機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算準(zhǔn)則

第6章機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論6-1機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述6-2機(jī)械零件的工作能力準(zhǔn)則6-3許用應(yīng)力和安全系數(shù)6-4常用材料及其選擇6-5機(jī)械零件的工藝性和標(biāo)準(zhǔn)化基本要求:掌握零件常見(jiàn)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則掌握許用應(yīng)力、安全系數(shù)的概念及確定方法了解零件的常用材料及性能機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論6-1機(jī)械零件機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述一、機(jī)械零件分類二、機(jī)械零件設(shè)計(jì)基本要求三、機(jī)械零件設(shè)計(jì)過(guò)程四、機(jī)械零件傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論一、機(jī)械零件分類機(jī)器：機(jī)械、機(jī)構(gòu)的總稱構(gòu)件——運(yùn)動(dòng)的單元零件——制造的單元機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論通用零件傳動(dòng)件：齒輪、蝸桿、帶、鏈聯(lián)接件：螺栓、鍵、花鍵支承件：軸、軸承機(jī)械零件專用零件：水輪機(jī)葉片、活塞、曲軸,飛機(jī)螺旋槳其它：聯(lián)軸器、彈簧、機(jī)架二、機(jī)械零件設(shè)計(jì)基本要求1、滿足功能要求，能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能2、工作可靠，在預(yù)定的工作期限內(nèi)不能失效3、經(jīng)濟(jì)性要求機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論三、機(jī)械零件設(shè)計(jì)過(guò)程零件設(shè)計(jì)時(shí)的共性：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論過(guò)程：1、擬訂零件的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖2、確定載荷的大小及位置3、選擇材料4、根據(jù)失效形式選用判定條件，設(shè)計(jì)出零件的主要參數(shù)5、繪制零件工作圖工作原理、結(jié)構(gòu)、類型、應(yīng)用場(chǎng)合受力分析、失效形式設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)計(jì)算四、機(jī)械零件傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法理論設(shè)計(jì)(半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì))：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論類比設(shè)計(jì)：與已有的同類產(chǎn)品進(jìn)行比較來(lái)設(shè)計(jì)新產(chǎn)品。這種方法在工程實(shí)際中用得較多，特點(diǎn)是節(jié)省時(shí)間，較可靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)：根據(jù)實(shí)踐中歸納出的經(jīng)驗(yàn)公式和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，缺乏創(chuàng)新模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：用于大型、復(fù)雜零件的設(shè)計(jì)強(qiáng)度條件(或剛度)設(shè)計(jì)計(jì)算尺寸校核計(jì)算強(qiáng)度條件(或剛度)五、機(jī)械零件現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法優(yōu)化設(shè)計(jì)：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論模擬設(shè)計(jì)：有限元優(yōu)化與仿真結(jié)合CAD/CAM6-2機(jī)械零件的工作能力準(zhǔn)則一、機(jī)械零件常見(jiàn)失效形式二、工作能力準(zhǔn)則三、強(qiáng)度準(zhǔn)則四、剛度準(zhǔn)則五、耐磨性準(zhǔn)則六、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則七、耐熱性準(zhǔn)則機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論一、機(jī)械零件常見(jiàn)失效形式失效：?jiǎn)适Чぷ髂芰蜻_(dá)不到設(shè)計(jì)要求的性能，不僅僅指破壞常見(jiàn)主要失效形式有：斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂表面點(diǎn)蝕：工作表面片狀剝落塑性變形：零件發(fā)生永久性變形過(guò)大彈性變形表面破壞過(guò)大振動(dòng)和噪聲、過(guò)熱等機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論例如軸可能的失效形式：斷裂、塑性變形、過(guò)大彈性變形、共振強(qiáng)度問(wèn)題剛度問(wèn)題耐磨性問(wèn)題Fn二、工作能力準(zhǔn)則工作能力：不失效條件下零件的安全工作限度這個(gè)限度通常是以零件承受載荷的大小來(lái)表示，所以又常稱為“承載能力”如：吊鉤最大起重量——50kN工作能力或承載能力——50kN機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論工作能力準(zhǔn)則：衡量零件工作能力的指標(biāo)對(duì)零件設(shè)計(jì)，針對(duì)其主要失效形式選擇適合的工作能力準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)具體有：強(qiáng)度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、耐磨性準(zhǔn)則、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則、耐熱性準(zhǔn)則50kN三、強(qiáng)度準(zhǔn)則機(jī)械零件工作能力的最基本準(zhǔn)則強(qiáng)度：材料抵抗斷裂或殘余變形的能力強(qiáng)度準(zhǔn)則：工作應(yīng)力≤許用應(yīng)力 σ≤[σ]或τ≤[τ]機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論針對(duì)失效形式：斷裂、疲勞破壞、殘余變形典型零部件：軸、齒輪、帶輪等正應(yīng)力：剪應(yīng)力：極限應(yīng)力四、剛度準(zhǔn)則剛度：材料抵抗彈性變形的能力剛度準(zhǔn)則：實(shí)際變形量≤許用變形量彎曲剛度：撓度條件：y≤[y]傾角條件：θ≤[θ]扭曲剛度：扭角條件：j≤[j]機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論針對(duì)失效形式：過(guò)大的彈性變形典型零部件：軸、蝸桿等五、耐磨性準(zhǔn)則耐磨性：零件抗磨損的能力磨損是相當(dāng)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程影響磨損的因素包括載荷的大小和性質(zhì)、滑動(dòng)速度、潤(rùn)滑劑的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)等具體有：磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、沖蝕磨損、微動(dòng)磨損耐磨性準(zhǔn)則：

P機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論針對(duì)失效形式：零件表面破壞典型零部件：齒輪、軸承、鏈等六、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則共振：當(dāng)機(jī)器的自振頻率與周期性干擾力變化頻率相同或整數(shù)倍時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振，此時(shí)振幅急劇增大，導(dǎo)致零件破壞或機(jī)器工作條件失常等振動(dòng)穩(wěn)定性：機(jī)器工作時(shí)振幅不能超過(guò)許可值振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則：0.85f>fp

或1.15f<fp機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論針對(duì)失效形式：共振產(chǎn)生的工作失常典型零部件：軸等七、耐熱性準(zhǔn)則高溫引起承載能力降低、蠕變，也會(huì)造成熱變形、附加熱應(yīng)力，破壞正常的潤(rùn)滑條件，改變零件間的間隙，降低精度等耐熱性準(zhǔn)則：工作溫度低于許用值機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論針對(duì)失效形式：高溫引起的潤(rùn)滑不良、蠕變典型零部件：蝸桿、齒輪、滑動(dòng)軸承等6-專3許用濤應(yīng)力別和安鋼全系唉數(shù)一、載荷二、應(yīng)力三、極限安應(yīng)力四、許用器應(yīng)力鴨和安羅全系提數(shù)機(jī)械猾設(shè)計(jì)辨基礎(chǔ)——機(jī)械尿零件都設(shè)計(jì)竭和計(jì)揭算概祖論一、倒載荷載荷駛：作用脾于零宋件上諸的力齊或力閘矩工作鵝載荷湯：機(jī)器睡正常羞工作慚時(shí)所勵(lì)受的稱實(shí)際擠載荷名義擇載荷混：理想天工作寇條件送下的途載荷計(jì)算降載荷倘：作用漠于零江件的冰實(shí)際著載荷謹(jǐn)，考氏慮各嚷種附眉加載誕荷計(jì)算鞏載荷=K×名義扔載荷機(jī)械齡設(shè)計(jì)歇基礎(chǔ)——機(jī)械曬零件肉設(shè)計(jì)專和計(jì)好算概焦論載荷系數(shù)二、文應(yīng)力靜應(yīng)怖力：不隨倒時(shí)間介改變恐或變枯化緩夏慢的徒應(yīng)力變應(yīng)委力：隨時(shí)覽間作麗周期饒性或蜻非周綁期性呢變化亞的應(yīng)刊力變應(yīng)丹力：穩(wěn)定聽(tīng)變應(yīng)盞力（隨時(shí)賤間作眉周期歐性）、減不穩(wěn)慚定變舟應(yīng)力擔(dān)（非周昏期性輪循環(huán)錢變應(yīng)銀力）機(jī)械侮設(shè)計(jì)券基礎(chǔ)——機(jī)械曉零件邀設(shè)計(jì)付和計(jì)沖算概甚論穩(wěn)定騙變應(yīng)登力：對(duì)稱亂循環(huán)魄變應(yīng)蓋力、側(cè)脈動(dòng)嗚循環(huán)碼變應(yīng)曠力、攏非對(duì)情稱循嗓環(huán)變吵應(yīng)力tstssminsmaxsm應(yīng)力溉參數(shù)以正宋應(yīng)力s為例最大補(bǔ)應(yīng)力:sma勉x=sm+sa最小桶應(yīng)力:smi碼n應(yīng)力見(jiàn)幅:sa機(jī)械尊設(shè)計(jì)徹基礎(chǔ)——機(jī)械帖零件談設(shè)計(jì)親和計(jì)荷算概墊論平均俗應(yīng)力:sm循環(huán)平特征:rtssminsmaxsm靜應(yīng)伶力應(yīng)力假表達(dá)抬：s+1（t+1）最大幅應(yīng)力:sma擁x最小吩應(yīng)力:smi地n應(yīng)力穩(wěn)幅:sa平均究應(yīng)力:sm循環(huán)公特征:r機(jī)械甲設(shè)計(jì)侵基礎(chǔ)——機(jī)械灣零件腎設(shè)計(jì)繡和計(jì)盯算概餐論tssm脈動(dòng)亂循環(huán)鵲變應(yīng)櫻力應(yīng)力建表達(dá)污：s0（t0）最大阻應(yīng)力:sma梨x最小控應(yīng)力:smi畝n應(yīng)力旺幅:sa平均高應(yīng)力:sm循環(huán)猴特征:r機(jī)械歪設(shè)計(jì)丟基礎(chǔ)——機(jī)械駱零件潮設(shè)計(jì)林和計(jì)福算概炮論smts對(duì)稱螞循環(huán)圖變應(yīng)編力應(yīng)力氣表達(dá)唉：s-1（t-1）最大須應(yīng)力:sma穩(wěn)x最小稱應(yīng)力:smi度n應(yīng)力刻幅:sa平均錄應(yīng)力:sm循環(huán)性特征:r機(jī)械蟲(chóng)設(shè)計(jì)家基礎(chǔ)——機(jī)械線零件年設(shè)計(jì)您和計(jì)淚算概斑論ts三、酒極限鄰應(yīng)力1靜應(yīng)起力下枯的極陪限應(yīng)峽力與材繭料性售能有恰關(guān)脆性恒材料慣取強(qiáng)拼度極涼限sB(tB)機(jī)械蘿設(shè)計(jì)懶基礎(chǔ)——機(jī)械爺零件特設(shè)計(jì)餃和計(jì)精算概藍(lán)論塑性損材料遙取屈瘦服極馬限sS(tS)sBes玻璃鋼灰口鑄鐵esspsSsBABCDE2變應(yīng)匯力下掉的極滋限應(yīng)謀力疲勞向極限稻：依據(jù)牧防疲勞拜斷裂的準(zhǔn)到則確揉定材料季經(jīng)過(guò)N0次應(yīng)丘力循粗環(huán)不餐發(fā)生證破壞稻的應(yīng)狗力最姑大值sr(tr)機(jī)械沒(méi)設(shè)計(jì)竭基礎(chǔ)——機(jī)械根零件玩設(shè)計(jì)退和計(jì)煎算概斯論各種叮材料困的sr可從棟有關(guān)柳手冊(cè)六中查萬(wàn)取有限壽命區(qū)無(wú)限壽命區(qū)四、跑許用川應(yīng)力現(xiàn)和安緩全系詳數(shù)許用歷應(yīng)力助：設(shè)計(jì)榴零件訂時(shí)所睬依據(jù)本的條駱件應(yīng)指力機(jī)械擠設(shè)計(jì)蝕基礎(chǔ)——機(jī)械筐零件磨設(shè)計(jì)理和計(jì)品算概華論安全廊系數(shù)↑→許用紀(jì)應(yīng)力↓→結(jié)構(gòu)寒笨重安全催系數(shù)↓→許用攏應(yīng)力↑→不夠凍安全許用應(yīng)力極限應(yīng)力安全系數(shù)許用孝應(yīng)力臺(tái)確定1查許垮用應(yīng)匹力表根據(jù)更實(shí)踐漸經(jīng)驗(yàn)袖制成罷表格腦選取機(jī)械尊設(shè)計(jì)修基礎(chǔ)——機(jī)械只零件以設(shè)計(jì)露和計(jì)巾算概掙論2部分伸系數(shù)匠法S=租S1S2S3S1：計(jì)算注載荷體和應(yīng)提力準(zhǔn)巧確性榆系數(shù)戒（1~踩1.訂5)S2：材料傍的均探勻系爛數(shù)（尊鑄鐵:1撇.5勝~2腰.5記,鋼:1禁.2擺~1摔.5）S3：零件刺重要壞性系恐?jǐn)?shù)（1~拒1.環(huán)5)6-紹4常用蠟材料橡及其知選擇一、常用歡材料二、熱處趟理方圈法三、材料病力學(xué)阿性能兵指標(biāo)四、材料詳選擇龍?jiān)瓌t機(jī)械續(xù)設(shè)計(jì)軟基礎(chǔ)——機(jī)械宅零件虧設(shè)計(jì)畜和計(jì)物算概膠論一、川常用食材料常用復(fù)零件煉材料湊的力貸學(xué)性虜能等竄級(jí)和四牌號(hào)1鑄鐵副：含Ｃ磁＞2.具06％→易成忌型、汁價(jià)廉恰、吸很振、旗可靠豎性差灰鑄才鐵、毛球墨縫鑄鐵鳳、可剩鍛鑄忙鐵2鋼：含Ｃ丙量＜1.共4％→常用碳素胡鋼：（含賞Ｓ、趕Ｐ量剩不同節(jié)）普通門碳素恩鋼、臉優(yōu)質(zhì)菊碳素夏鋼合金揉鋼：綜合稿機(jī)械羨性能拒好，塞但較際貴合金痛鋼的扭優(yōu)良柳性能冒取決尋于化擔(dān)學(xué)成轉(zhuǎn)份及剃熱處駱理鑄鋼蹦：含Ｃ廟→（愉0.律15易～0刃.6索）％瞞→易蜜成型3有色伸金屬茅合金呢：有特尸殊性陪能，信價(jià)昂→少用鋁合察金、悶銅合趣金（轎黃銅逃、青暈銅）荷、軸羨承合邊金4非金療屬材丹料：工程搞塑料梨、橡建膠、惠燒結(jié)量材料震、復(fù)陜合材存料…機(jī)械泊設(shè)計(jì)忙基礎(chǔ)——機(jī)械皆零件釀設(shè)計(jì)馳和計(jì)犧算概嶼論二、門熱處層理方恢法1退火2正火3淬火4回火5表面膚熱處燃理機(jī)械皮設(shè)計(jì)比基礎(chǔ)——機(jī)械品零件件設(shè)計(jì)座和計(jì)什算概愿論熱處扔理比臂較1退火降低副硬度奸、提背高韌深性、忌細(xì)化把晶粒蟲(chóng)、消至除內(nèi)閥應(yīng)力2正火用于接處理州低中神碳鋼，代替或低中封碳鋼暴的退旨火。六提高汁硬度削，增刺加韌傷性，處易農(nóng)于切島削，跌減少邁應(yīng)力機(jī)械思設(shè)計(jì)怕基礎(chǔ)——機(jī)械嶺零件詳設(shè)計(jì)跪和計(jì)槽算概杠論3淬火蟲(chóng)（蘸串火）提高貢硬度憤和耐詳磨性汁、但礎(chǔ)內(nèi)應(yīng)腸力增水大，會(huì)發(fā)觸脆，應(yīng)再回揪火4回火消除級(jí)淬火涂后的法內(nèi)應(yīng)茅力，僅以獲賞得零粗件所返需的扛性能壓，提耗高韌舅性低溫嗽回火屯：高強(qiáng)末度、煙高硬擊度及姿良好斯的耐蔥磨性中溫椅回火輔：高彈獨(dú)性、扔硬度獵中等高溫裳回火深：強(qiáng)度攜、塑冷性、撤韌性里都較紙好(調(diào)質(zhì)——淬火+高溫鬧回火)正火(空冷)退火(爐冷)回火加熱保溫淬火時(shí)間溫度表面牧熱處六理表面罩熱處思理：表面績(jī)?cè)鲇矁€，芯鋪部韌表面毫淬火爸法（虜火焰磚加熱翅、感餐應(yīng)加詢熱…）化學(xué)鼠熱處畜理（飯滲碳征、氮弊化、摘氰化..濁.）機(jī)械欲設(shè)計(jì)鴨基礎(chǔ)——機(jī)械旬零件漫設(shè)計(jì)免和計(jì)鉗算概卸論三、斧材料導(dǎo)力學(xué)汽性能醒指標(biāo)強(qiáng)度雹：彈性勞極限唐：sP抗拉蘋強(qiáng)度言：sB屈服蒸強(qiáng)度缺：sS(s0.或2)機(jī)械境設(shè)計(jì)賞基礎(chǔ)——機(jī)械拜零件掉設(shè)計(jì)汗和計(jì)輛算概笑論硬度：HB批S:布氏艙硬度硬度迅機(jī)壓北頭為罵淬火瓦鋼球非，不首能測(cè)沾太硬寺的材烘料，華一般HB匪S<聾45逝0HR肉C:洛氏嘩硬度12相0o金剛歷石錐蒼體，銹載荷15磁0k投gf帶,不能經(jīng)測(cè)硬府、脆參的薄館層零拖件HV嶺:維氏咬硬度13松6儀o金剛下石四疫角錐擠體，湖載荷捏小，5-潮30氧kg做f三種友硬度劈燕單位虧之比箏較：HV弊(維氏)善≈隆HB哭S(布氏)；HR享C(洛氏)×極10樓≈勒H躍BSspsSsBesABCDE四、罪材料周選擇漫原則使用恨要求：使用違環(huán)境閘、載擁荷性除質(zhì)、陡結(jié)構(gòu)癢、重吩要程犯度.頓..工藝篩要求：零件高及其鐘毛坯渡的形轟狀、世批量部、加充工方存法.烤..經(jīng)濟(jì)吉要求：材料縱價(jià)格擋結(jié)合型加工額費(fèi)用摩、材謎料利嫁用率齒..飾.機(jī)械蘭設(shè)計(jì)局基礎(chǔ)——機(jī)械惹零件味設(shè)計(jì)話和計(jì)恒算概綠論6-正5機(jī)械礦零件諒的工喉藝性朋和標(biāo)偵準(zhǔn)化一、懸工藝宜性主要順