機械設(shè)計基礎(chǔ)第九章

機械設(shè)計基礎(chǔ)（二）開課單位：機械基礎(chǔ)中心主講教師:李凌志參考書目1.《機械設(shè)計基礎(chǔ)》楊可楨、程光蘊主編.高等教育出版社.第五版2.《機械設(shè)計課程設(shè)計》陳秀寧、施高義主編.高等教育出版社.第二版1、學(xué)期成績評定：2、課程要求：A：獨立完成作業(yè)B：按時交作業(yè)，遲交無成績C：作業(yè)總量不足2/3，取消考試資格D：點名3次不到者取消考試資格A：期末考試成績（70％）B：課后作業(yè)（20％）C：實驗成績（10％）機械設(shè)計實例第9章機械零件設(shè)計概論§9-1機械零件設(shè)計概述一、機械設(shè)計應(yīng)滿足的要求在滿足預(yù)期功能的前提下，性能好（使用功能）、效率高、成本低（經(jīng)濟性好），在預(yù)定使用期限內(nèi)安全可靠、操作方便、維修簡單和造型美觀等。概括為：所設(shè)計的機械零件既要工作可靠，又要成本低廉。二、機械零件的失效1、失效：機械零件由于某種原因不能正常工作時，稱為失效。（完不成規(guī)定的功能或達不到設(shè)計要求的性能時）2、工作能力：在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度，稱為工作能力。通常此限度是對載荷而言，又稱為承載能力。三、機械零件失效的原因1、因強度不夠發(fā)生斷裂或塑性變形2、因剛度不夠產(chǎn)生過大的彈性變形3、因材料的耐磨性不足或潤滑不良而使工作表面的過度磨損或損傷4、發(fā)生強烈的振動5、連接的松弛6、摩擦傳動的打滑四、機械零件工作能力的判定條件計算量≤許用量五、機械零件設(shè)計的步驟1、擬定零件的計算簡圖；2、確定作用在零件上的載荷；3、選擇合適的材料；4、根據(jù)零件可能出現(xiàn)的失效形式，選用相應(yīng)的判定條件，確定零件的形狀和尺寸；5、繪制工作圖并標(biāo)注必要的技術(shù)條件。以上過程為設(shè)計計算，反之為校核計算。§9-2機械零件的強度一、強度概論1、名義載荷：在理想的平穩(wěn)工作條件下作用在零件上的載荷（不考慮動載荷的影響）。2、載荷系數(shù)K：綜合考慮零件在實際工作中承受的各種附加載荷所引入的系數(shù)。3、計算載荷：載荷系數(shù)與名義載荷的乘積。4、名義應(yīng)力與計算應(yīng)力按照名義載荷用力學(xué)公式求得的應(yīng)力稱為名義應(yīng)力；按照計算載荷求得的應(yīng)力稱為計算應(yīng)力。5、強度條件（許用應(yīng)力法或安全系數(shù)法）許用應(yīng)力法：σ≤[σ]或τ≤[τ]σ－計算正應(yīng)力

[σ]=σlim/S，零件材料的許用正應(yīng)力τ－計算切應(yīng)力

[τ]=τlim/S，零件材料的許用切應(yīng)力

安全系數(shù)法：S是危險截面處的安全系數(shù)極限應(yīng)力一般都是在簡單的應(yīng)力狀態(tài)下測得的二、應(yīng)力的種類靜應(yīng)力：不隨時間變化的應(yīng)力變應(yīng)力：隨時間變化的應(yīng)力循環(huán)變應(yīng)力：具有周期性的變應(yīng)力非循環(huán)變應(yīng)力：不具有周期性的變應(yīng)力σtOσmaxσtσminσaσmOT變應(yīng)力的描述參數(shù)：最大應(yīng)力σmax

最小應(yīng)力σmin

平均應(yīng)力σm

應(yīng)力幅σa

循環(huán)特性r

r

＝－1，對稱循環(huán)變應(yīng)力r

＝0，脈動循環(huán)變應(yīng)力r

＝＋1，靜應(yīng)力-1<r<1，非對稱循環(huán)變應(yīng)力。σtTTσmaxσtσminσaσmOT三、靜應(yīng)力條件下的許用應(yīng)力1、靜應(yīng)力下零件的失效形式：

脆性材料：斷裂塑性材料：塑性變形2、靜應(yīng)力下的許用應(yīng)力：塑性材料：取材料的屈服極限σS

作為極限應(yīng)力脆性材料：取材料的強度極限σB

作為極限應(yīng)力四、變應(yīng)力條件下的許用應(yīng)力1、變應(yīng)力下零件的失效形式：疲勞斷裂疲勞斷裂斷口形式其它斷裂斷口形式其特征為：①疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強度極限低，甚至比屈服極限低；②不管脆性材料或塑性材料，其疲勞斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂；③疲勞斷裂是損傷的積累，它的初期現(xiàn)象是在零件的表面或表層形成微裂紋，這種裂紋隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴展，直至余下的未裂開的截面積不以承受外載荷時，零件就突然斷裂。疲勞斷裂與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（即使用期限或壽命）密切相關(guān)。2、疲勞曲線疲勞曲線：表示應(yīng)力σ與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系曲線N0－循環(huán)基數(shù)σr－材料的疲勞極限通常，用σ-1表示材料在對稱循環(huán)變應(yīng)力下的彎曲疲勞極限。疲勞曲線的左半部（N<N0）可用如下方程表示：式中：σ-1N為對應(yīng)于循環(huán)次數(shù)N的疲勞極限，C為常數(shù)，m為隨應(yīng)力狀態(tài)而不同的冪指數(shù)，對應(yīng)于受彎的鋼制材料m=9。從上式可求得對應(yīng)于循環(huán)次數(shù)N的彎曲疲勞極限kN——壽命系數(shù)3、變應(yīng)力下的許用應(yīng)力變應(yīng)力下，取材料的疲勞極限作為極限應(yīng)力。同時還應(yīng)考慮零件的切口和溝槽等截面尺寸突變、絕對尺寸和表面狀態(tài)等影響，引入有效應(yīng)力集中系數(shù)kσ、尺寸系數(shù)εσ和表面狀態(tài)系數(shù)β等。對稱循環(huán)變應(yīng)力下，許用應(yīng)力：脈動循環(huán)變應(yīng)力下，許用應(yīng)力：式中：S為安全系數(shù)；為材料的脈動循環(huán)疲勞極限；kσ、εσ及β的數(shù)值可在材料力學(xué)或有關(guān)設(shè)計手冊中查得。五、安全系數(shù)根據(jù)上式可知，安全系數(shù)定得正確與否對零件尺寸有很大的影響。如果安全系數(shù)定得過大將使結(jié)構(gòu)笨重；如果定得過小，又可能不安全。根據(jù)使用的部門不同，本書中采用查表法。沒有專門的表格時，可參考下述原則選擇安全系數(shù)。1、靜應(yīng)力下（1）塑性材料：

一般情況下：S=1.2~1.5；塑性較差的材料（σS/σB>0.6）或鑄鋼件S=1.5~2.5。（2）脆性材料：S=3~4。2、變應(yīng)力下S=1.3~1.7；若材料不夠均勻、計算不夠準(zhǔn)確取S=1.7~2.5。§9-3機械零件的接觸強度一、強度分類：

整體強度：零件受載時是在較大體積內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力，這種應(yīng)力狀態(tài)下的零件強度稱為整體強度。

接觸強度：零件在受載前是點或線接觸，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，這時零件的強度稱為接觸強度。機械零件在周期性接觸應(yīng)力的作用下，首先在表層產(chǎn)生初始疲勞裂紋，然后裂紋逐漸擴展，終于使表層金屬呈小片剝落下來，而在零件表面形成一些小坑，這種現(xiàn)象稱為疲勞點蝕。接觸應(yīng)力作用下的失效形式：疲勞點蝕二、接啊觸應(yīng)力兩圓柱肉體接觸計算依據(jù)室：彈性力團學(xué)的赫茲汽公式接觸疲秒勞強度暴的判定廟條件為藏：式中σHli或m為由實趣驗測得艘的材料收的接觸對疲勞極解限，對尋于鋼，習(xí)其經(jīng)驗仗公式為抽：σHli愉m=2.矛76H逐B(yǎng)S-施70炒MPa安全系數(shù)SH可取等于霞或稍大于將1。說明兩圓莊柱體上接吃觸應(yīng)力大蹤蝶小相等方依向相反且覆左右對稱夕兩側(cè)迅速莊降低。作互業(yè)9-1悔1，9-13明顯的榮塑性變厚形斷裂謝謝觀裂看/歡迎下閃載BYF菌AITH依IM披EAN取AVI盯SION疑OF剖GOOD團ONE齊CHE妙RISH刷E