膠）（橡膠）21 0 1 2 1ff要求：要求：a. 有足夠的剛度有足夠的剛度 b. 有一定的剛度有一定的剛度例：片簧受力后的剛度計(jì)算例：片簧受力后的剛度計(jì)算lfb h33343lebhleiffa 式中：式中： 材料的彈性模量材料的彈性模量e 片簧截面的慣性矩片簧截面的慣性矩ai123bhia 選用價(jià)格低的碳素鋼；選用價(jià)格低的碳素鋼；改變零件截面形狀和尺寸，縮短支承點(diǎn)的距離；改變零件截面形狀和尺寸，縮短支承點(diǎn)的距離；變形許用值從試驗(yàn)或從實(shí)踐中整理得出。變形許用值從試驗(yàn)或從實(shí)踐中整理得出。三、振動(dòng)穩(wěn)定性三、振動(dòng)穩(wěn)定性 l在交變載荷的作用下，零件將產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。在交變載荷的作用下，

28、零件將產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。l共振：零件的固有頻率與載荷的頻率相同。共振：零件的固有頻率與載荷的頻率相同。例：圓柱形拉壓螺旋彈簧的固有頻率為：例：圓柱形拉壓螺旋彈簧的固有頻率為：kmfn 防止共振的方法：防止共振的方法：消除引起共振的載荷消除引起共振的載荷改變零件的固有頻率改變零件的固有頻率放在減振器組成的隔振系統(tǒng)。放在減振器組成的隔振系統(tǒng)。 彈簧彈簧 的剛度的剛度f 與彈簧兩端固定方法有關(guān)與彈簧兩端固定方法有關(guān)的系數(shù)的系數(shù)k1-6 工程材料和熱處理工程材料和熱處理 一、常用材料簡(jiǎn)介一、常用材料簡(jiǎn)介 鑄鐵鑄鐵金屬與金屬?gòu)?fù)合材料金屬與金屬?gòu)?fù)合材料金屬與非金屬?gòu)?fù)合材料金屬與非金屬?gòu)?fù)合材料非金屬與非金屬?gòu)?fù)合

29、材料非金屬與非金屬?gòu)?fù)合材料復(fù)合材料復(fù)合材料 非金屬材料：塑料、橡膠、陶瓷、皮革、非金屬材料：塑料、橡膠、陶瓷、皮革、 金屬材料金屬材料 黑色金屬黑色金屬 有色金屬有色金屬鋼：碳素鋼（普通、優(yōu)質(zhì)），合金鋼，不銹鋼鋼：碳素鋼（普通、優(yōu)質(zhì)），合金鋼，不銹鋼銅合金：耐磨和耐腐蝕銅合金：耐磨和耐腐蝕鋁合金：具有高的強(qiáng)重比鋁合金：具有高的強(qiáng)重比軸承合金軸承合金(巴氏合金）巴氏合金） 二、金屬材料的力學(xué)性能二、金屬材料的力學(xué)性能1.應(yīng)力極限應(yīng)力極限比例極限比例極限屈服極限屈服極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線s p b 2.彈性模量彈性模量e e反映材料抗變形的能力，反映材料抗變形的能力，衡量材料

30、剛度的性能指標(biāo)。衡量材料剛度的性能指標(biāo)。0 fcdabeghb s p 3.延展性：延展性：衡量材料塑性性能的指標(biāo)衡量材料塑性性能的指標(biāo)伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率 ：試件拉斷后，標(biāo)距內(nèi)的伸長(zhǎng)量與標(biāo)距原長(zhǎng)之比的百分率。：試件拉斷后，標(biāo)距內(nèi)的伸長(zhǎng)量與標(biāo)距原長(zhǎng)之比的百分率。斷面收縮率斷面收縮率 ：試件拉斷后，斷裂處面積的縮小量與原面積之比的百：試件拉斷后，斷裂處面積的縮小量與原面積之比的百分率。分率。 伸長(zhǎng)率或斷面收縮率愈大，材料的塑性愈高。伸長(zhǎng)率或斷面收縮率愈大，材料的塑性愈高。4.沖擊韌度沖擊韌度 ： 衡量材料承受沖擊載荷能力的性能指標(biāo)衡量材料承受沖擊載荷能力的性能指標(biāo)k 5.彈性能彈性能 和韌性能和韌性能

31、：彈性能：在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)變能將以勢(shì)能的形式彈性能：在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)變能將以勢(shì)能的形式儲(chǔ)存在材料內(nèi)部，撤去外力又全部釋放。儲(chǔ)存在材料內(nèi)部，撤去外力又全部釋放。韌性能：材料在斷裂前所能吸收的能量。韌性能：材料在斷裂前所能吸收的能量。eete6.硬度：硬度：表示材料表面在一個(gè)小體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑表示材料表面在一個(gè)小體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破裂的能力。性變形或破裂的能力。硬度愈高，強(qiáng)度和耐磨性愈高，塑性降低。硬度愈高，強(qiáng)度和耐磨性愈高，塑性降低。常用的硬度指標(biāo)：布氏硬度（常用的硬度指標(biāo)：布氏硬度（hbs）、洛氏硬度）、洛氏硬度（hrc）、維氏硬度（）、維氏硬度（hv）影響力

32、學(xué)性能的因素：影響力學(xué)性能的因素：1. 含碳量的影響含碳量的影響含碳量愈高，材料的強(qiáng)度和硬度愈高，塑性降低，切削含碳量愈高，材料的強(qiáng)度和硬度愈高，塑性降低，切削性、鍛造性、焊接性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性降低。性、鍛造性、焊接性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性降低。2. 合金元素的影響合金元素的影響3. 溫度的影響溫度的影響低溫條件下強(qiáng)度增加，塑性和沖擊韌性下降。低溫條件下強(qiáng)度增加，塑性和沖擊韌性下降。4. 熱處理工藝的影響熱處理工藝的影響不同的熱處理工藝，將使材料的硬度、強(qiáng)度、塑不同的熱處理工藝，將使材料的硬度、強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能產(chǎn)生變化。性、韌性等力學(xué)性能產(chǎn)生變化。三、三、常用工程材料常用工程材料1.黑色金

33、屬黑色金屬碳鋼碳鋼按含碳量分類按含碳量分類低碳鋼：低碳鋼：c%25. 0 中碳鋼：中碳鋼：c%60. 0%25. 0高碳鋼：高碳鋼：c%60. 0 按質(zhì)量分類按質(zhì)量分類普通碳素鋼：普通碳素鋼：%0.045%055. 0和和分別分別、 ps優(yōu)質(zhì)碳素鋼：優(yōu)質(zhì)碳素鋼：%040. 0 ps、按用途分類按用途分類碳素結(jié)構(gòu)鋼：一般屬于低、中碳鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼：一般屬于低、中碳鋼碳素工具鋼：刀具、量具、模具碳素工具鋼：刀具、量具、模具鑄鐵：碳含量大于鑄鐵：碳含量大于2.11% 的鐵碳合金的鐵碳合金特性：特性：強(qiáng)度、塑性和韌性較差，不能進(jìn)行鍛造。但具強(qiáng)度、塑性和韌性較差，不能進(jìn)行鍛造。但具有良好的鑄造性、減摩性和

34、切削加工性。有良好的鑄造性、減摩性和切削加工性。按石墨結(jié)晶按石墨結(jié)晶形態(tài)分類形態(tài)分類灰口鑄鐵：片狀結(jié)晶。機(jī)械性能不高灰口鑄鐵：片狀結(jié)晶。機(jī)械性能不高可鍛鑄鐵：團(tuán)絮狀。機(jī)械性能高于灰口鐵?？慑戣T鐵：團(tuán)絮狀。機(jī)械性能高于灰口鐵。球墨鑄鐵：球狀。機(jī)械性能較高。球墨鑄鐵：球狀。機(jī)械性能較高。合金鋼：在鋼中加入合金元素合金鋼：在鋼中加入合金元素特性：特性：耐熱、耐低溫、耐腐蝕、高磁性、高耐磨性等耐熱、耐低溫、耐腐蝕、高磁性、高耐磨性等2.有色金屬有色金屬銅合金：銅合金：良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性和延展性。良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性和延展性。鋁合金：鋁合金：密度小，熔點(diǎn)低，導(dǎo)熱、導(dǎo)電性良好，塑性密度小

35、，熔點(diǎn)低，導(dǎo)熱、導(dǎo)電性良好，塑性高，但強(qiáng)度低，耐磨性差。高，但強(qiáng)度低，耐磨性差。3.非金屬非金屬工程塑料：工程塑料：密度小，質(zhì)量輕，耐腐蝕性能好，可注塑密度小，質(zhì)量輕，耐腐蝕性能好，可注塑或擠壓成型；或擠壓成型；橡膠：橡膠：較大的彈性和良好的絕緣性，耐磨損、耐腐蝕、較大的彈性和良好的絕緣性，耐磨損、耐腐蝕、耐放射性；耐放射性；人工合成礦物：人工合成礦物：剛玉和石英剛玉和石英三、金屬材料的熱處理三、金屬材料的熱處理 退火退火滲碳滲碳氮化氮化碳氮共滲及其它碳氮共滲及其它表面熱處理表面熱處理火焰加熱火焰加熱感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱 熱處理熱處理普通熱處理普通熱處理 表面淬火表面淬火正火正火淬火淬火回火回火化

36、學(xué)熱處理化學(xué)熱處理熱處理熱處理：通過加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼的：通過加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的一種工藝組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的一種工藝方法。方法。 退火退火：將鋼材加熱到稍高于臨界溫度，并在該溫度下保持一：將鋼材加熱到稍高于臨界溫度，并在該溫度下保持一定時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻。定時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻。 目的目的：（：（1）軟化鋼件，便于切削加工；軟化鋼件，便于切削加工； （2）細(xì)化晶粒，改善組織以提高鋼的力學(xué)性能；）細(xì)化晶粒，改善組織以提高鋼的力學(xué)性能； （3）消除殘余應(yīng)力，以防止鋼件的變形，開裂。）消除殘余應(yīng)力，以防止鋼件的變形，

37、開裂。正火正火：將工件加熱到適當(dāng)溫度，保溫一段時(shí)間后從爐中取：將工件加熱到適當(dāng)溫度，保溫一段時(shí)間后從爐中取出在空氣中冷卻的金屬熱處理工藝出在空氣中冷卻的金屬熱處理工藝 。 目的目的：（：（1）獲得較高的力學(xué)性能；）獲得較高的力學(xué)性能； （2）細(xì)化晶粒，便于后續(xù)的切削加工。）細(xì)化晶粒，便于后續(xù)的切削加工。淬火淬火：又稱硬化。將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并：又稱硬化。將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段時(shí)間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬保持一段時(shí)間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。熱處理工藝。 目的目的：提高零件的硬度和耐磨性。：提高零件的硬度和耐磨性。注意注意：整體淬火有較大的內(nèi)應(yīng)力，必須進(jìn)行回火。：整體淬火有較大的內(nèi)應(yīng)力，必須進(jìn)行回火。回火回火：將經(jīng)過淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適：將經(jīng)過淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當(dāng)溫度，保溫一段時(shí)間后在空氣或水、油等介質(zhì)中冷卻的當(dāng)溫度，保溫一段時(shí)間后在空氣或水、油等介質(zhì)中冷卻的金屬熱處理金屬熱處理。目的目的：（：（1）提高組織穩(wěn)定性，使工件在使用過程中不再發(fā)）提高組織穩(wěn)定性，使工件在使用過程中不再發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，從而使工件幾何尺寸和性能保持穩(wěn)定。生組織轉(zhuǎn)變，從而使工件幾何尺寸和性能保持穩(wěn)定。 （2）