第一章精密機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識

第一節(jié)概述第一章精密機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識一、設(shè)計(jì)精密機(jī)械時(shí)應(yīng)滿足的基本要求：功能要求；可靠性要求；精度要求；經(jīng)濟(jì)性要求；外觀要求二、精密機(jī)械設(shè)計(jì)的一般步驟調(diào)查決策階段研究設(shè)計(jì)階段試制階段投產(chǎn)銷售階段第二節(jié)零件的工作能力及其計(jì)算一、強(qiáng)度定義：零件抵抗外載荷作用的能力強(qiáng)度不足：斷裂或塑性變形（一）載荷和應(yīng)力1.靜載荷和靜應(yīng)力

靜應(yīng)力σt應(yīng)力極限彈性階段比例極限p屈服階段屈服極限s強(qiáng)化階段強(qiáng)度極限b頸縮階段2.變載荷和變應(yīng)力

隨時(shí)間做周期變化或變化緩慢的載荷和應(yīng)力r=-1r=0r=≠-1變應(yīng)力特性的主要參數(shù)有：在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，作用在零件上的載荷又可分為：（1）名義載荷：穩(wěn)定和理想的工作條件下（2）計(jì)算載荷：考慮影響強(qiáng)度因素，提供零件的工作可靠

性，將名義載荷乘以某些系數(shù)（二）零件的整體強(qiáng)度零件整體抵抗載荷作用的能力判斷零件強(qiáng)度的方法：（1）判斷危險(xiǎn)截面處的最大計(jì)算應(yīng)力是否小于或等于許用應(yīng)力。

強(qiáng)度條件：

（2）判斷危險(xiǎn)截面處的實(shí)際安全系數(shù)是否大于或等于許用安全系數(shù)。極限應(yīng)力許用安全系數(shù)靜應(yīng)力下的強(qiáng)度

塑性材料:采用屈服極限作為極限應(yīng)力

脆性材料：采用強(qiáng)度極限作為極限應(yīng)力

當(dāng)材料缺少屈服極限的數(shù)據(jù)，可取強(qiáng)度極限作為極限應(yīng)力，但安全系數(shù)應(yīng)取大些主要失效形式是塑性變形或斷裂變應(yīng)力下的強(qiáng)度表面無缺陷金屬材料斷裂主要失效形式是斷裂一階段：表面滑移形成初始裂紋二階段：裂紋擴(kuò)展以致斷裂材料實(shí)際疲勞斷裂過程變應(yīng)力大小和循環(huán)次數(shù)疲勞極限σrN當(dāng)循環(huán)特性r一定時(shí)，應(yīng)力循環(huán)N次后，材料不發(fā)生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力N-

σrN曲線循環(huán)基數(shù)與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)的指數(shù)疲勞曲線方程一般規(guī)定，循環(huán)次數(shù)107所對應(yīng)的最大應(yīng)力為疲勞極限σr：循環(huán)特性為r，對應(yīng)于無限壽命區(qū)的疲勞極限。

可以作為極限應(yīng)力σlim鋼及鑄鐵材料有限壽命區(qū)無限壽命區(qū)NN0OrNrNOrNKL壽命系數(shù)，若存在N0，當(dāng)N≧N0時(shí)，取值為1。

當(dāng)N≦N0時(shí)，取計(jì)算值*提高零件的疲勞強(qiáng)度的措施：σs高，組織為細(xì)晶粒的材料；減小應(yīng)力集中；改善零件表面質(zhì)量；減少材料的冶金缺陷。（三）零件的表面強(qiáng)度表面接觸強(qiáng)度表面磨損強(qiáng)度另外，還有擠壓強(qiáng)度齒輪、滾動(dòng)軸承等機(jī)械零件，都是通過很小的接觸面積傳遞載荷的，因此它們的承載能力不僅取決于整體強(qiáng)度，還取決于表面的接觸強(qiáng)度。

若兩個(gè)零件在受載前是點(diǎn)接觸或線接觸，受載后，由于變形其接觸處為一小面積，通常此面積甚小而表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力卻很大，這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力(contactstress)。這時(shí)零件強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度。

疲勞點(diǎn)蝕FσH：最大接觸應(yīng)力或赫茲應(yīng)力；

b：接觸長度；

F

：作用在圓柱體上的載荷；

ρ1、ρ2：曲率半徑正號用于外接觸，負(fù)號用于內(nèi)接觸FσHE1、E2：兩圓柱體材料的彈性模量其安全系數(shù)可取：表面未強(qiáng)化時(shí)SH=1.1～1.2；

強(qiáng)化時(shí)SH=1.2～1.3。判斷金屬表面接觸疲勞強(qiáng)度的指標(biāo)是接觸疲勞極限σHlim表面接觸疲勞強(qiáng)度的計(jì)算準(zhǔn)則：

接觸疲勞極限應(yīng)力接觸疲勞安全系數(shù)許用接觸應(yīng)力（三）零件的表面強(qiáng)度表面接觸強(qiáng)度表面磨損強(qiáng)度另外，還有擠壓強(qiáng)度零件的表面形狀和尺寸在摩擦條件下逐漸改變的過程稱為磨損以摩擦副為主要零件的機(jī)械設(shè)備，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)械零件的磨損過程一般可分為：Ⅰ磨合(跑合)階段Ⅱ穩(wěn)定磨損階段Ⅲ崩潰磨損階段（劇烈磨損階段）零件抗磨損強(qiáng)度的判斷p≦【p】pv≦【pv】V：接觸表面的相對滑動(dòng)速度(m/s)[p]：許用壓強(qiáng)(N/mm2)[pv]：許用[pv]值二、剛度強(qiáng)度是指某種材料抵抗破壞的能力，即材料破壞時(shí)所需要的應(yīng)力。一般只是針對材料而言的。它的大小與材料本身的性質(zhì)及受力形式有關(guān)。如某種材料的抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度是指這種材料在單位面積上能承受的最大拉力、剪力，與材料的形狀無關(guān)。

剛度指某種構(gòu)件或結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力，即引起單位變形時(shí)所需要的應(yīng)力。一般是針對構(gòu)件或結(jié)構(gòu)而言的。它的大小不僅與材料本身的性質(zhì)有關(guān)，而且與構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的截面和形狀有關(guān)。靜載荷變載荷Fλλ2λ1F1橡膠零件的載荷——變形曲線金屬材料制造的零件，靜剛度與動(dòng)剛度的數(shù)值基本相等例：片簧的剛度計(jì)算LFλbhL——片簧的工作長度Ia

——片簧的截面慣性矩（bh3/12）h——片簧的厚度E——片簧材料的彈性模量三、振動(dòng)穩(wěn)定性在變載荷作用下，零件將產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，如果零件的固有頻率與載荷的頻率相同時(shí)，將發(fā)生共振。圓柱形拉壓螺旋彈簧的固有頻率：F/為螺旋彈簧的剛度；m為彈簧的質(zhì)量；K與固定方法相關(guān)的系數(shù)第三節(jié)零件與機(jī)構(gòu)的誤差估算和精度一、零件誤差與機(jī)構(gòu)誤差零件的誤差加工誤差：是指零件的實(shí)際尺寸或幾何形狀與理想值之間的差異。特性誤差：是指零件的實(shí)際特性與理想特性之間的誤差機(jī)構(gòu)的誤差位置誤差位移誤差實(shí)際機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度與理想機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度之間的偏差(理想機(jī)構(gòu)不存在)第五節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化標(biāo)準(zhǔn)化,系列化,通用化簡稱為“三化”“三化”是我國現(xiàn)行的一項(xiàng)很重要的技術(shù)政策,在機(jī)械設(shè)計(jì)中要認(rèn)真慣竊執(zhí)行.

標(biāo)準(zhǔn)化是指將產(chǎn)品(特別是零部件)的質(zhì)量,規(guī)格,性能,結(jié)構(gòu)等方面的技術(shù)指標(biāo)加以統(tǒng)一規(guī)定并作為標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行。我國的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)形成一個(gè)龐大的體系,主要有國家標(biāo)準(zhǔn),行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等.為了與國際接軌,我國的某些標(biāo)準(zhǔn)正在迅速向國際標(biāo)準(zhǔn)靠攏.常見的標(biāo)準(zhǔn)代號有GB——中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)JB——機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ISO——國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)

系列化是指對同一產(chǎn)品,在同一基本結(jié)構(gòu)或基本條件下規(guī)定出若干不同的尺寸系列。

通用化是指在不同種類的產(chǎn)品或不同規(guī)格的同類產(chǎn)品中盡量采用同一結(jié)構(gòu)和尺寸的零部件.

優(yōu)點(diǎn):減輕了設(shè)計(jì)工作量,有