機(jī)械零件設(shè)計(jì)與計(jì)算

第六章機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論本章主要介紹機(jī)械零件的工作能力準(zhǔn)則，機(jī)械零件常用材料及其選擇，零件許用應(yīng)力和安全系數(shù)。第1頁§6-1機(jī)械零件的工作能力準(zhǔn)則§6-2機(jī)械制造中常用材料及其選擇§6-3許用應(yīng)力和安全系數(shù)第2頁§6-4機(jī)械零件的工藝性和標(biāo)準(zhǔn)化一、機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求

1、對機(jī)械設(shè)計(jì)的要求

a)對機(jī)器使用功能方面的要求。

b)對機(jī)器經(jīng)濟(jì)性的要求。2、對機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本要求

a)有足夠的強(qiáng)度和剛度，有一定的耐磨性，無強(qiáng)烈的振動(dòng)，具有耐熱性。

b)

要盡量降低零件的生產(chǎn)、制造成本。§6-1機(jī)械零件的工作能力準(zhǔn)則

第3頁

1）建立零件的受力模型，確定零件的計(jì)算載荷

2）選擇零件的基本類型與結(jié)構(gòu)。

3）選擇零件的材料。

4）按可能的失效形式確定零件的計(jì)算準(zhǔn)則，并確定零件的基本尺寸，并加于標(biāo)準(zhǔn)化和圓整。

5）零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

6）繪制零件的工作圖，并編寫計(jì)算說明書。

二、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟第4頁三、機(jī)械零件的失效形式

失效——零件喪失正常工作能力或達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的性能。失效形式——強(qiáng)度失效、剛度失效、磨損失效、振動(dòng)、精度失效、噪聲失效、可靠性失效。四、機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則

工作能力——零件不發(fā)生失效時(shí)的安全工作限度。

計(jì)算準(zhǔn)則——以防止產(chǎn)生各種可能失效為目的而擬定的零件工作能力計(jì)算依據(jù)的基本原則。第5頁1、強(qiáng)度準(zhǔn)則

強(qiáng)度——零件在載荷作用下抵抗破壞的能力。

S——安全系數(shù)：考慮到載荷、機(jī)械性能均勻性、零件重要程度而選取的系數(shù)，S≥1。第6頁2、剛度準(zhǔn)則

剛度——零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。y——可以是撓度、偏轉(zhuǎn)角或扭轉(zhuǎn)角。

3、耐磨性準(zhǔn)則

磨損性——作相對運(yùn)動(dòng)的零件其工作表面抵抗磨損的能力。第7頁典型的磨損過程：

1、磨合磨損過程

2、穩(wěn)定磨損階段

3、急劇磨損階段

磨料磨損膠合磨損疲勞點(diǎn)蝕第8頁5、耐熱性準(zhǔn)則

4、振動(dòng)和噪聲準(zhǔn)則

機(jī)器工作時(shí)不能發(fā)生超過容許的振動(dòng)現(xiàn)象。溫度升高零件承載能力降低。引起熱變形及附加熱應(yīng)力，蠕變。破壞正常的潤滑條件，改變聯(lián)接零件間的間隙，降低機(jī)器的精度。第9頁返回節(jié)目錄§6-2機(jī)械制造中常用材料及其選擇一、機(jī)械零件的常用材料

1、黑色金屬

碳鋼與合金鋼——應(yīng)用最廣泛。鑄鐵——脆性材料，只適用于鑄造零件，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件。灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵。鑄鋼——鑄造性比鑄鐵差，但比鍛鋼和軋制鋼好。強(qiáng)度性比鑄鐵好，但比鍛鋼和軋制鋼差。第10頁鋼制零件常用的熱處理方法：１、退火２、正火加熱到臨界溫度，保溫，隨爐溫冷卻。消除內(nèi)應(yīng)力，改善切削性能。靜止空氣中冷卻，提高硬度及剛度，部分消除內(nèi)應(yīng)力。３、淬火急速冷卻（水冷或油冷），大大提高了硬度，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力。４、回火淬火鋼重新加熱到臨界溫度以下，保溫，靜止空氣中冷卻，消除內(nèi)應(yīng)力，保持高硬度。第11頁低溫回火150－250——刀具，量具滾動(dòng)軸承中溫回火300－450——彈簧高溫回火450－650（調(diào)質(zhì)）——齒輪，軸，重要螺栓

5、表面熱處理

1）表面淬火火焰加熱、感應(yīng)電流加熱。常用于：齒輪、中軸、曲軸。

2）化學(xué)熱處理滲碳、氮化、氰化第12頁2、有色金屬1)鋁合金——重量輕、導(dǎo)熱導(dǎo)電性較好、塑性好、抗氧化性好2)銅合金——黃銅：Cu與Zn合金青銅：Cu與Sn的合金無錫青銅：Cu與鋁、硅、錳、鎳的合金

3、非金屬材料橡膠——彈性、絕緣性好，常用作彈性元件和密封元件、減震元件。塑料——輕、易加工成形、減摩性好，強(qiáng)度低，可作為普通機(jī)械零件、絕緣體。陶瓷——電熱性好，硬度高。4、復(fù)合材料第13頁二、機(jī)械零件材料選用的原則

1、使用要求2、工藝要求3、經(jīng)濟(jì)性要求第14頁返回節(jié)目錄§6-3許用應(yīng)力和安全系數(shù)不隨時(shí)間變化或變化緩慢的應(yīng)力。1、靜應(yīng)力——一、應(yīng)力的分類2、變應(yīng)力——隨時(shí)間變化的應(yīng)力。循環(huán)變應(yīng)力——具有周期性的變應(yīng)力。1)基本參數(shù):

平均應(yīng)力:應(yīng)力幅:最大應(yīng)力:最小應(yīng)力:第15頁2）變應(yīng)力種類：

表示變應(yīng)力中應(yīng)力變化的情況。應(yīng)力循環(huán)特性:-1<

γ<+1——不對稱循環(huán)變應(yīng)力

γ=0——脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力γ=+1——靜應(yīng)力

γ=–1——對稱循環(huán)變應(yīng)力第16頁穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力——T、σm、σa均不變第17頁二、選擇許用應(yīng)力的方法許用應(yīng)力——設(shè)計(jì)零件時(shí)所依據(jù)的條件應(yīng)力。1、查許用應(yīng)力表法2、部分系數(shù)法安全系數(shù)：S1——考慮計(jì)算載荷及應(yīng)力準(zhǔn)確性的系數(shù)取1～1.5S2——考慮材料機(jī)械性能均勻性的系數(shù)S3——考慮零件重要程度的系數(shù)取1～1.5第18頁靜應(yīng)力下塑性材料失效形式——塑性變形靜應(yīng)力下脆性材料失效形式——斷裂變應(yīng)力作用下機(jī)械零件的失效形式——疲勞斷裂第19頁疲勞破壞特征：1）斷裂過程：①產(chǎn)生初始裂紋。（應(yīng)力較大處）②裂紋尖端在切應(yīng)力作用下，反復(fù)擴(kuò)展，直至產(chǎn)生疲勞斷裂。2）斷裂面：①光滑區(qū)（疲勞發(fā)展區(qū)）②粗糙區(qū)（脆性斷裂區(qū)）3）無明顯塑性變形的脆性突然斷裂4）破壞時(shí)的應(yīng)力（疲勞極限）遠(yuǎn)小于材料的屈服極限。影響因素：不僅與材料性能有關(guān)，變應(yīng)力的循環(huán)特性，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，應(yīng)力幅都對疲勞極限有很大影響。疲勞破壞的機(jī)理：損傷的累積。第20頁第21頁塑性材齊料拉伸室斷口形閣貌脆性材料搏拉伸斷口耗形貌材料疲勞唇破壞斷口玻形貌光滑的設(shè)疲勞發(fā)革展區(qū)粗糙的脆貪性斷裂區(qū)第22頁——疲勞極素限，材嫁料經(jīng)過N次應(yīng)力拉循環(huán)后培，不發(fā)生擠破壞的搶最大應(yīng)幕力值。疲勞壽疊命（N）——材料疲勞草失效前所兼經(jīng)歷的應(yīng)驚力循環(huán)次種數(shù)N。疲勞曲答線：應(yīng)暫力循環(huán)隙特性一別定時(shí)，暫材料的湊疲勞極澆限與應(yīng)力循月環(huán)次數(shù)立之間關(guān)資系的曲肢線。N0

—循環(huán)基數(shù)

—持久極限第23頁kσ——應(yīng)力集添中系數(shù)εσ——尺寸系數(shù)β——表面狀態(tài)屠系數(shù)變應(yīng)力下穿，取材料翼的疲勞極繩限為極限鳥應(yīng)力！γ=0脈動(dòng)循環(huán)透變應(yīng)力下澆：γ=–制1對稱循鋪環(huán)變應(yīng)別力下：第24頁返回節(jié)辟目錄§6-4機(jī)械零件栗的工藝性續(xù)和標(biāo)準(zhǔn)化一、工藝均性——零件的結(jié)櫻構(gòu)既能滿煮足使用的慶要求，又疾便于加工，而且騎加工費(fèi)用衣最少，那刻么這種結(jié)猜構(gòu)就是符合工藝莫性的。1、選擇甩合理的懇毛坯種悠類。2、零件拼的結(jié)構(gòu)虜要簡單唉合理。3、規(guī)定興合理的馬制造精踐度和表夏面粗糙匪度。零件的工燦藝性要求膚：將零件富的型式癢、規(guī)格蜻、試驗(yàn)泳方法、佛質(zhì)量鑒雄定及標(biāo)節(jié)號等標(biāo)皂準(zhǔn)化，黃在機(jī)械可制造及顆設(shè)計(jì)中依具有重蝕大意義銹。第25頁二、標(biāo)準(zhǔn)陣化標(biāo)準(zhǔn)化：勉指以制定抹標(biāo)準(zhǔn)和貫責(zé)徹標(biāo)準(zhǔn)為俯主要內(nèi)容顆的全部活蛾動(dòng)過程。標(biāo)準(zhǔn)化確的原則讓：統(tǒng)一積、簡化羨、協(xié)調(diào)瘦、優(yōu)化翠。標(biāo)準(zhǔn)化的狡意義：1、制造堂上專業(yè)削化大量擦生產(chǎn)，壞提高產(chǎn)薯品質(zhì)量恩，降低武生產(chǎn)成閉本。2、減輕文設(shè)計(jì)量葛。3、維修方附面，便于娘更換壞零戴件。第26頁第六章揪小結(jié)第27頁零件的工輔作能力的滲基本準(zhǔn)則?鋼的常確用熱處王理?應(yīng)力循議環(huán)特性γ定義及變途應(yīng)力的分稍類?變應(yīng)力婚下零件麗的主要棵失效形寧式是什析么？部分系數(shù)行法的安全征系數(shù)主要搖考慮哪幾歇個(gè)方面？第六章跑結(jié)丈束返回節(jié)目津錄返回章漂目錄謝謝觀搬看/歡迎下割載BYF油AITH頭IM布EAN戒A