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.正
2、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求）,2-2
3、 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,静应力,对称循
4、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 =0,2-3（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）,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：,复合应力状态：,（1）静应力,简单应力状态：,2-4（强度）,2-4 设计准则,（2）变应力疲劳强度,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
5、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。,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。,c） 高速时，还应限制速度以免速度过高 引起加速磨损。,摩擦功率：P=Fv/A=pv,H；,B；,2-4（接触强度）,2-4 设计准则,接触强度,弹性力学中的赫兹理论(Hertz)：,综合曲率半径,若强度不足，措施：,2-4（挤压强度、刚度）,2-4 设计准则,挤压强度,2-4（二.刚度）,2-4 设计准则,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
6、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）,fp激振源频率 f零件的固有频率,避免共振的措施： 改变f来避开共振； 2.采取减振措施。,三.振动稳定性准则,2-4 设计准则,2-4（四.可靠性准则）,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：,f(t),R,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。,
