機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述課件

1、機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件第十章第十章 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的工作能力和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)械零件常用材料及其選擇原則機(jī)械零件常用材料及其選擇原則第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械的潤滑機(jī)械的潤滑第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件 工作能力：工作能力：在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度。對(duì)載荷而言，即為承載能力。 失效：失效：機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作稱為失效。第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則 計(jì)算準(zhǔn)則：計(jì)算準(zhǔn)則：針對(duì)零件的不同失效形式建

2、立的判定零件工作能力的條件，稱為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。常用設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有強(qiáng)度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、耐磨性準(zhǔn)則和振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則等。 設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求 ：既要可靠，又要成本低，避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效。 零件常見失效形式有斷裂，表面失效（接觸疲勞、表面壓潰、磨損、膠合），過大的塑性變形，過大的彈性變形，振動(dòng)失穩(wěn)，打滑和滑移等。機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件一、強(qiáng)度一、強(qiáng)度 (一)載荷 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稱為名義載荷。 計(jì)算載荷：計(jì)算載荷：機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，除名義載荷外，還會(huì)受到有各種附加載荷的作用，其影響用載荷系數(shù)k（工況系數(shù)）來估計(jì)。載荷系數(shù)（k1）與名義載荷的乘積，稱

3、為計(jì)算載荷。機(jī)械零件的設(shè)計(jì)計(jì)算是根據(jù)計(jì)算載荷進(jìn)行的。 強(qiáng)度強(qiáng)度： 零件承受載荷后，抵抗破壞的能力。 變載荷：變載荷：大小和方向隨時(shí)間變化的載荷。機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則 靜載荷：靜載荷：大小和方向不隨時(shí)間變化的載荷。機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件 零件受載時(shí)，在本體內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力為整體強(qiáng)度問題。整體強(qiáng)度包括拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切等幾種類型。若零件整體強(qiáng)度不足，就會(huì)產(chǎn)生斷裂或過大的塑性變形，造成零件失效。設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足的強(qiáng)度條件為： 、 （二） 整體強(qiáng)度（三）表面強(qiáng)度 零件受載時(shí)，在傳力接觸表面上產(chǎn)生應(yīng)力為表面強(qiáng)度問題。零件的表面強(qiáng)度包括擠壓強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度兩種類型。 擠壓

4、強(qiáng)度：擠壓強(qiáng)度：通過面接觸傳力時(shí)會(huì)產(chǎn)生擠壓應(yīng)力p，它可能使零件表面壓潰破壞，造成失效。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足的強(qiáng)度條件為：ppAF機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則 擠壓破壞首先在強(qiáng)度較弱的材料表面產(chǎn)生，所以式中p值應(yīng)取兩零件中許用擠壓應(yīng)力較小者。機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件 接觸強(qiáng)度：接觸強(qiáng)度：兩零件通過點(diǎn)、線接觸（高副）傳遞載荷時(shí)，受載后由于彈性變形其接觸區(qū)為一很小面積，表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力很大，稱為接觸應(yīng)力，其最大值用H表示。這時(shí)零件的強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足的強(qiáng)度條件為：HH機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件212111

5、111EEFnH222b(1bEFbEFnnH418. 0)2122121式中，為綜合曲率半徑，21212EEEEEE為綜合彈性模量，對(duì)于鋼或鑄鐵，可取泊松比1=2=0.3 ，其值為：機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則 由彈性力學(xué)的分析可知，當(dāng)兩個(gè)軸線平行的圓柱體相互接觸并受壓時(shí)，其最大接觸應(yīng)力H發(fā)生在接觸區(qū)的中線上，其值1 、2為材料的泊松比；E1、 E2為材料的彈性模量；機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件SlimSlimHHlimSH 許用應(yīng)力是設(shè)計(jì)零件時(shí)所依據(jù)的條件應(yīng)力，是強(qiáng)度條件的判據(jù)。它取決于應(yīng)力的種類、零件材料的極限應(yīng)力和安全系數(shù)等。合理的許用應(yīng)力可使零件在具有足夠強(qiáng)

6、度的同時(shí)輕巧、緊湊和經(jīng)濟(jì)。計(jì)算法是確定許用應(yīng)力的主要方法。其公式為：lim為極限正應(yīng)力；機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則（四）許用應(yīng)力lim為極限剪應(yīng)力；Hlim為接觸疲勞極限應(yīng)力；S為安全系數(shù)；SH為材料的接觸疲勞安全系數(shù)。機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件 安全系數(shù)：安全系數(shù)：極限應(yīng)力與許用應(yīng)力的比值稱為安全系數(shù)。機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則S3為考慮零件的重要性系數(shù)，一般取S3=11.5。S2為考慮材料機(jī)械性能均勻性系數(shù)，對(duì)鍛鋼或軋鋼件S2=1.21.5；對(duì)鑄鐵件取S2=1.52.5；S1為考慮載荷及計(jì)算應(yīng)力的準(zhǔn)確性系數(shù)，一般取S1=11.5；

7、 安全系數(shù)可用查表法和部分系數(shù)法確定。部分系數(shù)法也是一種比較常用的方法，一般用于無可靠資料直接確定安全系數(shù)的情況下?？偘踩禂?shù)是以幾個(gè)影響因素系數(shù)的連乘積來確定的。即： S=S1S2S3機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件 剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。 剛度對(duì)于某些彈性變形超過一定數(shù)值后，會(huì)影響機(jī)器工作質(zhì)量的零件尤為重要。二、二、 剛度剛度機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則式中 y、 、 分別為零件的撓度、扭轉(zhuǎn)角和偏轉(zhuǎn)角； y、 、分別為其對(duì)應(yīng)的許用值，其按零件的使用要求來確定。剛度條件：yy； ； ；機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件三、耐磨性三、耐磨性 實(shí)際應(yīng)用中，常用

8、限制壓強(qiáng)p來控制磨損和限制pv值（v為磨擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度）來控制發(fā)熱量，即機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則 耐磨性是指作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件表面在載荷作用下抵抗磨損的能力。p為許用壓強(qiáng)；pv為pv的許用值，其值由摩擦副材料確定。 耐磨性條件為： pp， pvpv機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件 四、四、 振動(dòng)穩(wěn)定性振動(dòng)穩(wěn)定性 在高速機(jī)械中，當(dāng)機(jī)械零件的固有頻率與周期性載荷的頻率（機(jī)器內(nèi)的激振源頻率）的整數(shù)倍相同或接近時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振。共振時(shí)振幅急劇增大，這種現(xiàn)象稱為失去振動(dòng)穩(wěn)定性。零件一但失去振動(dòng)穩(wěn)定性，將喪失工作能力，甚至斷裂而釀成重大事故。機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的

9、工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則 避免共振的措施：消除引起振動(dòng)的根源，如改變機(jī)械零件自身的固有頻率，裝設(shè)消振器，改變外界周期性載荷的頻率或消除外界周期性載荷等。機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)械零件常用材料及其選用原則機(jī)械零件常用材料及其選用原則鋼鋼（含量1.4）碳素鋼(普通、優(yōu)質(zhì)碳素鋼)、合金鋼、鑄鋼。鑄鐵鑄鐵:（含2.06）易成型、價(jià)廉、吸振、可靠性差。有色金屬有色金屬：有特殊性能(減摩、抗腐、電）。非金屬非金屬：塑料、橡膠。一、常用材料一、常用材料常用材料的分類和應(yīng)用表機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件二、選用原則二、選用原則 1、使用要求機(jī)械零件常用材料及其選用原則機(jī)械零件常用材料及其選用原則 5

10、)當(dāng)零件要求重量輕時(shí)，應(yīng)選用輕合金、塑料或高強(qiáng)度材料 4)當(dāng)零件以耐磨性為主要要求時(shí)，可選用減摩、耐磨材料； 3)當(dāng)零件以剛度為主要要求時(shí)，可選用一般強(qiáng)度的材料； 2)當(dāng)零件受拉伸載荷、剪切載荷、沖擊載荷、變載荷或受力后產(chǎn)生交變應(yīng)力時(shí)，應(yīng)選用鋼材；受壓零件可選用鑄鐵； 1)當(dāng)零件所受的載荷大或要求尺寸小時(shí)，可選擇強(qiáng)度較高的材料；零件所選用的材料應(yīng)與所受載荷相適應(yīng)。機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件 2、工藝要求 零件所選用的材料應(yīng)與制造工藝相適應(yīng)。機(jī)械零件常用材料及其選用原則機(jī)械零件常用材料及其選用原則 3、經(jīng)濟(jì)性要求 在機(jī)械產(chǎn)品成本中，材料成本一般占1/3以上。因而，在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡量選

11、用價(jià)格低廉的材料，這是零件材料選用時(shí)應(yīng)遵循的普遍原則。除此而外還有： 2）對(duì)精度高、需要切削加工的零件，宜選用切削性能好的材料。 1）當(dāng)零件形狀比較復(fù)雜或尺寸較大時(shí)，如箱、殼、架、蓋等宜選用鑄造性能好的鑄鐵、鑄鋼或焊接性能好的材料； 1）設(shè)計(jì)組合式零件，以節(jié)約貴重金屬，降低材料成本；機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件 2）采用精鑄、精鍛等無切削或少切削加工工藝，以提高材料利用率，對(duì)于大批量生產(chǎn)可大幅度降低成本； 3）考慮生產(chǎn)費(fèi)用，以降低成本。鑄鐵比鋼便宜，但對(duì)單件或小批量生產(chǎn)，鑄模的費(fèi)用相對(duì)較大，故選用鋼板焊接反而有利，因?yàn)槭∪チ四＞哔M(fèi)用； 4）零件選用的材料牌號(hào)、品種、規(guī)格應(yīng)盡可能少。以求生產(chǎn)準(zhǔn)備、

12、采購供應(yīng)方便，降低成本。機(jī)械零件常用材料及其選用原則機(jī)械零件常用材料及其選用原則常用材料的相對(duì)價(jià)格機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件 一、摩擦的類型及潤滑的作用一、摩擦的類型及潤滑的作用 （一）摩擦的類型（一）摩擦的類型 按接觸表面潤滑情況，摩擦可分為干摩擦、液體摩擦和邊界摩擦等。按接觸表面潤滑情況，摩擦可分為干摩擦、液體摩擦和邊界摩擦等。 1 1）干摩擦）干摩擦 一般金屬或非金屬摩擦表面直接接觸不加入任何潤滑劑時(shí)產(chǎn)一般金屬或非金屬摩擦表面直接接觸不加入任何潤滑劑時(shí)產(chǎn)生的摩擦稱為干摩擦。生的摩擦稱為干摩擦。 2 2）液體摩擦）液體摩擦 加入潤滑劑后，在摩擦表面形成一層油膜（或固體潤滑加入潤滑劑后，在摩

13、擦表面形成一層油膜（或固體潤滑膜），則可大大減小其摩擦。膜），則可大大減小其摩擦。 3 3）邊界摩擦）邊界摩擦 如果潤滑油膜不能將兩接觸表面完全隔開，這時(shí)的潤滑狀如果潤滑油膜不能將兩接觸表面完全隔開，這時(shí)的潤滑狀態(tài)稱為邊界摩擦。態(tài)稱為邊界摩擦。 綜上所述，液體摩擦是最理想的情況。在一般機(jī)器中，摩擦表面多處于綜上所述，液體摩擦是最理想的情況。在一般機(jī)器中，摩擦表面多處于干摩擦、液體摩擦和邊界摩擦的混合狀態(tài)，稱為非液體摩擦或混合摩擦。干摩擦、液體摩擦和邊界摩擦的混合狀態(tài)，稱為非液體摩擦或混合摩擦。第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)械的潤滑機(jī)械的潤滑機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件 （二）機(jī)械潤滑的作用 潤滑的作用大致可歸

14、納為： 1）減磨作用。減輕零件表面的摩擦、磨損和功率損耗； 2）降低溫升作用。一方面是減小摩擦使發(fā)熱量減少；另一方面是潤滑油流過摩擦表面帶走摩擦產(chǎn)生的一部分熱量； 3）清洗作用。潤滑油流過摩擦表面時(shí)，帶走磨損落下的金屬細(xì)屑和污物； 4）防銹作用。吸附于零件表面的油膜，可保護(hù)零部件表面免遭銹蝕。機(jī)械的潤滑機(jī)械的潤滑機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件 二、潤滑劑二、潤滑劑 生產(chǎn)中常用的潤滑劑包括潤滑油、潤滑脂、固體潤滑劑和氣體潤滑劑等幾大類。 1.潤滑油的主要性能指標(biāo) 粘度粘度 體現(xiàn)了液體摩擦狀態(tài)下潤滑油內(nèi)部摩擦阻力的大小。油粘度愈大，工作阻力愈大，但承載能力也愈大。粘度隨溫度升高而降低。 油性油性 又稱

15、潤滑性，是指潤滑油中的極性物質(zhì)分子吸附于金屬表面而形成一層堅(jiān)韌的油膜的能力。這層油膜如果對(duì)金屬表面的吸附力大，不易破裂，則潤滑油的油性就好。油性受溫度的影響，溫度過高，吸附油膜會(huì)被分解破壞。機(jī)械的潤滑機(jī)械的潤滑機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件機(jī)械的潤滑機(jī)械的潤滑 2. 潤滑脂的主要性能指標(biāo) 針入度針入度 又稱穿入度或稠度，它表征潤滑脂的軟硬、稠度和流動(dòng)性。 滴點(diǎn)滴點(diǎn) 是把潤滑脂放入滴點(diǎn)儀中，在規(guī)定的條件下加熱，潤滑脂開始滴下第一滴時(shí)的溫度稱為滴點(diǎn)。滴點(diǎn)表征著潤滑脂的耐熱能力。工作溫度應(yīng)低于滴點(diǎn)1520。 潤滑脂也稱黃油，是一種稠化的潤滑油，其稠化劑皂基不同，性能也不同。有鈣基潤滑脂、鈉基潤滑脂、鋰基

16、潤滑脂、鋁基潤滑脂等。機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件機(jī)械的潤滑機(jī)械的潤滑 三、潤滑劑的選用原則三、潤滑劑的選用原則 在設(shè)備事故中，潤滑事故占很大比重，而潤滑劑選擇不當(dāng)又是造成潤滑事故的一個(gè)重要因素，選用潤滑劑的基本原則是： 1）載荷大時(shí)，宜選用粘度或稠度大的潤滑油或脂。粘度愈大，油膜強(qiáng)度愈高，承載能力愈大； 2）轉(zhuǎn)速高時(shí)，宜選用粘度或稠度低的潤滑油或脂，以避免過大的運(yùn)動(dòng)阻力和發(fā)熱； 3）工作溫度高時(shí)，宜選用粘度或稠度大的潤滑油或脂，以保證在工作溫度下要求的粘性。 總之，重載、低速和高溫宜選用粘度或稠度大的油或脂；輕載、高速和低溫宜選用粘度或稠度小的油或脂。在實(shí)用中，不少機(jī)器的潤滑劑是根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)來

17、確定的。機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件 第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化 一、工藝性一、工藝性 機(jī)械零件應(yīng)具有良好的工藝性，即在一定的生產(chǎn)條件下，能用最少的時(shí)間、設(shè)備、工具、勞動(dòng)量以及一般的加工方法生產(chǎn)出來。 1）選擇合理的毛坯種類 零件的毛坯可以是鑄件、鍛件、焊件、沖壓件等。毛坯種類的選擇一般取決于生產(chǎn)批量、材料、尺寸大小和加工可能性等。 2）零件結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)盡量簡單 設(shè)計(jì)零件時(shí)應(yīng)采用簡單的平面、圓柱面等組成零件的形狀。并使加工表面數(shù)目和加工面積最小。 3）合理選擇制造精度和表面粗糙度 制造精度和表面粗糙度選得越高，加工費(fèi)用就越高。因此，選擇要合理，以滿足使用要求為原則。 4）機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于拆裝，并盡量減少裝配工作量。機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述PPT課件機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化 二、標(biāo)準(zhǔn)化二、標(biāo)準(zhǔn)化 標(biāo)準(zhǔn)化是指對(duì)零件的品種、規(guī)格、質(zhì)量、技術(shù)條件和檢驗(yàn)、試驗(yàn)方法等由國家或行業(yè)制定的一些強(qiáng)制性（或推薦性）統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)貫徹標(biāo)準(zhǔn)化的原則。推行標(biāo)準(zhǔn)化的意義在于： 1、可使通用零、部件采用先進(jìn)的工藝方法進(jìn)行專業(yè)化大批量生產(chǎn)，既能降低成本，又能提高質(zhì)量。 2、設(shè)計(jì)中直接采用標(biāo)準(zhǔn)件，可減少設(shè)計(jì)工作量，降低設(shè)計(jì)成本；標(biāo)準(zhǔn)件可以外購且標(biāo)準(zhǔn)件具有互