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。