机械课件第9章机械零件设计概论07.ppt

1、 机械零件部分：第九章机械零件部分：第九章 第十八章，着重介第十八章，着重介绍通用机械零件的工作原理、设计理论和计算绍通用机械零件的工作原理、设计理论和计算方法，并介绍有关国家标准和规范。方法，并介绍有关国家标准和规范。机械设计基础包括两部分：机械原理和机械零件机械设计基础包括两部分：机械原理和机械零件 机械原理部分：第一章机械原理部分：第一章 第八章，着重研究第八章，着重研究机械中的常用机构（三大机构）和机器动力学机械中的常用机构（三大机构）和机器动力学（机械的调速和平衡）的基本理论。（机械的调速和平衡）的基本理论。第第9章章 机械零件设计概论机械零件设计概论91 机械零件设计概论机械零件设

2、计概论92 机械零件的强度机械零件的强度93 机械零件的接触强度机械零件的接触强度94 机械零件的耐磨性机械零件的耐磨性95 机械制造常用材料及其选择机械制造常用材料及其选择96 公差与配合、表面粗糙度和优先数系公差与配合、表面粗糙度和优先数系97 机械零件的工艺性及标准化机械零件的工艺性及标准化91 机械零件设计概论机械零件设计概论机械设计应满足的要求：机械设计应满足的要求：在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修低，在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修简单和造型美观等。简单和造型美观等。机械零件

3、的失效：机械零件的失效：机械零件曲于某种原因不能正常工作时，称为失效。机械零件曲于某种原因不能正常工作时，称为失效。工作能力工作能力-在不发生失效的条件下，零件所能安全在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上又称为：又称为：承载能力。承载能力。零件的失效形式零件的失效形式:断裂或塑性变形断裂或塑性变形;过大的弹性变形过大的弹性变形;工作表面的过度磨损或损伤工作表面的过度磨损或损伤;发生强烈的振动；联接的松弛发生强烈的振动；联接的松弛;摩擦传动的打滑等。摩擦传动的打滑等。如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带传动等。

4、机械零件虽然有多种可能的失效形式，归纳起来最主要的为对于各种不同的失效形式，也各有相应的工作能力判定条件强度条件：计算应力强度条件：计算应力许用应力；许用应力；机械零件设计的步骤：机械零件设计的步骤：1)拟定零件的计算简图拟定零件的计算简图;5)绘制工作图并标注必要的技术条件。绘制工作图并标注必要的技术条件。防止失效的判定条件是：防止失效的判定条件是：计算量计算量许用量许用量-工作能力计算准则。工作能力计算准则。2)确定作用在零件上的载荷确定作用在零件上的载荷;3)选择合适的材料选择合适的材料;4)根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定 条件，确定

5、零件的形状条件，确定零件的形状;注意，零件尺寸的计算值一般并不是最终采用的数值，设计者还要根据制造零件的工艺要求和标谁、规格加以圆整 失效原因失效原因:强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等 原因。原因。刚度条件：变形量刚度条件：变形量N0以后，曲线趋于水平，可认为在无限次循环时试件将不会断裂。应力应力与应力循环次数与应力循环次数N N 之间之间的关系曲线称为：疲劳曲线的关系曲线称为：疲劳曲线当当NNNN0 0 时时,试件将不会断裂。试件将不会断裂。N N0 0-循环基数循环基数N N0 0 对应的应力称为：对应的应力称为：CNNmmN011当当NNNN0

6、 0 时时,有近似公式：有近似公式：对应于对应于N N 的弯曲疲劳极限：的弯曲疲劳极限：疲劳极限疲劳极限用用-1表示材料在对称循环应力下的弯曲疲劳极限。表示材料在对称循环应力下的弯曲疲劳极限。mNNN0112 2、许用应力、许用应力 在变应力，应取材料的疲劳极限作为极限应力。同在变应力，应取材料的疲劳极限作为极限应力。同时还应考虑零件的切口和沟槽等截面突时还应考虑零件的切口和沟槽等截面突变、绝对尺寸变、绝对尺寸和表面状态等影晌，为此引人应力集中系数和表面状态等影晌，为此引人应力集中系数k、尺寸尺寸系数系数和表面状态系数和表面状态系数等。等。Sk11当应力是对称循环变化时，许用应力为：当应力是对

7、称循环变化时，许用应力为：当应力是脉动循环变化时，许用应力为：当应力是脉动循环变化时，许用应力为：Sk000 0 为材料的脉动循环疲劳极限，为材料的脉动循环疲劳极限，S S为安全系数。以上为安全系数。以上各系数均可机械设计手册中查得。各系数均可机械设计手册中查得。以上所述为“无限寿命”，mNNSk011有限寿命时，用有限寿命时，用-1N-1N代入得：代入得：四、安全系数四、安全系数 安全系数定得正确与否对零件尺寸有很大影响1 1）静应力下，塑性材料）静应力下，塑性材料的零件：的零件：S=1.2S=1.2.5.5 铸钢件：铸钢件：S=1.S=1.5.5S S典型机械的典型机械的 S S 可通过查

8、表求得。可通过查表求得。无表可查时，按无表可查时，按以下原则取：以下原则取：零件尺寸大，结构笨重。零件尺寸大，结构笨重。S S 可能不安全。可能不安全。）静应力下，）静应力下，脆脆性材料，性材料，如高强度钢或铸铁：如高强度钢或铸铁：S=3S=34 43 3）变变应力下，应力下，S=1.3S=1.31.71.7材料不均匀，或计算不准时取：材料不均匀，或计算不准时取：S=1.7S=1.72.52.5初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹93 机械零件的接触强度机械零件的接触强度 若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，由于变形其接触处为一小

9、面积，通常此面积甚小而表由于变形其接触处为一小面积，通常此面积甚小而表层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力。层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力。这时零件强度称为接触强度这时零件强度称为接触强度。如齿轮、凸轮、滚动轴承等。如齿轮、凸轮、滚动轴承等。机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的，在载荷重复作用下，首先在表层内约20m处产生初始疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展(润滑油被挤迸裂纹中将产生高压，使裂纹加快扩展，终于使表层金属呈小片状剥落下来，而在零件表面形成一些小坑，这种现象称为渡劳点蚀。发生疲劳点蚀后，减小了接触面积，损坏了零件的光滑表面，因而也降低了承载能力。裂纹的扩展与

10、断裂裂纹的扩展与断裂 油油失效形式常表现为：失效形式常表现为：疲劳点蚀疲劳点蚀金属剥落出现小坑金属剥落出现小坑 后果：减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、后果：减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、降低了承载能力、引起振动和噪音。降低了承载能力、引起振动和噪音。b b由弹性力学可知，应力为：由弹性力学可知，应力为：222121211111EEbFnH2121:令:22121代入化简得EEEEEbEFnH)1(212bEFn418.0对于钢或铸铁取泊松比：对于钢或铸铁取泊松比：1=2=0.3,则有简化公式。则有简化公式。上述公式称为赫兹上述公式称为赫兹(HHertz)公式公式“+”用于外接触用于外接触，“-”用于内接触用于内接触。21Fn222121211111EEbFnHbEFnH)1(212bEFn418.0H HH H1Fnb b2H HH HbEFnH418.0H H-最大接触应力或赫兹应力最大接触应力或赫兹应力;212121212EEEEEb b-接触长度接触长度;F Fn n -作用在圆柱体上的载荷作用在圆柱体上的载荷;-综合曲率半径综合曲率半径;-综合弹性模量综合弹性模量;E1、E2 分别为两分别为两 圆柱体的弹性模量。圆柱体的弹性模量。接触疲劳强度的判定条件为：接触疲劳强度的判定条件为：HHHHHSlim,而b bFn