機械零件設計和計算準則

第6章機械零件設計和計算概論6-1機械零件設計概述6-2機械零件的工作能力準則6-3許用應力和安全系數(shù)6-4常用材料及其選擇6-5機械零件的工藝性和標準化基本要求:掌握零件常見的失效形式和設計準則掌握許用應力、安全系數(shù)的概念及確定方法了解零件的常用材料及性能機械設計基礎——機械零件設計和計算概論6-1機械零件機械零件設計概述一、機械零件分類二、機械零件設計基本要求三、機械零件設計過程四、機械零件傳統(tǒng)設計方法機械設計基礎——機械零件設計和計算概論一、機械零件分類機器：機械、機構(gòu)的總稱構(gòu)件——運動的單元零件——制造的單元機械設計基礎——機械零件設計和計算概論通用零件傳動件：齒輪、蝸桿、帶、鏈聯(lián)接件：螺栓、鍵、花鍵支承件：軸、軸承機械零件專用零件：水輪機葉片、活塞、曲軸,飛機螺旋槳其它：聯(lián)軸器、彈簧、機架二、機械零件設計基本要求1、滿足功能要求，能夠準確實現(xiàn)預定的功能2、工作可靠，在預定的工作期限內(nèi)不能失效3、經(jīng)濟性要求機械設計基礎——機械零件設計和計算概論三、機械零件設計過程零件設計時的共性：機械設計基礎——機械零件設計和計算概論過程：1、擬訂零件的設計簡圖2、確定載荷的大小及位置3、選擇材料4、根據(jù)失效形式選用判定條件，設計出零件的主要參數(shù)5、繪制零件工作圖工作原理、結(jié)構(gòu)、類型、應用場合受力分析、失效形式設計準則、設計計算四、機械零件傳統(tǒng)設計方法理論設計(半經(jīng)驗設計)：機械設計基礎——機械零件設計和計算概論類比設計：與已有的同類產(chǎn)品進行比較來設計新產(chǎn)品。這種方法在工程實際中用得較多，特點是節(jié)省時間，較可靠經(jīng)驗設計：根據(jù)實踐中歸納出的經(jīng)驗公式和經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行設計，缺乏創(chuàng)新模型實驗設計：用于大型、復雜零件的設計強度條件(或剛度)設計計算尺寸校核計算強度條件(或剛度)五、機械零件現(xiàn)代設計方法優(yōu)化設計：機械設計基礎——機械零件設計和計算概論模擬設計：有限元優(yōu)化與仿真結(jié)合CAD/CAM6-2機械零件的工作能力準則一、機械零件常見失效形式二、工作能力準則三、強度準則四、剛度準則五、耐磨性準則六、振動穩(wěn)定性準則七、耐熱性準則機械設計基礎——機械零件設計和計算概論一、機械零件常見失效形式失效：喪失工作能力或達不到設計要求的性能，不僅僅指破壞常見主要失效形式有：斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂表面點蝕：工作表面片狀剝落塑性變形：零件發(fā)生永久性變形過大彈性變形表面破壞過大振動和噪聲、過熱等機械設計基礎——機械零件設計和計算概論例如軸可能的失效形式：斷裂、塑性變形、過大彈性變形、共振強度問題剛度問題耐磨性問題Fn二、工作能力準則工作能力：不失效條件下零件的安全工作限度這個限度通常是以零件承受載荷的大小來表示，所以又常稱為“承載能力”如：吊鉤最大起重量——50kN工作能力或承載能力——50kN機械設計基礎——機械零件設計和計算概論工作能力準則：衡量零件工作能力的指標對零件設計，針對其主要失效形式選擇適合的工作能力準則進行設計具體有：強度準則、剛度準則、耐磨性準則、振動穩(wěn)定性準則、耐熱性準則50kN三、強度準則機械零件工作能力的最基本準則強度：材料抵抗斷裂或殘余變形的能力強度準則：工作應力≤許用應力 σ≤[σ]或τ≤[τ]機械設計基礎——機械零件設計和計算概論針對失效形式：斷裂、疲勞破壞、殘余變形典型零部件：軸、齒輪、帶輪等正應力：剪應力：極限應力四、剛度準則剛度：材料抵抗彈性變形的能力剛度準則：實際變形量≤許用變形量彎曲剛度：撓度條件：y≤[y]傾角條件：θ≤[θ]扭曲剛度：扭角條件：j≤[j]機械設計基礎——機械零件設計和計算概論針對失效形式：過大的彈性變形典型零部件：軸、蝸桿等五、耐磨性準則耐磨性：零件抗磨損的能力磨損是相當復雜的物理化學過程影響磨損的因素包括載荷的大小和性質(zhì)、滑動速度、潤滑劑的化學性質(zhì)和物理性質(zhì)等具體有：磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、沖蝕磨損、微動磨損耐磨性準則：

P機械設計基礎——機械零件設計和計算概論針對失效形式：零件表面破壞典型零部件：齒輪、軸承、鏈等六、振動穩(wěn)定性準則共振：當機器的自振頻率與周期性干擾力變化頻率相同或整數(shù)倍時，就會發(fā)生共振，此時振幅急劇增大，導致零件破壞或機器工作條件失常等振動穩(wěn)定性：機器工作時振幅不能超過許可值振動穩(wěn)定性準則：0.85f>fp

或1.15f<fp機械設計基礎——機械零件設計和計算概論針對失效形式：共振產(chǎn)生的工作失常典型零部件：軸等七、耐熱性準則高溫引起承載能力降低、蠕變，也會造成熱變形、附加熱應力，破壞正常的潤滑條件，改變零件間的間隙，降低精度等耐熱性準則：工作溫度低于許用值機械設計基礎——機械零件設計和計算概論針對失效形式：高溫引起的潤滑不良、蠕變典型零部件：蝸桿、齒輪、滑動軸承等6-專3許用濤應力別和安鋼全系唉數(shù)一、載荷二、應力三、極限安應力四、許用器應力鴨和安羅全系提數(shù)機械猾設計辨基礎——機械尿零件都設計竭和計揭算概祖論一、倒載荷載荷駛：作用脾于零宋件上諸的力齊或力閘矩工作鵝載荷湯：機器睡正常羞工作慚時所勵受的稱實際擠載荷名義擇載荷混：理想天工作寇條件送下的途載荷計算降載荷倘：作用漠于零江件的冰實際著載荷謹，考氏慮各嚷種附眉加載誕荷計算鞏載荷=K×名義扔載荷機械齡設計歇基礎——機械曬零件肉設計專和計好算概焦論載荷系數(shù)二、文應力靜應怖力：不隨倒時間介改變恐或變枯化緩夏慢的徒應力變應委力：隨時覽間作麗周期饒性或蜻非周綁期性呢變化亞的應刊力變應丹力：穩(wěn)定聽變應盞力（隨時賤間作眉周期歐性）、減不穩(wěn)慚定變舟應力擔（非周昏期性輪循環(huán)錢變應銀力）機械侮設計券基礎——機械曉零件邀設計付和計沖算概甚論穩(wěn)定騙變應登力：對稱亂循環(huán)魄變應蓋力、側(cè)脈動嗚循環(huán)碼變應曠力、攏非對情稱循嗓環(huán)變吵應力tstssminsmaxsm應力溉參數(shù)以正宋應力s為例最大補應力:sma勉x=sm+sa最小桶應力:smi碼n應力見幅:sa機械尊設計徹基礎——機械帖零件談設計親和計荷算概墊論平均俗應力:sm循環(huán)平特征:rtssminsmaxsm靜應伶力應力假表達抬：s+1（t+1）最大幅應力:sma擁x最小吩應力:smi地n應力穩(wěn)幅:sa平均究應力:sm循環(huán)公特征:r機械甲設計侵基礎——機械灣零件腎設計繡和計盯算概餐論tssm脈動亂循環(huán)鵲變應櫻力應力建表達污：s0（t0）最大阻應力:sma梨x最小控應力:smi畝n應力旺幅:sa平均高應力:sm循環(huán)猴特征:r機械歪設計丟基礎——機械駱零件潮設計林和計福算概炮論smts對稱螞循環(huán)圖變應編力應力氣表達唉：s-1（t-1）最大須應力:sma穩(wěn)x最小稱應力:smi度n應力刻幅:sa平均錄應力:sm循環(huán)性特征:r機械蟲設計家基礎——機械線零件年設計您和計淚算概斑論ts三、酒極限鄰應力1靜應起力下枯的極陪限應峽力與材繭料性售能有恰關(guān)脆性恒材料慣取強拼度極涼限sB(tB)機械蘿設計懶基礎——機械爺零件特設計餃和計精算概藍論塑性損材料遙取屈瘦服極馬限sS(tS)sBes玻璃鋼灰口鑄鐵esspsSsBABCDE2變應匯力下掉的極滋限應謀力疲勞向極限稻：依據(jù)牧防疲勞拜斷裂的準到則確揉定材料季經(jīng)過N0次應丘力循粗環(huán)不餐發(fā)生證破壞稻的應狗力最姑大值sr(tr)機械沒設計竭基礎——機械根零件玩設計退和計煎算概斯論各種叮材料困的sr可從棟有關(guān)柳手冊六中查萬取有限壽命區(qū)無限壽命區(qū)四、跑許用川應力現(xiàn)和安緩全系詳數(shù)許用歷應力助：設計榴零件訂時所睬依據(jù)本的條駱件應指力機械擠設計蝕基礎——機械筐零件磨設計理和計品算概華論安全廊系數(shù)↑→許用紀應力↓→結(jié)構(gòu)寒笨重安全催系數(shù)↓→許用攏應力↑→不夠凍安全許用應力極限應力安全系數(shù)許用孝應力臺確定1查許垮用應匹力表根據(jù)更實踐漸經(jīng)驗袖制成罷表格腦選取機械尊設計修基礎——機械只零件以設計露和計巾算概掙論2部分伸系數(shù)匠法S=租S1S2S3S1：計算注載荷體和應提力準巧確性榆系數(shù)戒（1~踩1.訂5)S2：材料傍的均探勻系爛數(shù)（尊鑄鐵:1撇.5勝~2腰.5記,鋼:1禁.2擺~1摔.5）S3：零件刺重要壞性系恐數(shù)（1~拒1.環(huán)5)6-紹4常用蠟材料橡及其知選擇一、常用歡材料二、熱處趟理方圈法三、材料病力學阿性能兵指標四、材料詳選擇龍原則機械續(xù)設計軟基礎——機械宅零件虧設計畜和計物算概膠論一、川常用食材料常用復零件煉材料湊的力貸學性虜能等竄級和四牌號1鑄鐵副：含Ｃ磁＞2.具06％→易成忌型、汁價廉恰、吸很振、旗可靠豎性差灰鑄才鐵、毛球墨縫鑄鐵鳳、可剩鍛鑄忙鐵2鋼：含Ｃ丙量＜1.共4％→常用碳素胡鋼：（含賞Ｓ、趕Ｐ量剩不同節(jié)）普通門碳素恩鋼、臉優(yōu)質(zhì)菊碳素夏鋼合金揉鋼：綜合稿機械羨性能拒好，塞但較際貴合金痛鋼的扭優(yōu)良柳性能冒取決尋于化擔學成轉(zhuǎn)份及剃熱處駱理鑄鋼蹦：含Ｃ廟→（愉0.律15易～0刃.6索）％瞞→易蜜成型3有色伸金屬茅合金呢：有特尸殊性陪能，信價昂→少用鋁合察金、悶銅合趣金（轎黃銅逃、青暈銅）荷、軸羨承合邊金4非金療屬材丹料：工程搞塑料梨、橡建膠、惠燒結(jié)量材料震、復陜合材存料…機械泊設計忙基礎——機械皆零件釀設計馳和計犧算概嶼論二、門熱處層理方恢法1退火2正火3淬火4回火5表面膚熱處燃理機械皮設計比基礎——機械品零件件設計座和計什算概愿論熱處扔理比臂較1退火降低副硬度奸、提背高韌深性、忌細化把晶粒蟲、消至除內(nèi)閥應力2正火用于接處理州低中神碳鋼，代替或低中封碳鋼暴的退旨火。六提高汁硬度削，增刺加韌傷性，處易農(nóng)于切島削，跌減少邁應力機械思設計怕基礎——機械嶺零件詳設計跪和計槽算概杠論3淬火蟲（蘸串火）提高貢硬度憤和耐詳磨性汁、但礎內(nèi)應腸力增水大，會發(fā)觸脆，應再回揪火4回火消除級淬火涂后的法內(nèi)應茅力，僅以獲賞得零粗件所返需的扛性能壓，提耗高韌舅性低溫嗽回火屯：高強末度、煙高硬擊度及姿良好斯的耐蔥磨性中溫椅回火輔：高彈獨性、扔硬度獵中等高溫裳回火深：強度攜、塑冷性、撤韌性里都較紙好(調(diào)質(zhì)——淬火+高溫鬧回火)正火(空冷)退火(爐冷)回火加熱保溫淬火時間溫度表面牧熱處六理表面罩熱處思理：表面績增硬儉，芯鋪部韌表面毫淬火爸法（虜火焰磚加熱翅、感餐應加詢熱…）化學鼠熱處畜理（飯滲碳征、氮弊化、摘氰化..濁.）機械欲設計鴨基礎——機械旬零件漫設計免和計鉗算概卸論三、斧材料導力學汽性能醒指標強度雹：彈性勞極限唐：sP抗拉蘋強度言：sB屈服蒸強度缺：sS(s0.或2)機械境設計賞基礎——機械拜零件掉設計汗和計輛算概笑論硬度：HB批S:布氏艙硬度硬度迅機壓北頭為罵淬火瓦鋼球非，不首能測沾太硬寺的材烘料，華一般HB匪S<聾45逝0HR肉C:洛氏嘩硬度12相0o金剛歷石錐蒼體，銹載荷15磁0k投gf帶,不能經(jīng)測硬府、脆參的薄館層零拖件HV嶺:維氏咬硬度13松6儀o金剛下石四疫角錐擠體，湖載荷捏小，5-潮30氧kg做f三種友硬度劈燕單位虧之比箏較：HV弊(維氏)善≈隆HB哭S(布氏)；HR享C(洛氏)×極10樓≈勒H躍BSspsSsBesABCDE四、罪材料周選擇漫原則使用恨要求：使用違環(huán)境閘、載擁荷性除質(zhì)、陡結(jié)構(gòu)癢、重吩要程犯度.頓..工藝篩要求：零件高及其鐘毛坯渡的形轟狀、世批量部、加充工方存法.烤..經(jīng)濟吉要求：材料縱價格擋結(jié)合型加工額費用摩、材謎料利嫁用率齒..飾.機械蘭設計局基礎——機械惹零件味設計話和計恒算概綠論6-正5機械礦零件諒的工喉藝性朋和標偵準化一、懸工藝宜性主要順