第6章機械零件設計和計算概論ppt課件

1、 6-1 機械零件設計概述 6-2 機械零件的任務才干準那么 6-3 許用應力和平安系數 6-4 常用資料及其選擇 6-5 機械零件的工藝性和規(guī)范化根本要求根本要求: :掌握零件常見的失效方式和設計準那么掌握零件常見的失效方式和設計準那么掌握許用應力、平安系數的概念及確定方法掌握許用應力、平安系數的概念及確定方法了解零件的常用資料及性能了解零件的常用資料及性能機械設計根底機械零件設計和計算概論一、機械零件分類二、機械零件設計根本要求三、機械零件設計過程四、機械零件傳統設計方法機械設計根底機械零件設計和計算概論一、機械零件分類一、機械零件分類機器：機械、機構的總稱機器：機械、機構的總稱構件構件運

2、動的單元運動的單元零件零件制造的單元制造的單元 機械設計根底機械零件設計和計算概論通用通用零件零件傳動件：齒輪、蝸桿、帶、鏈傳動件：齒輪、蝸桿、帶、鏈聯接件：螺栓、鍵、花鍵聯接件：螺栓、鍵、花鍵支承件：軸、軸承支承件：軸、軸承機械零件機械零件公用零件：水輪機葉片、活塞、曲軸公用零件：水輪機葉片、活塞、曲軸,飛機螺旋槳飛機螺旋槳 其它：聯軸器、彈簧、機架其它：聯軸器、彈簧、機架二、機械零件設計根本要求二、機械零件設計根本要求1、滿足功能要求，可以精確實現預定的功能、滿足功能要求，可以精確實現預定的功能2、任務可靠，在預定的任務期限內不能失效、任務可靠，在預定的任務期限內不能失效3、經濟性要求、經

3、濟性要求機械設計根底機械零件設計和計算概論三、機械零件設計過程三、機械零件設計過程v零件設計時的共性：零件設計時的共性：機械設計根底機械零件設計和計算概論v過程：過程：v1、擬訂零件的設計簡圖、擬訂零件的設計簡圖v2、確定載荷的大小及位置、確定載荷的大小及位置v3、選擇資料、選擇資料v4、根據失效方式選用斷定條件，設計出零件的主要參數、根據失效方式選用斷定條件，設計出零件的主要參數v5、繪制零件任務圖、繪制零件任務圖任務原理、構造、任務原理、構造、類型、運用場所類型、運用場所受力分析、受力分析、失效方式失效方式設計準那么、設計準那么、設計計算設計計算四、機械零件傳統設計方法四、機械零件傳統設計

4、方法v實際設計實際設計(半閱歷設計半閱歷設計)：機械設計根底機械零件設計和計算概論v類比設計：類比設計：v與已有的同類產品進展比較來設計新產品。這種方法在工與已有的同類產品進展比較來設計新產品。這種方法在工程實踐中用得較多，特點是節(jié)省時間，較可靠程實踐中用得較多，特點是節(jié)省時間，較可靠v閱歷設計：閱歷設計：v根據實際中歸納出的閱歷公式和閱歷數據進展設計，缺乏根據實際中歸納出的閱歷公式和閱歷數據進展設計，缺乏創(chuàng)新創(chuàng)新v模型實驗設計：模型實驗設計：v用于大型、復雜零件的設計用于大型、復雜零件的設計強度條件強度條件(或剛度或剛度) 設計計算設計計算尺寸尺寸校核計算校核計算強度條件強度條件(或剛度或剛

5、度)一、機械零件常見失效方式二、任務才干準那么三、強度準那么四、剛度準那么五、耐磨性準那么六、振動穩(wěn)定性準那么七、耐熱性準那么機械設計根底機械零件設計和計算概論一、機械零件常見失效方式一、機械零件常見失效方式v失效：喪失任務才干或達不到設計要求的性能，不僅僅指失效：喪失任務才干或達不到設計要求的性能，不僅僅指破壞破壞v常見主要失效方式有：常見主要失效方式有：v斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂v外表點蝕：任務外表片狀剝落外表點蝕：任務外表片狀剝落v塑性變形：零件發(fā)生永久性變形塑性變形：零件發(fā)生永久性變形v過大彈性變形過大彈性變形v外表破壞外表破壞v過大振動和噪聲、過熱等過

6、大振動和噪聲、過熱等機械設計根底機械零件設計和計算概論v例如軸能夠的失效方式：例如軸能夠的失效方式：v斷裂、塑性變形、過大彈性變形、斷裂、塑性變形、過大彈性變形、共振共振強度問題強度問題剛度問題剛度問題耐磨性問題耐磨性問題Fn二、任務才干準那么二、任務才干準那么v任務才干：不失效條件下零件的平安任務限制任務才干：不失效條件下零件的平安任務限制v這個限制通常是以零件接受載荷的大小來表示，所以又這個限制通常是以零件接受載荷的大小來表示，所以又常稱為常稱為“承載才干承載才干v如：如：v吊鉤最大起分量吊鉤最大起分量50 kNv任務才干或承載才干任務才干或承載才干50 kN機械設計根底機械零件設計和計算

7、概論v任務才干準那么：衡量零件任務才干的目任務才干準那么：衡量零件任務才干的目的的v對零件設計，針對其主要失效方式選擇適對零件設計，針對其主要失效方式選擇適宜的任務才干準那么進展設計宜的任務才干準那么進展設計v詳細有：強度準那么、剛度準那么、耐磨詳細有：強度準那么、剛度準那么、耐磨性準那么、振動穩(wěn)定性準那么、耐熱性準性準那么、振動穩(wěn)定性準那么、耐熱性準那么那么50 kN三、強度準那么三、強度準那么v機械零件任務才干的最根本準那么機械零件任務才干的最根本準那么v強度：資料抵抗斷裂或剩余變形的才干強度：資料抵抗斷裂或剩余變形的才干v強度準那么：任務應力強度準那么：任務應力許用應力許用應力v 或或

8、機械設計根底機械零件設計和計算概論v針對失效方式：斷裂、疲勞破壞、剩余變形針對失效方式：斷裂、疲勞破壞、剩余變形v典型零部件：軸、齒輪、典型零部件：軸、齒輪、 帶輪等帶輪等Slim 正應力：正應力：Slim 剪應力：剪應力：極限應力極限應力四、剛度準那么四、剛度準那么v剛度：資料抵抗彈性變形的才干剛度：資料抵抗彈性變形的才干v剛度準那么：實踐變形量剛度準那么：實踐變形量許用變形量許用變形量v彎曲剛度：撓度條件：彎曲剛度：撓度條件： y y v 傾角條件：傾角條件： v扭曲剛度：扭角條件：扭曲剛度：扭角條件：j j機械設計根底機械零件設計和計算概論v針對失效方式：過大的彈性變形針對失效方式：過大

9、的彈性變形v典型零部件：軸、蝸桿等典型零部件：軸、蝸桿等五、耐磨性準那么五、耐磨性準那么v耐磨性：零件抗磨損的才干耐磨性：零件抗磨損的才干v磨損是相當復雜的物理化學過程磨損是相當復雜的物理化學過程v影響磨損的要素包括載荷的大小和性質、滑動速度、光滑影響磨損的要素包括載荷的大小和性質、滑動速度、光滑劑的化學性質和物理性質等劑的化學性質和物理性質等v詳細有：磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、沖詳細有：磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、沖蝕磨損、微動磨損蝕磨損、微動磨損v耐磨性準那么：耐磨性準那么： vP 機械設計根底機械零件設計和計算概論v針對失效方式：零件外表破壞針對失效方式：零件外

10、表破壞v典型零部件：齒輪、軸承、鏈等典型零部件：齒輪、軸承、鏈等六、振動穩(wěn)定性準那么六、振動穩(wěn)定性準那么v共振：當機器的自振頻率與周期性干擾力變化頻共振：當機器的自振頻率與周期性干擾力變化頻率一樣或整數倍時，就會發(fā)生共振，此時振幅急率一樣或整數倍時，就會發(fā)生共振，此時振幅急劇增大，導致零件破壞或機器任務條件失常等劇增大，導致零件破壞或機器任務條件失常等v振動穩(wěn)定性：機器任務時振幅不能超越答應值振動穩(wěn)定性：機器任務時振幅不能超越答應值v振動穩(wěn)定性準那么：振動穩(wěn)定性準那么：0.85f fp 或或 1.15ffp機械設計根底機械零件設計和計算概論v針對失效方式：共振產生的任務失常針對失效方式：共振產

11、生的任務失常v典型零部件：軸等典型零部件：軸等七、耐熱性準那么七、耐熱性準那么v高溫引起承載才干降低、蠕變，也會呵斥熱變形、高溫引起承載才干降低、蠕變，也會呵斥熱變形、附加熱應力，破壞正常的光滑條件，改動零件間附加熱應力，破壞正常的光滑條件，改動零件間的間隙，降低精度等的間隙，降低精度等v耐熱性準那么：任務溫度低于許用值耐熱性準那么：任務溫度低于許用值機械設計根底機械零件設計和計算概論v針對失效方式：高溫引起的光滑不良、蠕變針對失效方式：高溫引起的光滑不良、蠕變v典型零部件：蝸桿、齒輪、滑動軸承等典型零部件：蝸桿、齒輪、滑動軸承等一、載荷二、應力三、極限應力四、許用應力和平安系數機械設計根底機

12、械零件設計和計算概論一、載荷一、載荷v載荷：作用于零件上的力或力矩載荷：作用于零件上的力或力矩v任務載荷：機器正常任務時所受的實踐載荷任務載荷：機器正常任務時所受的實踐載荷 v名義載荷：理想任務條件下的載荷名義載荷：理想任務條件下的載荷v計算載荷：作用于零件的實踐載荷，思索各種附加載荷計算載荷：作用于零件的實踐載荷，思索各種附加載荷v計算載荷計算載荷=K 名義載荷名義載荷機械設計根底機械零件設計和計算概論載荷系數載荷系數二、應力二、應力v靜應力：不隨時間改動或變化緩慢的應力靜應力：不隨時間改動或變化緩慢的應力v變應力：隨時間作周期性或非周期性變化的應力變應力：隨時間作周期性或非周期性變化的應力

13、v變應力：穩(wěn)定變應力隨時間作周期性、不穩(wěn)定變應變應力：穩(wěn)定變應力隨時間作周期性、不穩(wěn)定變應力非周期性循環(huán)變應力力非周期性循環(huán)變應力機械設計根底機械零件設計和計算概論v穩(wěn)定變應力：對稱循環(huán)變應力、穩(wěn)定變應力：對稱循環(huán)變應力、脈動循環(huán)變應力、非對稱循環(huán)變脈動循環(huán)變應力、非對稱循環(huán)變應力應力t tminmaxm應力參數應力參數v以正應力以正應力s為例為例v最大應力最大應力: smax= sm+sav最小應力最小應力: sminv應力幅應力幅: sa機械設計根底機械零件設計和計算概論v平均應力平均應力: smv循環(huán)特征循環(huán)特征: r2minmaxa2minmaxmmaxminr11 rt minmax

14、mm靜應力靜應力v應力表達：應力表達： s+1 t+1 v最大應力最大應力: smaxv最小應力最小應力: sminv應力幅應力幅: sav平均應力平均應力: smv循環(huán)特征循環(huán)特征: r機械設計根底機械零件設計和計算概論t mm0amminmax1r脈動循環(huán)變應力脈動循環(huán)變應力v應力表達：應力表達： s0 t0 v最大應力最大應力: smaxv最小應力最小應力: sminv應力幅應力幅: sav平均應力平均應力: smv循環(huán)特征循環(huán)特征: r機械設計根底機械零件設計和計算概論mmt 0min 2max ma0 r對稱循環(huán)變應力對稱循環(huán)變應力v應力表達：應力表達： s-1 t-1 v最大應力最

15、大應力: smaxv最小應力最小應力: sminv應力幅應力幅: sav平均應力平均應力: smv循環(huán)特征循環(huán)特征: r機械設計根底機械零件設計和計算概論tminmax 0 m 1 rminmax a三、極限應力三、極限應力1 靜應力下的極限應力靜應力下的極限應力與資料性能有關與資料性能有關脆性資料取強度極限脆性資料取強度極限sB(tB)機械設計根底機械零件設計和計算概論v塑性資料取屈服極限塑性資料取屈服極限sS(tS)BBe e 玻璃鋼玻璃鋼灰口鑄鐵灰口鑄鐵e e ppSSBBA AB BCDE2 變應力下的極限應力變應力下的極限應力v疲勞極限：根據防疲勞斷裂的準疲勞極限：根據防疲勞斷裂的準

16、那么確定那么確定v資料經過資料經過N0次應力循環(huán)不發(fā)生次應力循環(huán)不發(fā)生破壞的應力最大值破壞的應力最大值sr(tr)機械設計根底機械零件設計和計算概論v各種資料的各種資料的sr可從有關手冊中查取可從有關手冊中查取0NNNrNr有限壽命區(qū)無限壽命區(qū)四、許用應力和平安系數四、許用應力和平安系數 v許用應力：設計零件時許用應力：設計零件時所根據的條件應力所根據的條件應力機械設計根底機械零件設計和計算概論v平安系數平安系數許用應力許用應力構造笨重構造笨重v平安系數平安系數許用應力許用應力不夠平安不夠平安SlimSlim許用應力許用應力極限應力極限應力平安系數平安系數許用應力確定許用應力確定 1 查許用應

17、力表查許用應力表根據實際閱歷制成表格選取根據實際閱歷制成表格選取機械設計根底機械零件設計和計算概論2 部分系數法部分系數法S=S1S2S3S1：計算載荷和應力準確性系數：計算載荷和應力準確性系數11.5)S2：資料的均勻系數鑄鐵：資料的均勻系數鑄鐵:1.52.5,鋼鋼:1.21.5S3：零件重要性系數：零件重要性系數11.5)一、常用資料二、熱處置方法三、資料力學性能目的四、資料選擇原那么機械設計根底機械零件設計和計算概論一、常用資料一、常用資料常用零件資料的力學性能等級和牌號常用零件資料的力學性能等級和牌號1 鑄鐵：含鑄鐵：含2.06易成型、價廉、吸振、可靠性差易成型、價廉、吸振、可靠性差灰

18、鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵2 鋼：含量鋼：含量1.4常用常用碳素鋼：含、量不同普通碳素鋼、優(yōu)質碳素鋼碳素鋼：含、量不同普通碳素鋼、優(yōu)質碳素鋼合金鋼：綜合機械性能好，但較貴合金鋼：綜合機械性能好，但較貴合金鋼的優(yōu)良性能取決于化學成份及熱處置合金鋼的優(yōu)良性能取決于化學成份及熱處置鑄鋼：含鑄鋼：含0.150.6易成型易成型3 有色金屬合金：有特殊性能，價昂有色金屬合金：有特殊性能，價昂少用少用鋁合金、銅合金黃銅、青銅、軸承合金鋁合金、銅合金黃銅、青銅、軸承合金4 非金屬資料：非金屬資料：工程塑料、橡膠、燒結資料、復合資料工程塑料、橡膠、燒結資料、復合資料機械設計根底機械零件設

19、計和計算概論二、熱處置方法二、熱處置方法1 退火2 正火3 淬火4 回火5 外表熱處置機械設計根底機械零件設計和計算概論熱處置比較熱處置比較1 退火退火降低硬度、提高韌性、細化晶降低硬度、提高韌性、細化晶粒、消除內應力粒、消除內應力2 正火正火用于處置低中碳鋼，替代低中用于處置低中碳鋼，替代低中碳鋼的退火。提高硬度，添碳鋼的退火。提高硬度，添加韌性，加韌性， 易于切削，減少應易于切削，減少應力力機械設計根底機械零件設計和計算概論3 淬火蘸火淬火蘸火提高硬度和耐磨性、但內應力增大，會發(fā)脆，應再回火提高硬度和耐磨性、但內應力增大，會發(fā)脆，應再回火4 回火回火 消除淬火后的內應力，以獲得零件所需的性

20、能，提高韌性消除淬火后的內應力，以獲得零件所需的性能，提高韌性低溫回火：高強度、高硬度及良好的耐磨性低溫回火：高強度、高硬度及良好的耐磨性中溫回火：高彈性、硬度中等中溫回火：高彈性、硬度中等高溫回火：強度、塑性、韌性都較好高溫回火：強度、塑性、韌性都較好(調質調質淬火淬火+高溫高溫回火回火)正火正火(空冷空冷)退火退火(爐冷爐冷)回火回火加熱加熱保溫保溫 淬火淬火時間時間溫度溫度外表熱處置外表熱處置v外表熱處置：外表增硬，芯部韌外表熱處置：外表增硬，芯部韌v外表淬火法火焰加熱、感應加熱外表淬火法火焰加熱、感應加熱v化學熱處置滲碳、氮化、氰化化學熱處置滲碳、氮化、氰化.機械設計根底機械零件設計和計算概論三、資料力學性能目的三、資料力學性能目的v彈性極限：彈性極限：sPv抗拉強度：抗拉強度：sB v屈服強度：屈服強度：sS ( s0.2 )機械設計根底機械零件設計和計算概論v硬度：硬度：vHBS:布氏硬度布氏硬度v硬度機壓頭為淬火鋼球，不能測太硬的資料，普通硬度機壓頭為淬火鋼球，不能測太硬的資料，普通HBS450vHRC、HRB、HRA:洛氏硬度洛氏硬度v120金剛石錐體，載荷金剛石錐體，載荷150kgf,不能冊硬、脆的薄層零件不能冊硬、脆的薄層零件vHV:維氏硬度維氏硬度v 金