1、第二章 机械零件设计概述 2-1 机械零件的失效形式 2-2 机械零件应满足的要求 2-3 载荷与应力 2-4 机械零件的设计准则 2-5 机械零件的设计方法和步骤 第二章 机械零件设计概述 2-1 （失效 形式1） 2-1 机械零件的失效形式 2-1 机械零件的失效形式 一.整体断裂体强度 1.静强度不足引起断裂 2.受变应力作用引起疲劳断裂 3.共振引起断裂 二.表面破坏面强度 1.磨损 2.点蚀（表面接触疲劳破坏） 3.胶合 4.腐蚀、压溃等 2-1（失效形式2） 2-1 机械零件的失效形式 三.过量的变形 1.过量的弹性变形 2.塑性变形 注意:同一零件可能有多种失效形式。如:铆钉 四
2、.正常工作条件被破坏 2-1 （疲劳 断裂1） 2-1 机械零件的失效形式 疲劳断裂 断裂失效中有80%属于疲劳断裂。 齿轮轮齿断裂 轴承内圈断裂 2-1（点蚀） 2-1 机械零件的失效形式 点蚀 高副机构（点、线接触），在反复接触应力作用 下，产生疲劳裂纹，随着应力循环次数增加，疲劳裂纹 扩展，进而脱落，形成小坑，零件表面出现麻点。 2-1（胶合） 2-1 机械零件的失效形式 胶合 热胶合：高速、重载 高温、高压 冷胶合：低速、重载 不易形成油膜 润滑失效 金属直接接触而粘在一起 软表面被撕脱 2-1（塑变） 2-1 机械零件的失效形式 塑性变形 轴承外圈塑性变形 2-2（机械零件应满足的要
3、求） 2-2 机械零件应满足的要求 2-2 机械零件应满足的要求 一.避免在预定寿命期内失效 二.结构工艺性 三.经济性 四.质量小 五.可靠性 计算载荷Fca考虑了各种影响因素，用于零件设计 计算的载荷。 2-3 （一.载 荷） 2-3 载荷与应力 2-3 载荷与应力 一.载荷 名义载荷F根据原动机的额定功率（或理想条件下 的工作阻力），由力学公式求出作用在零件上的载荷。 Fca=KF 注意：名义载荷不能直接用于零件的设计计算。 没有考虑各种影响因素，如： 1.原动机的性能； 2.工作载荷的变动； 3.载荷分布不均等。 2-3（二.应力） 2-3 载荷与应力 二.应力 1.静应力 2.变应力
4、 静应力 对称循环 脉动循环 平均应力： 应力幅： 循环特性： r =+1 m =0 a =max m =a r =-1 r =0 2 minmax m 2 minmax a max min r 2-3（应力2） 2-3 载荷与应力 注意：静载荷可能产生静应力也可能产生变应力。 一.强度准则 1.整体强度 2-4（设计准则、一.强度） s lim 2-4 设计准则 2-4 设计准则 设计准则为防止零件失效而制定的判定条件。 塑性材料lim=s 脆性材料lim=B 第三（或第四）强度理论： 22 ca 4 复合应力状态： （1）静应力 简单应力状态： 2-4（强度） SS rN SS rN 2-
5、4 设计准则 （2）变应力疲劳强度 S SS SS S 22 2.表面强度 （1）表面磨损强度磨损 （2）表面接触强度点蚀 （3）表面挤压强度压溃 复合应力状态： 简单应力状态： 疲劳极限 磨损强度 条件性计算: 2-4（磨损强度） a） 限制压强以免过度磨损。 pp 2-4 设计准则 b） 控制发热因素以免工作温度过高引起 润滑失效。 pvpv c） 高速时，还应限制速度以免速度过高 引起加速磨损。 vv 摩擦功率：P=Fv/A=pv H； B； 2-4（接触强度） 2 1 F B Hmax H 2 2 2 1 2 1 maxH E 1 E 1 /1 B F 2-4 设计准则 接触强度 弹性
6、力学中的赫兹理论(Hertz)： 综合曲率半径 21 111 若强度不足，措施： 2-4（挤压强度、刚度） F F d l F F d l pp dl F A F 2-4 设计准则 挤压强度 2-4（二.刚度） s lim 2-4 设计准则 F T T F y 若刚度不足，措施： E； L； A 注意：钢的E基本相同（E=200220GPa），因此，以 合金钢代替碳钢，或改变热处理方法等，不能提 高刚度。 二.刚度准则 2-4（三.振动稳定性） f0.85f1.15f fp 振幅 fp激振源频率 f零件的固有频率 避免共振的措施： 1.改变f来避开共振； 2.采取减振措施。 三.振动稳定性准则
7、 2-4 设计准则 2-4（四.可靠性准则） N N R t f(t) t R F N N R1F f 可靠度R产品在规定的条件下和规定的时间内， 完成规定功能的概率。 四.可靠性准则 失效概率： 失效分布密度： dt dF tf f(t) dttfFR 能正常工 作零件数 失效零件数 2-4 设计准则 2-5（设计方法和步骤、一.方法） 2-5 机械零件的设计方法和步骤 2-5 机械零件的设计方法和步骤 一.设计方法 常规设计 现代设计 2-5（二.步骤） 2-5 机械零件的设计方法和步骤 二.设计步骤 1.选材料、确定热处理方法； 2.确定零件计算简图，建立力学模型，求出作用在零件 上的载荷； 3.分析零件的失效形式，确定设计准则，求出零件的主 要尺寸； 4.结构设计； 5.画出零件工作图。
