精密機械設(shè)計概論資料

1、第 8章 精密機械設(shè)計概論一、教學(xué)目的:通過本章的學(xué)習(xí), 達(dá)到了解儀器設(shè)計基本原理與方法、 精密機械零件的強度、 機械零件 的常用材料及鋼的熱處理以及機械零件的結(jié)構(gòu)工藝性的目的。二、教學(xué)方法:黑板教學(xué)與多媒體教學(xué)相結(jié)合三、教學(xué)手段:課堂教學(xué)和課后輔導(dǎo)相結(jié)合四、學(xué)時分配:講課學(xué)時為 4學(xué)時五、重點、難點:8.1節(jié)與 8.2節(jié)重點講解難點:精密機械零件的強度問題六、作業(yè)布置:習(xí)題 8-1至 8-6七、輔導(dǎo)安排:課后安排輔導(dǎo)八、教學(xué)內(nèi)容8.1 儀器設(shè)計概述儀器是生產(chǎn)過程和科學(xué)實驗中信息的檢測、傳遞、顯示、 記錄和控制的工具。 根據(jù)儀器 的構(gòu)造和組成, 它可以是一個有檢測、 傳遞和顯示功能的小型測量裝

2、置。 儀器的結(jié)構(gòu)和傳動 機構(gòu)的設(shè)計是各種裝置的重要基礎(chǔ)。 對機械測量儀器和儀表而言, 傳動和結(jié)構(gòu)是保證儀器和 儀表的性能,實現(xiàn)測量、 傳動和指示的全部功能。 對電子或光電儀器來說, 機械結(jié)構(gòu)是構(gòu)成 儀器的主要部分。 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理與否, 對儀器的性能和整體起著非常重要的作用。 因 此,儀器結(jié)構(gòu)和傳動機構(gòu)的設(shè)計,必須根據(jù)儀器性能和整體來考慮。實際上,儀器的性能和 整體可歸納為下面兩方面的要求。1. 使用方面要求;2. 經(jīng)濟方面要求。使用要求主要體現(xiàn)在以下幾個方面:1. 基本性能:測量范圍(工作范圍 、精確度、穩(wěn)定性、動態(tài)特性;2. 可靠性:在一定時間和條件下,儀器保持規(guī)定范圍內(nèi)的性能和精度;

3、3. 調(diào)整、操作和維修的方便。在經(jīng)濟方面,工藝性和結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求可以概括如下:1.結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好2.合理地制定技術(shù)要求和選擇材料3.采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件8.2 精密機械零件的強度任何精密機械都是由零件組成的。 在設(shè)計精密機械時, 應(yīng)計算零件的強度。 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。 然而在機器運轉(zhuǎn)時, 零件還會受到各種 附加載荷, 通常用引入載荷系數(shù) k 的辦法來估計這些因素的影響。 通常, 把載荷系數(shù) k 與名 義載荷的乘積稱為計算載荷。 其中, , ,是計算應(yīng)力; , 是許用應(yīng)力; lim , lim 是極限應(yīng)力; s 為安全系數(shù)。按照隨時間變化的情況,應(yīng)力可

4、分為:1. 靜應(yīng)力:不隨時間變化的應(yīng)力。2. 變應(yīng)力:隨時間變化的應(yīng)力。疲勞斷裂具有以下特征:1.疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強度極限低,甚至比屈服極限低;2.不管是脆性材料還是塑性材料,其疲勞斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂;3.疲勞斷裂是損傷的積累,它的初期現(xiàn)象是在零件表面或表層形成微裂紋,這種微裂紋隨 著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加逐漸擴展, 直至在余下的未斷裂的截面積不足以承受外載荷時, 就突 然斷裂。4. 疲勞斷裂不同于一般靜力斷裂, 它是損傷到一定程度后, 即裂紋擴展到一定程度后, 才發(fā)生的突然斷裂。疲勞曲線是表示應(yīng)力 與應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 之間的關(guān)系曲線。見下圖所示, 疲勞曲

5、線變應(yīng)力下, 應(yīng)取材料的疲勞極限作為極限應(yīng)力。 同時還應(yīng)考慮零件的切口和溝槽等截 面突變、絕對尺寸和表面狀態(tài)等影響,為此引入應(yīng)力集中系數(shù) 、盡寸系數(shù) 和表面狀態(tài)系數(shù) 等。當(dāng)應(yīng)力是對稱循環(huán)變化時,許用應(yīng)力為 當(dāng)應(yīng)力是脈動循環(huán)變化時,許用應(yīng)力為 其中, S 為安全系數(shù); 0為材料的脈動循環(huán)疲勞極限; , 及 的數(shù)值可在材料力學(xué)或 有關(guān)設(shè)計手冊中查得。安全系數(shù)定得正確與否對零件尺寸有很大影響。 如果安全系數(shù)定得過大, 將使結(jié)構(gòu)笨重; 而定得過小,又可能不夠安全。安全系數(shù)選擇依據(jù)如下:(1靜應(yīng)力下,塑性材料以屈服極限為極限應(yīng)力。(2靜應(yīng)力下,脆性材料以強度極限為極限應(yīng)力,這時應(yīng)取較大的安全系數(shù)。(3變

6、應(yīng)力下,以疲勞極限作為極限應(yīng)力。接觸應(yīng)力是指若兩個零件在受載前是點接觸或線接觸, 受載后, 由于變形在其接觸處為 一小面積,此面積上產(chǎn)生的局部應(yīng)力。接觸強度是指零件守接觸應(yīng)力作用時的強度。接觸疲勞強度的判定條件為 式中, H lim 為由實驗測得的材料的接觸疲勞極限。8.3 機械零件的常用材料及鋼的熱處理機械零件常用的材料主要是鋼和鑄鐵, 其次是有色金屬合金, 以及非金屬材料。 下面分 別簡要說明。1.鋼:含碳量小于 2%的鐵碳合金,包括:1 碳素鋼:2 合金鋼:加入一些鉻、鎳、鉬、鈦、鎢等元素兩大類。一部分鋼種如下: 普通碳素鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼 鑄鋼2.鑄鐵:含碳量大于 2%的鐵

7、碳合金,包括: 灰鑄鐵 可鍛鑄鐵 球墨鑄鐵3.有色金屬合金:鐵以外的金屬 銅和銅合金a .純銅,常稱紫銅b .黃銅c .青銅 滑動軸承合金a .錫基滑動軸承合金(錫基巴氏合金b .鉛基軸承合金 鋁合金 鎂合金 鈦合金先來學(xué)習(xí)鋼的熱處理概念。 鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)范圍內(nèi), 通過一定的加熱、 保溫和 冷卻,以改變鋼的組織和性能的一種工藝。鋼的熱處理種類有以下幾種:1.退火。是把鋼加熱到發(fā)生相變或部分相變的溫度,經(jīng)過保溫,然后緩漫冷卻的熱處理方 法。 使原有的鋼的組織發(fā)生變化, 達(dá)到以下幾個目的:降低硬度, 提高塑性, 便于切削加工; 細(xì)化晶粒,均勻組織;消除內(nèi)應(yīng)力等。2.正火。正火即?；?把鋼加

8、熱到相變或部分相變的溫度,然后在空氣中自然冷卻的熱處 理方法。對于低碳鋼(含碳量小于 0.25% ,正火后的硬度比退火后的硬度略高。3.淬火與回火?；鼗鸱N類: 低溫回火,淬火后的機械零件在 150250范圍內(nèi)的回火。 中溫回火,淬火后的機械零件在 350450范圍內(nèi)的回火。 高溫回火,淬火后的機械零件在 500650范圍內(nèi)。4.時效:機械零件,特別是精密的模具或量具,常在低溫回火以后,精加工之前,將其重 新加熱到 100150, 保持 (520 小時, 這種穩(wěn)定精密制件尺寸和形狀的熱處理方法。 5.表面熱處理:表面淬火和化學(xué)熱處理 鋼的表面淬火:是將機械零件的表面通過快速加熱 (火焰表面快速加熱及高頻或工頻電感應(yīng) 快速加熱到相變溫度,在熱量還來不及傳導(dǎo)至機械零件的心部之前,迅速加以冷卻。這樣, 表面層淬火變得很硬,而心部仍保持原有狀態(tài),具有足夠的強度和韌性。 鋼的化學(xué)熱處理a .滲碳:是使碳原子滲入到低碳鋼的表面層的過程。b .滲氮:是向鋼的表面層滲入氮原子的過程。c .氰化:在鋼中同時滲入碳原子和氮原子的過程稱為氰化。8.4 機械零件的結(jié)構(gòu)工藝性毛坯的制造方法有鑄造、 鍛造和焊接等, 應(yīng)根據(jù)機械零件的使用要求、 生產(chǎn)批量和具體