章機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論

前

言機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械制造中常用材料及其選擇

公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數(shù)列機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化前

言例:機(jī)構(gòu)→齒輪機(jī)構(gòu)(三個(gè)構(gòu)件)齒輪1

、齒輪2、機(jī)架3齒輪

→傳動(dòng)件軸、軸承、套筒等→軸系零件鍵

→聯(lián)接件1構(gòu)件1←(小齒輪)32(一)機(jī)械零件的簡介:最基本的通用零件研究對象：機(jī)構(gòu)←構(gòu)件→運(yùn)動(dòng)的單元構(gòu)件←零件→制造的單元機(jī)械設(shè)計(jì)=機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)+構(gòu)件設(shè)計(jì)分析處理問題的思路：∵（任務(wù)）設(shè)計(jì)零件→∴(抓住)計(jì)算準(zhǔn)則

∴學(xué)習(xí)貫穿一條線：*受力分析（*載荷及應(yīng)力分析←功用、*工作原理）↓*失效形式（*主要失效形式←分類）↓*計(jì)算準(zhǔn)則（公式建立的依據(jù)）↓強(qiáng)度計(jì)算（*設(shè)計(jì)方法→先定主參數(shù)*←*許用應(yīng)力↓

←材料）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（尺寸及繪圖←結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)）§9-1

機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述

p.113(一)機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求設(shè)計(jì)原則：安全可靠操作維修方便技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值高造型完美設(shè)計(jì)方法：1.強(qiáng)度設(shè)計(jì)：根據(jù)強(qiáng)度理論推導(dǎo)設(shè)計(jì)條件，分析結(jié)構(gòu)中的幾何參數(shù)2.

：根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用§9-1

機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述

p.113(一)幾個(gè)基本概念載荷：靜載荷、動(dòng)載荷應(yīng)力：零件

單位面積上的受力；失效：機(jī)械零件不能正常工作、不在設(shè)計(jì)狀態(tài)工作；強(qiáng)度：零件抵抗破壞的能力；應(yīng)力和許用應(yīng)力剛度：零件抵抗變形的能力：載荷與變形(三)機(jī)械零件的主要失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則斷裂或塑性變形；彈性變形過大；表面過度磨損或損傷；強(qiáng)烈振動(dòng)；連接的松弛；摩擦傳動(dòng)的打滑失效原因→軸為例→

失效原因可能疲勞斷裂

+

過大彈性變形疲勞強(qiáng)度軸的剛度計(jì)算準(zhǔn)則→(三)機(jī)械零件的主要失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則計(jì)算準(zhǔn)則→┌強(qiáng)度準(zhǔn)則├剛度準(zhǔn)則├振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則└其它準(zhǔn)則→主要→介紹強(qiáng)度、剛度、耐磨性、穩(wěn)定性、溫度的影響失效形式→§9-2

機(jī)械零件的強(qiáng)度名義載荷－載荷系數(shù)－計(jì)算載荷－名義應(yīng)力－計(jì)算應(yīng)力－1.基本定義:理想的平穩(wěn)條件K用在零件上的載荷名義載荷與載荷系數(shù)的乘積2.強(qiáng)度條件判定:

許用應(yīng)力法：比較

截面處的計(jì)算應(yīng)力σ是否小于零件材料的許用應(yīng)力[σ]ssτ

τ

τ

limσ

σ

σ

lim許用應(yīng)力法或安全系數(shù)法截面處的安全系數(shù)是否大于許

Sσ

Sτ

安全系數(shù)法：用安全系數(shù)Sσ

limστσ

Sτ

τ

lim一、應(yīng)力及分類:循環(huán)變應(yīng)力－隨時(shí)間作周期性變化的應(yīng)力*一個(gè)應(yīng)力循環(huán)→構(gòu)件中的應(yīng)力由“最大值→最小值→最大值”的這一過程。atσ

σσm1.分類2.循環(huán)變應(yīng)力的特征及典型的循環(huán)變應(yīng)力靜應(yīng)力→不隨時(shí)間變化

變應(yīng)力→不斷隨時(shí)間變化*最大應(yīng)力σmax*最小應(yīng)力σmin(σmax－σmin)／2→平均值(平均應(yīng)力σm)→應(yīng)力幅σa*變化規(guī)律→σmin／σmax=γ

→應(yīng)力循環(huán)特性當(dāng)σmin＝0(或σmax＝0)當(dāng)σmax＝σmin→γ=－1→對稱循環(huán)～圖9-1

.C→γ=

0

→脈動(dòng)循環(huán)～

圖d→γ＝＋1

→靜應(yīng)力圖a當(dāng)σm＝0(σmax＝－σmin)tσtσσtσt非對稱～對稱～γ=－1脈動(dòng)～γ=

0靜～γ=+1失效形式：斷裂或塑性變形二．靜應(yīng)力下的許用應(yīng)力σｓ－屈服極限σＢ－強(qiáng)度極限塑性材料→應(yīng)避免塑性變形[σ]=

σs/S脆性材料→斷裂[σ]=

σB/S三．變應(yīng)力作用下許用應(yīng)力1.失效形式:2.疲勞斷裂的特征疲勞斷裂最大應(yīng)力遠(yuǎn)低于靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂疲勞斷裂是損傷的積累→疲勞斷裂（圖9-2p.113)疲勞斷裂是損傷到一定程度后，即裂紋擴(kuò)展到一定程度后，發(fā)生突然斷裂→與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（使用期限或 ）密切相關(guān)。①疲勞曲線：應(yīng)力與循環(huán)次數(shù)間的關(guān)系曲線當(dāng)N≥N0:

kN

=1σ-1N=

σ-1當(dāng)N＜N0

:1NσNN0NN0－循環(huán)基數(shù)1N

m

N

Cσ-1N：對應(yīng)N的疲勞極限

σ－1:γ=－1的疲勞極限(N=N0)kN：

系數(shù)圖9-31Nm

N

m

N

C1

0

1

m

N0

N

kN

1②影響零件疲勞強(qiáng)度的主要因素:應(yīng)力集中、尺寸、表面形狀應(yīng)力集中的影響：截面形狀有突變，常用有效應(yīng)力集中系數(shù)kσkσ=

σ-1/

(σ-1)k絕對尺寸的影響：尺寸↑→疲勞強(qiáng)度↓(出現(xiàn)缺陷的概率大）εσ=(σ-1)d/(σ-1)d0表面狀態(tài)的影響：表面光滑或經(jīng)過強(qiáng)化處理→疲勞強(qiáng)度↑β=(σ-1)β

/(σ-1)β

0③許用應(yīng)力:在變應(yīng)力下確定許用應(yīng)力，應(yīng)取材料的疲勞極限為極限應(yīng)力，還考慮應(yīng)力集中、尺寸和表面狀態(tài)的影響k

S

11k

S

00

對稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)注意:以上為無限

條件下的許用應(yīng)力。若使用期限內(nèi)，循環(huán)次數(shù)N小于循環(huán)基數(shù)N0時(shí)，應(yīng)取對應(yīng)于N的疲勞極限。四．安全系數(shù)安全系數(shù)過大→結(jié)構(gòu)笨重；否則，不安全安全系數(shù)沒有專門表格，可參考的原則1

靜應(yīng)力下，塑性材料以屈服極限為極限應(yīng)力，可取1.2-1.5；對于塑性較差的材料或鑄鋼件可取1.5-2.5。2靜應(yīng)力下，脆性材料以強(qiáng)度極限為極限應(yīng)力，應(yīng)選取較大安全系數(shù)。變應(yīng)力下，以疲勞極限作為極限應(yīng)力，可取1.3-1.7。也可用部分系數(shù)法來確定。例題（1）載荷的大小方向不變，軸內(nèi)彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力，循環(huán)特性-1。（2）A-A截面的彎曲應(yīng)力彎矩：MA

=FL，截面系數(shù)：W=πd3/32，彎曲應(yīng)力σb=MA/W（3）求各項(xiàng)系數(shù)：有效應(yīng)力集中系數(shù)、尺寸系數(shù)、表面狀態(tài)系數(shù)（4）疲勞強(qiáng)度校核：max

1kS

例題哪類循環(huán)變應(yīng)力？§9-3

機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度若兩個(gè)零件在受載前后由點(diǎn)接觸或線接觸變?yōu)樾”砻娣e接觸，且其表面產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力（稱為接觸應(yīng)力），這時(shí)零件的強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度）。表面強(qiáng)度不夠，會(huì)發(fā)生表面損傷。

F

EEEE2E1n

1

2

b( 1

2

)1

2

1

21

F

1 n

ZE n

b

( 1

2

)1

2

1

2

b

F(

1

1

)

H

Fn

Eb

H

0.418122

1

最大接觸應(yīng)力或

應(yīng)力接觸長度綜合曲率半徑綜合彈性模量接觸疲勞強(qiáng)度的判定條件：HHS]

Hlim]，且[

[

H

H鋼的經(jīng)驗(yàn)公式：

Hlim

2.76HBS

70MPa§9-4

機(jī)械零件的耐磨性磨損：運(yùn)動(dòng)副中，摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象→改變尺寸和摩擦表面形狀→運(yùn)動(dòng)副間隙↑，精度↓，效率↓，振動(dòng)噪音↑磨損的主要類型：1234磨粒磨損粘著磨損（膠合）疲勞磨損（點(diǎn)蝕）腐蝕磨損實(shí)用耐磨計(jì)算：

p≤[p]運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，還應(yīng)考慮單位時(shí)間接觸面積的發(fā)熱量pv≤[pv]§9-5

機(jī)械制造中常用材料及其選擇

p.122一.金屬材料鑄鐵:含Ｃ＞2％，易溶性、良好的液態(tài)流動(dòng)性→鑄造減震性、耐磨性、切削性好且成本低常見鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵鋼:含Ｃ量＜2％，具有較高的強(qiáng)度、韌性和塑性，并可用熱處理改善其性能按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊鋼按化學(xué)成分：碳素鋼和合金鋼；碳素鋼的性能主要取決于含碳量，含碳量越高，鋼的強(qiáng)度高，塑性越低常用材料：鋼和鑄鐵、其次有色金屬合金碳素結(jié)構(gòu)鋼:含Ｃ不超過0.7<0.25%的低碳鋼，強(qiáng)度和屈服極限低，塑性高，適于沖壓、焊接，螺釘、螺母、墊圈等0.3%<C<0.5%的中碳鋼，綜合力學(xué)性能較好，常用作受力較大的螺栓、螺母、鍵、齒輪和軸0.55%<C<0.7%的高碳鋼，具有較高的強(qiáng)度和彈性，常用作普通的板彈簧、螺旋彈簧和鋼絲繩等合金結(jié)構(gòu)鋼:Ｃ鋼中添加合金元素來改善鋼的性能鑄鋼:液態(tài)流動(dòng)性比鑄鐵差3.

銅合金二.非金屬材料：橡膠、塑料工藝：調(diào)制、淬火、退火、回火、正火§9-6公差與配合、表面粗糙度一.極限與配合：p.124

→互換性公差：零件尺寸的兩個(gè)極限尺寸之差上偏差下偏差基本尺寸：設(shè)計(jì)給定的尺寸，零線代表基本尺寸的位置公差帶：代表上下偏差的兩條直線所限定的區(qū)域同一基本尺寸的孔與軸的結(jié)合→┌間隙配合→孔＞軸│過渡配合→孔＜軸或孔＞軸└過盈配合→孔＜軸配合：?35H7/r7→靜聯(lián)?35H7/k7接→動(dòng)聯(lián)接?35H7/f7配合制度公差等級:(尺寸精度等級):1～20級，常用4～11級公差代號(hào)：軸→小寫孔→大寫拉丁字母－f、k、r－H、G、K→置于公差代號(hào)之后軸(f7

、k7、r7);孔(F7、H7

、K7)配合制度:0基孔制→孔的下偏差＝0

40H

7(

0.025))0

0.025→常用基孔制基軸制→軸的上偏差＝0

40h7(→零件表面的微觀幾何形狀誤差→（評定）輪廓算術(shù)平均偏差(表面粗糙度Ｒａ)二.表面粗糙度

p.126

手冊P.175§9-7

機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)