機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第一部分讀書(shū)報(bào)告

1、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第一部分讀書(shū)報(bào)告第一章 機(jī)械零件的常用材料和結(jié)構(gòu)工藝性1-1 機(jī)械零件的常用材料及其選用一、機(jī)械材料的常用材料在機(jī)械領(lǐng)域， 鋼是運(yùn)用最廣的金屬材料。 鋼是一種碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于百分之 二的鐵碳合金。它具有高強(qiáng)度、塑性和韌性，可用鍛造 碾壓、沖壓、焊接、鑄 造等方法獲得零件的毛坯。含碳量在2%以上的鐵碳合金。工業(yè)用鑄鐵一般含碳量為2.5%3.5%。碳在鑄鐵中多以石墨形態(tài)存在，有時(shí)也以滲碳體形態(tài)存在。除碳外，鑄鐵中還含有 1%3%的硅，以及錳、磷、硫等元素。合金鑄鐵還含有鎳、鉻、鉬、鋁、銅、 硼、釩等元素。碳、硅是影響鑄鐵顯微組織和性能的主要元素。有色金屬，狹義的有色金屬又稱(chēng)非鐵金屬，是

2、鐵、錳、鉻以外的所有金屬的 統(tǒng)稱(chēng)。廣義的有色金屬還包括有色合金。 有色合金是以一種有色金屬為基體 （通 常大于 50%），加入一種或幾種其他元素而構(gòu)成的合金。二、鋼的熱處理及其簡(jiǎn)介1. 退火 操作方法：將鋼件加熱到 Ac3+3050度或Ac1+3050度或Ac1以下 的溫度后，一般隨爐溫緩慢冷卻。 目的： 1.降低硬度，提高塑性，改善切削加 工與壓力加工性能； 2.細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能，為下一步工序做準(zhǔn)備； 3.消除 冷、熱加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。2. 正火 操作方法：將鋼件加熱到 Ac3 或 Accm 以上 3050 度，保溫后以稍 大于退火的冷卻速度冷卻。 目的： 1.降低硬度，提高塑性，改

3、善切削加工與壓 力加工性能； 2.細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能，為下一步工序做準(zhǔn)備； 3.消除冷、熱 加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。3. 淬火 操作方法：將鋼件加熱到相變溫度 Ac3或Ac1以上，保溫一段時(shí)間， 然后在水、硝鹽、油、或空氣中快速冷卻。 目的：淬火一般是為了得到高硬度 的馬氏體組織，有時(shí)對(duì)某些高合金鋼（如不銹鋼、耐磨鋼）淬火時(shí)，則是為了得 到單一均勻的奧氏體組織，以提高耐磨性和耐蝕性4. 回火 操作方法：將淬火后的鋼件重新加熱到 Ac1 以下某一溫度，經(jīng)保溫 后，于空氣或油、熱水、水中冷卻。 目的： 1.降低或消除淬火后的內(nèi)應(yīng)力，減 少工件的變形和開(kāi)裂； 2.調(diào)整硬度，提高塑性和韌性，獲得工作所

4、要求的力學(xué)性 能； 3.穩(wěn)定工件尺寸。1-2 機(jī)械零件的機(jī)構(gòu)工藝性 零件結(jié)構(gòu)的工藝性是指所設(shè)計(jì)的零件在能滿(mǎn)足使用要求制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性 零件結(jié)構(gòu)的工藝性好是指零件的結(jié)構(gòu)形狀在能滿(mǎn)足使用要求按現(xiàn)有的生產(chǎn)條件 能用較經(jīng)濟(jì)的方法方便地加工出來(lái) .在不同的生產(chǎn)條件下對(duì)零件結(jié)構(gòu)的工藝性要 求也不一樣 .要便于零件毛坯的制作 要便于零件的機(jī)械加工 要便于零件的裝卸和可靠定位1-3 機(jī)械設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化近年來(lái)，我國(guó)為了加強(qiáng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的管理和監(jiān)督執(zhí)行，將國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分為兩 大類(lèi)。但必一類(lèi)為強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)， 強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)只占國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的一小部分， 須強(qiáng)制執(zhí)行，否則就是違法。另一類(lèi)為推薦國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)占國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的

5、一大部分，如無(wú)特殊理由， 必須遵守這些標(biāo)準(zhǔn)以期望達(dá)到事半功倍的效果。第二章，機(jī)械零件工作能力計(jì)算的理論基礎(chǔ) 2-1機(jī)械零件的工作能力及其變形的基本形式 一機(jī)械零件的工作能力機(jī)械零件不發(fā)生失效的安全工作限度稱(chēng)為工作能力。 影響機(jī)械零件工作能力的主 要因素有：載荷、變形、速度、溫度、壓力和零件的形狀、加工質(zhì)量等。同一種零件對(duì)應(yīng)于不同的失效形式有不同的工作能力，對(duì)于載荷而言，工 作能力又稱(chēng)為承載能力。二機(jī)械零件變形的基本形式 各種機(jī)械零件在不同的載荷作用下可能產(chǎn)生不同形式的變形，但其最基本 的有拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲等四種形式。2-2 軸的拉伸和壓縮一、橫截面上的內(nèi)力與應(yīng)力 一、軸的拉伸與壓縮的基本

6、特征 受力特征：外力合力的作用線與桿件的軸線重合 變形特征：軸向伸長(zhǎng)或縮短二、金屬材料的力學(xué)性能低碳鋼在拉伸時(shí)會(huì)經(jīng)歷彈性階段，在此階段力與伸長(zhǎng)量成正比，屈服階段， 此階段應(yīng)力與應(yīng)變曲線呈鋸齒形的水平線， 強(qiáng)化階段，此階段材料又恢復(fù)了抵抗 變形的能力，這種現(xiàn)象稱(chēng)為材料的強(qiáng)化， 頸縮階段，此階段會(huì)產(chǎn)生材料局部變細(xì)， 若此時(shí)仍增大拉力，材料最終會(huì)斷裂。三、軸向拉壓的強(qiáng)度條件 為了使零件有足夠的強(qiáng)度， 零件在載荷作用下的最大應(yīng)力必須小于材料的極限應(yīng) 力。四、應(yīng)力集中的概念 因收載零件幾何尺寸突然變化引起的局部應(yīng)力急劇增大的現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)力集中 2-3 剪切和擠壓 一、剪切強(qiáng)度剪切變形的受力特點(diǎn)是： 構(gòu)件受

7、到了一對(duì)大小相等、方向相反、作用線平行且相距很近的外力。 剪切的變形特點(diǎn)是：在這兩力作用線間的截面發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。 二、擠壓強(qiáng)度接觸面上相互壓緊的現(xiàn)象稱(chēng)為擠壓。擠壓力過(guò)大，擠壓接觸面會(huì)出現(xiàn)局部產(chǎn)生顯著塑性變形甚至壓陷的破壞現(xiàn)象， 稱(chēng)為擠壓破壞。2-4 圓軸的旋轉(zhuǎn) 扭轉(zhuǎn)變形的定義 橫截面繞軸線做相對(duì)旋轉(zhuǎn)的變形，稱(chēng)為扭轉(zhuǎn)變形。以扭轉(zhuǎn)為主要變形的直桿，通常稱(chēng)為軸。 一、外偶力矩的計(jì)算T=9550000Pn式中，T為外力偶矩 （N- mm）P 為軸所傳遞的功率（ kW）；n 為轉(zhuǎn)速 （ rmin）。 、扭矩與扭力圖圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的內(nèi)力被稱(chēng)為扭矩，扭轉(zhuǎn)時(shí)的內(nèi)力稱(chēng)為扭矩三、扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力與強(qiáng)度條件 扭轉(zhuǎn)變形的特點(diǎn)

8、外力特點(diǎn)： 桿件受到一對(duì)力偶矩的大小相等、 旋向相反， 作用平面與桿軸線垂直 的力偶作用。 變形特點(diǎn)：縱向線發(fā)生傾斜，相鄰橫截面發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)；橫截面仍為平面，只是 繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。2-5 彎 曲彎曲 : 在垂直于桿軸線的平衡力系的作用下， 桿的軸線在變形后成為曲線的變形 形式。梁: 以彎曲變形為主要變形的構(gòu)件，通常稱(chēng)為梁。2-6 應(yīng)力狀態(tài)理論及強(qiáng)度理論概述受力構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處所有方位截面上應(yīng)力的集合，稱(chēng)為一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) 。 研究一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，往往圍繞該點(diǎn)取一個(gè)無(wú)限小的正六面體單元體來(lái)研 究。通過(guò)應(yīng)力狀態(tài)分析 從而建立相應(yīng)的強(qiáng)度條任何應(yīng)力狀態(tài)，總能找到三對(duì)互相垂直的面，在這些面上只有正應(yīng)力，而切

9、 應(yīng)力等于零，這樣的面稱(chēng)為應(yīng)力主平面，主平面上的正應(yīng)力稱(chēng)為主應(yīng)力。不可能總是通過(guò)直接試驗(yàn)的方法來(lái)確定材料的極限應(yīng)力。 來(lái)探求材料破壞的規(guī)律， 確定引起材料破壞的決定因素， 件，即強(qiáng)度理論。 二、強(qiáng)度理論概述但是材料在復(fù)雜應(yīng)力狀材料在簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度可通過(guò)試驗(yàn)加以測(cè)定。態(tài)下的強(qiáng)度， 則不可能總是由試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。 因而需要通過(guò)對(duì)材料破壞現(xiàn)象的觀察 和分析尋求材料強(qiáng)度破壞的規(guī)律。人們根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)踐和大量的試驗(yàn)結(jié)果， 對(duì)材料失效的原因提出了各種不同 的假說(shuō)，通常將這些假說(shuō)稱(chēng)為強(qiáng)度理論。材料強(qiáng)度破壞的兩種類(lèi)型： 沒(méi)有明顯塑性變形的脆性斷裂； 產(chǎn)生顯著塑性變形而喪失工作能力的塑性屈服。1、最大拉應(yīng)力理論（第一強(qiáng)度理論）2、最大拉應(yīng)變理論（第二強(qiáng)度理論）3、最大切應(yīng)力理論（第三強(qiáng)度理論）4、形狀改變比能理論理論（第四強(qiáng)度理論） 破壞形式不但與材料有關(guān)，還與應(yīng)力狀態(tài)等因素有關(guān)。2-7 疲勞強(qiáng)度概述 一、載荷與應(yīng)力的分類(lèi) 載荷 靜載荷、不隨時(shí)間變化或變化很小。 變載荷、隨時(shí)間變化而變化 應(yīng)力，應(yīng)力分為靜應(yīng)力和變應(yīng)力 二、疲勞破壞構(gòu)件的疲勞破壞可分為 3 個(gè)階段 微觀裂紋階段、宏觀裂紋擴(kuò)展階段、瞬時(shí)斷裂階段 疲勞破壞的特征 在某類(lèi)變應(yīng)力多次作用后突然斷裂 斷裂時(shí)變應(yīng)力的最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的屈服極限 即使是塑性材料，斷裂時(shí)也無(wú)明顯的塑性變形 2