機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課件 PPT.ppt

1、第一章 緒 論,1 本課程研究的對象和內(nèi)容 2 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則及 一般設(shè)計(jì)步驟 3 機(jī)械零件常用金屬材料和鋼 處理常識（自學(xué)）,本課程研究的對象是機(jī)械（機(jī)器和機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱）。,1 本課程研究的對象和內(nèi)容,古代水碓,牛頭刨 床,內(nèi)燃機(jī),照相機(jī),凸輪機(jī)構(gòu),齒輪機(jī)構(gòu),棘輪機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，將活塞往復(fù) 移動轉(zhuǎn)化為曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動； 齒輪機(jī)構(gòu)，改變轉(zhuǎn)速大小和 轉(zhuǎn)向；凸輪機(jī)構(gòu)，將凸輪的 連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U往復(fù)移動。,機(jī)器實(shí)例：內(nèi)燃機(jī),1、功能：內(nèi)燃機(jī)是將燃?xì)馊紵龝r的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器。,2、組成包含三種機(jī)構(gòu)：,一、機(jī)械、機(jī)器和機(jī)構(gòu),活塞下行，進(jìn)氣閥打開， 燃?xì)獗晃肫?3、工作過程：,4、運(yùn)動分

2、析：,原動件：活塞由燃?xì)馔苿樱?qū)動力所作用的構(gòu)件）,主運(yùn)動：將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動曲軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動,輔助運(yùn)動：配氣 啟閉進(jìn)排氣閥,機(jī)器：既能實(shí)現(xiàn)確定的機(jī)械運(yùn)動，又能完成有用的機(jī)械功，或者能傳遞或轉(zhuǎn)換能量、物料、信息等。如,車床實(shí)現(xiàn)確定的機(jī)械運(yùn)動，又作有用的機(jī)械功,內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)換能量,機(jī)械手傳遞物料,照相機(jī)傳遞信息,機(jī)構(gòu)：僅能傳遞或轉(zhuǎn)換運(yùn)動。如,齒輪機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動,凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換運(yùn)動,機(jī)械：是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。,總結(jié)：,二、機(jī)械的特征,1）人為的實(shí)物組合由人工組合的構(gòu)件系統(tǒng),2）各實(shí)物間具有確定的相對運(yùn)動,3）實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成有效的機(jī)械功,1、機(jī)器的特征,具有以上三個特征機(jī)器,機(jī)器是由一種或多種機(jī)構(gòu)組成的

3、。,只具有機(jī)器的前兩個特征機(jī)構(gòu),2、機(jī)構(gòu)的特征,3、機(jī)器和機(jī)構(gòu)的關(guān)系,三、構(gòu)件和零件,1. 機(jī)器由機(jī)構(gòu)組成:,3.構(gòu)件：機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動單元，是機(jī)器中獨(dú)立運(yùn)動的單元體，由一個或幾個零件組成。,單一零件曲軸,多個零件 剛性組合 連桿,2. 機(jī)構(gòu)是人工組合的構(gòu)件系統(tǒng)，必須滿足兩點(diǎn):若干構(gòu)件的組合；這些構(gòu)件具有確定的相對運(yùn)動。,4.零件是組成機(jī)器最基本的單元體，是機(jī)械制造的單元體。,專用零件：特定機(jī)器中所使用的零件，如活塞、曲軸、葉片 通用零件：各類機(jī)器中普遍使用的零件，如齒輪、軸、螺栓等,5.部件：若干個零件的裝配體,機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的研究對象是常用機(jī)構(gòu)和通用零部件的工作原理、運(yùn)動特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)計(jì)

4、算的基本理論和方法及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,四、本課程的研究對象和研究方法,一、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則,1.2 機(jī)械零件設(shè)計(jì)基本準(zhǔn)則 及一般設(shè)計(jì)步驟,零部件喪失正常工作能力稱為失效。 主要失效形式永久性：斷裂、塑性變形、過度磨損、膠合等；暫時性失效：彈性變形，打滑和共振等。,失效原因強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性不能滿足工作要求。根據(jù)失效原因制定了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并作為防止失效和進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)。,(一)強(qiáng)度 1、體積強(qiáng)度：抵抗斷裂和過大塑性變形的能力，, 極限應(yīng)力lim,lim應(yīng)根據(jù)零件材料性質(zhì)及所受應(yīng)力類型作如下選擇： )靜應(yīng)力下工作的塑性材料零件，失效為塑性變形，應(yīng)按不發(fā)生塑性變形的強(qiáng)度條件計(jì)算，常以

5、材料的屈服點(diǎn)，作為極限應(yīng)力lim,lim。 )靜應(yīng)力下脆性材料，失效為斷裂，應(yīng)按不發(fā)生斷裂的強(qiáng)度條件計(jì)算，常以材料的強(qiáng)度極限，作為極限應(yīng)力lim,lim。,)交變應(yīng)力下，失效為疲勞斷裂，應(yīng)按不發(fā)生疲勞斷裂的強(qiáng)度條件計(jì)算，常以材料的疲勞極限作為極限應(yīng)力lim,lim。,、表面強(qiáng)度：抵抗表面損傷的能力 ）表面擠壓強(qiáng)度： 面接觸的兩零件受載后接觸面間產(chǎn)生擠壓應(yīng)力。 失效形式：塑性材料表面塑性變形；脆性材料表面壓潰。 擠壓強(qiáng)度條件：ss,）表面接觸強(qiáng)度 產(chǎn)生原因：點(diǎn)、線接觸的零件受載后產(chǎn)生的局部應(yīng)力 失效形式： 靜載荷：脆性材料的表面壓碎和塑性材料的表面塑性變形； 循環(huán)接觸：表面疲勞磨損，疲勞點(diǎn)蝕（在

6、交變應(yīng)力的反復(fù)作用下，零件表面的金屬成小片狀脫落下來而形成一些小凹坑的現(xiàn)象） 不發(fā)生失效的強(qiáng)度條件：,（二）剛度 抵抗彈性變形的能力。最大變形量不能超過許用變形量：包括線性變形，轉(zhuǎn)角和扭角變形。 （三）耐磨性 載荷作用下相對運(yùn)動的兩零件表面抵抗磨損的能力。 在滑動摩擦下工作的零件，常因載荷大，轉(zhuǎn)速高過度磨損而失效。影響磨損的因素很多，通過限制零件工作面的單位壓力和相對滑動速度，進(jìn)行良好的潤滑以及提高零件表面硬度和表面質(zhì)量來提高耐磨性。 （四）振動穩(wěn)定性 避免零件的固有頻率和強(qiáng)迫振動頻率相等或成整數(shù)倍,二、機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度,靜應(yīng)力強(qiáng)度：通常認(rèn)為在機(jī)械零件整個工作壽命期間應(yīng)力變化次數(shù)小于103的

7、通用零件，均按靜應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。（材料力學(xué)范疇） 變應(yīng)力強(qiáng)度：在變應(yīng)力作用下，零件產(chǎn)生疲勞破壞。 疲勞破壞定義：金屬材料試件在交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過長時間的試驗(yàn)而發(fā)生的破壞。,（一） 應(yīng)力的類型和特點(diǎn) 靜應(yīng)力：應(yīng)力的大小和方向不隨時間而變化或變化緩慢的應(yīng)力。零件相應(yīng)的失效形式為塑性變形或斷裂。 交變應(yīng)力：應(yīng)力的大小和方向隨時間作周期性變化的應(yīng)力。零件相應(yīng)的失效形式為疲勞破壞。 例：,常見變應(yīng)力及其基本變化規(guī)律,變應(yīng)力參數(shù),O,t,max,min,s,a,max 最大應(yīng)力 min 最小應(yīng)力 m 平均應(yīng)力 s 應(yīng)力幅 r 變應(yīng)力循環(huán)特性,對稱循環(huán)應(yīng)力,s= 0,r = -1,min= 0,r =

8、0,脈動循環(huán)應(yīng)力,例：火車輪軸、雙向轉(zhuǎn)動的齒輪輪齒的彎曲應(yīng)力,例：單向轉(zhuǎn)動的齒輪輪齒的彎曲應(yīng)力,非對稱循環(huán)應(yīng)力,-1 r 0,0 r 1,t,O,r+1 靜應(yīng)力,變應(yīng)力參數(shù)不隨時間改變的變應(yīng)力稱為穩(wěn)定變應(yīng)力；,變應(yīng)力參數(shù)隨時間改變的變應(yīng)力稱為不穩(wěn)定變應(yīng)力。,隨機(jī)變應(yīng)力,可看作循環(huán)變應(yīng)力的特例！例：定滑輪軸、自行車前輪軸的彎曲應(yīng)力。,m=max= min,t,O,1）零件的最大應(yīng)力在遠(yuǎn)小于靜應(yīng)力的強(qiáng)度極限時，就可能發(fā)生破壞； 2）即使是塑性材料，在沒有明顯的塑性變形下就可能發(fā)生突然的脆性斷裂。 疲勞破壞的原因：材料內(nèi)部的缺陷、加工過程中的刀痕或零件局部的應(yīng)力集中等導(dǎo)致產(chǎn)生了微觀裂紋，稱為裂紋源，

9、在交變應(yīng)力作用下，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋不斷擴(kuò)展，直至零件發(fā)生突然斷裂。,（二）疲勞破壞的特征：,（三） 疲勞曲線,材料的疲勞性能是通過試驗(yàn)來測定的。在材料的標(biāo)準(zhǔn)試件上加上一定循環(huán)特性r（通常是對稱循環(huán)）的等幅變應(yīng)力，通過試驗(yàn)，記錄出在不同最大應(yīng)力下引起試件疲勞破壞所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N。 材料的疲勞曲線（-N曲線）,r,O,N,C,D,ND,rN,r,rN,r,無限壽命疲勞極限 持久疲勞極限,對應(yīng)于應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N時的彎曲疲勞極限,ND,分界轉(zhuǎn)折點(diǎn),水平直線段 N ND 無限壽命區(qū) 曲線段 N ND 有限壽命區(qū),有限壽命（為N）時疲勞極限,m 隨應(yīng)力狀態(tài)而不同的指數(shù),N,r, 循環(huán)基數(shù),ND =10625107,N0,三、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟,1）根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)。為此，必須對各種零件的不同用途、優(yōu)缺點(diǎn)、特性與使用范圍等，進(jìn)行綜合對比并正確選用。 2）根據(jù)機(jī)器的工作要求，計(jì)算作用在零件上的載荷。 3）根據(jù)零件的工作要求及對零件的特殊要求，選擇適當(dāng)?shù)牟牧稀?4）