考试点考研西安交通大学机械设计基础强化精讲.pptx

2 2）以移动副相联的两构件的瞬心）以移动副相联的两构件的瞬心移动副导路的垂直移动副导路的垂直方向上方向上的的无穷远处。无穷远处。1 12 2P P12123 3）以平面高副相联的两构件的瞬心）以平面高副相联的两构件的瞬心 当两高副元素作纯滚动时当两高副元素作纯滚动时瞬心在接触点上。瞬心在接触点上。1 12P P1212当当两两高高副副元元素素之之间间既既有有相相对对滚滚动动，又有相对滑动时又有相对滑动时瞬瞬心心在在过过接接触触点点的的公公法法线线 n-n n-n 上上，具具体体位位置置需需要要根根据据其它条件确定。其它条件确定。1第1页/共26页三心定理三心定理 三个彼此作平面平行运动的构件的三个瞬心必位于同一直三个彼此作平面平行运动的构件的三个瞬心必位于同一直线上。其中一个瞬心将另外两个瞬心的联线分成与各自角速线上。其中一个瞬心将另外两个瞬心的联线分成与各自角速度成反比的两条线段。度成反比的两条线段。用瞬心法进行机构速度分析用瞬心法进行机构速度分析 不直接相联两构件的瞬心位置确定不直接相联两构件的瞬心位置确定三心定理三心定理三心定理三心定理2第2页/共26页123K例例.图图示示为为一一凸凸轮轮机机构构，设设各各构构件件尺尺寸寸为为已已知知，又又已已原原动动件件2 2的的角角速速度度2 2，现现需需确确定定图图示示位位置置时时从从动动件件3 3的的移移动动速速度度V V3 3。解：先求出构件解：先求出构件2 2、3 3的瞬心的瞬心P P2323 P13nn123P12P13P233第3页/共26页失效失效 零件失去其工作能力。零件失去其工作能力。机机械械零零件件的的主主要要失失效效形形式式4.4.破坏正常工作条件引起的失效：破坏正常工作条件引起的失效：打滑，共振，胶合打滑，共振，胶合1.1.整体断裂：拉，压，弯，扭整体断裂：拉，压，弯，扭2.2.过大的残余应力过大的残余应力3.3.零件表面的破坏：接触疲劳、磨损、胶合、零件表面的破坏：接触疲劳、磨损、胶合、压溃、腐蚀压溃、腐蚀 第四章第四章 机械零部件工作能力设计计算基础机械零部件工作能力设计计算基础一、机械零件的失效形式一、机械零件的失效形式4第4页/共26页5二、机械零件的工作能力设计计算准则二、机械零件的工作能力设计计算准则第5页/共26页（1 1）常用）常用材料材料1.1.铸铁铸铁 性脆、不能碾压或锻造；易熔、液态流动性好；性脆、不能碾压或锻造；易熔、液态流动性好；减震性、耐磨性好；有的易切削，有的强度高，广泛用作减震性、耐磨性好；有的易切削，有的强度高，广泛用作机架等复杂零件。分为灰铁、球铁、蠕铁、可锻铸铁、合机架等复杂零件。分为灰铁、球铁、蠕铁、可锻铸铁、合金铸铁等。金铸铁等。2.2.钢有较好的机械、热处理和切削性能；分为碳钢和合金钢有较好的机械、热处理和切削性能；分为碳钢和合金钢，含碳量有高、中、低之分；一般含碳量钢，含碳量有高、中、低之分；一般含碳量强度、硬度强度、硬度塑性、韧性塑性、韧性，可通过热处理改善性能；常用中碳钢、，可通过热处理改善性能；常用中碳钢、中碳合金钢。中碳合金钢。3.3.铸钢铸钢 强度、切削性优于铸铁，易熔性、流动性较铸强度、切削性优于铸铁，易熔性、流动性较铸铁差，适合作大尺寸零件。铁差，适合作大尺寸零件。三、机械零件材料的选用原则三、机械零件材料的选用原则6第6页/共26页4.4.有色金属有色金属 铝合金强密比高，宜作高速、轻质零件，多铝合金强密比高，宜作高速、轻质零件，多用铸铝；铜合金导热、导电性好，减摩、耐磨、抗胶合性能用铸铝；铜合金导热、导电性好，减摩、耐磨、抗胶合性能好，宜作电器接插件、轴瓦、蜗轮等；轴承合金专门用来做好，宜作电器接插件、轴瓦、蜗轮等；轴承合金专门用来做轴承。轴承。5.5.非金属非金属 橡胶宜做密封件、缓冲减震件、传动带等；塑橡胶宜做密封件、缓冲减震件、传动带等；塑料一般用作减摩材料或复杂轻载件。料一般用作减摩材料或复杂轻载件。1 1.使使 用用 要要 求求 有强度和重量要求，选强密比高的；有刚度要求，选弹有强度和重量要求，选强密比高的；有刚度要求，选弹性模量大的（对碳钢，这种情况下宁肯用较低强度的材料）；性模量大的（对碳钢，这种情况下宁肯用较低强度的材料）；有接触强度和耐磨要求，选表面可强化处理的。有接触强度和耐磨要求，选表面可强化处理的。（2 2）材料选用原则）材料选用原则7第7页/共26页2.2.工艺要求工艺要求3.3.经济性经济性 毛坯要与生产规模相适应，大批量宜用铸造、模锻，小批量毛坯要与生产规模相适应，大批量宜用铸造、模锻，小批量宜用焊接、自由锻。相应的：铸件要求液态流动性好、缩孔和偏宜用焊接、自由锻。相应的：铸件要求液态流动性好、缩孔和偏析倾向小；焊件要求可焊性好、不易开裂；锻件要求延展性好、析倾向小；焊件要求可焊性好、不易开裂；锻件要求延展性好、热脆性小；切削加工件要便于切削、表面要光整；热处理件要求热脆性小；切削加工件要便于切削、表面要光整；热处理件要求可淬性、淬透性好，变形倾向小。可淬性、淬透性好，变形倾向小。相对价格要低、材料利用率要高、加工费用要少，最终要与生产相对价格要低、材料利用率要高、加工费用要少，最终要与生产规模相适应。规模相适应。8第8页/共26页2 2）两两表表面面必必须须有有一一定定的的相相对对滑滑动动速速度度，能能使使油油从从楔形空间的大口流向小口；楔形空间的大口流向小口；实现实现条件条件：1 1）两相对运动表面必须形成楔形空间）两相对运动表面必须形成楔形空间3 3）润滑油必须有一定的粘度，且供油要充分）润滑油必须有一定的粘度，且供油要充分雷诺方程雷诺方程四、流体四、流体动力润滑动力润滑 9第9页/共26页一、结构设计一、结构设计方法方法 结构设计时，应在保证功能要求的前提下尽可能构思多的结构设计时，应在保证功能要求的前提下尽可能构思多的方案，从中进行比较和选优。方案，从中进行比较和选优。1 1）变换结构本身形态）变换结构本身形态(1)(1)形状变换形状变换第五章第五章 机械零部件结构设计基础机械零部件结构设计基础10第10页/共26页(2)(2)位置变换位置变换 改变零件或零件功能面间的相对位置改变零件或零件功能面间的相对位置11第11页/共26页把蜗杆和轴做成一体把蜗杆和轴做成一体普通平键改为花键普通平键改为花键(3)(3)数目变换数目变换 包括零件数目或有关几何形状数目的变换。包括零件数目或有关几何形状数目的变换。12第12页/共26页(4)(4)尺寸变换尺寸变换 改变零件或其工作表面的尺寸，从而使结构形态发生变换改变零件或其工作表面的尺寸，从而使结构形态发生变换比如扩大铰链机构中转动副的尺寸可得到偏心轮形状的曲柄。比如扩大铰链机构中转动副的尺寸可得到偏心轮形状的曲柄。1 1）变换零件之间的相互关系）变换零件之间的相互关系(1)(1)运动形式的变换运动形式的变换 对于同一工作要求，采用不同的运动形式可以得到不同的结构方案对于同一工作要求，采用不同的运动形式可以得到不同的结构方案滚动导轨滚动导轨滑动导轨滑动导轨13第13页/共26页(2)(2)连接方式的变换连接方式的变换 零件之间的连接可利用力、材料及几何形状的特性来实现零件之间的连接可利用力、材料及几何形状的特性来实现。14第14页/共26页二、结构设计二、结构设计应考虑的因素应考虑的因素1 1）合理分配功能）合理分配功能将所要实现的功能合理地分配给相应的功能载体。将所要实现的功能合理地分配给相应的功能载体。一一个功能载体承担一种功能可使零件功能明确、结构简单，个功能载体承担一种功能可使零件功能明确、结构简单，但这样会增加零件数；但这样会增加零件数；为减少零件数，可以使一个功能载体承担多种功能，但应结为减少零件数，可以使一个功能载体承担多种功能，但应结合实际情况而定。合实际情况而定。2 2）提高强度和刚度）提高强度和刚度(1)(1)等强度结构等强度结构 使零件各截面的强度接近相等使零件各截面的强度接近相等比如：常见的阶梯轴，其中间粗（弯矩大）、两头细（弯矩比如：常见的阶梯轴，其中间粗（弯矩大）、两头细（弯矩小小），就是），就是一种等强度结构。一种等强度结构。15第15页/共26页(2)(2)合理确定截面形状合理确定截面形状设计合理的截面形状可以显著提高零件的强度和刚度设计合理的截面形状可以显著提高零件的强度和刚度在截面积相等的情况下，空心轴、在截面积相等的情况下，空心轴、“工工”字形及字形及“T T”字形字形梁由于其截面惯性矩较大，故其强度和刚度也较大。梁由于其截面惯性矩较大，故其强度和刚度也较大。(3)(3)改善零件的受力状况改善零件的受力状况载荷分担载荷分担16第16页/共26页载荷均化载荷均化载荷均化是指避免载荷作用在局部载荷均化是指避免载荷作用在局部区域，区域，尽可能使载荷分布趋于均匀，尽可能使载荷分布趋于均匀，从而从而提高提高零件的承载能力。零件的承载能力。右图是为了减小因轴弯曲变形而产生右图是为了减小因轴弯曲变形而产生的载荷的载荷沿齿宽方向分布的不均匀。沿齿宽方向分布的不均匀。载荷相互抵消载荷相互抵消载荷抵消是使零件所受的载荷全部或部分相互抵消。载荷抵消是使零件所受的载荷全部或部分相互抵消。比如在同一根轴上的两个斜齿轮，通过合理确定两齿轮轮齿的比如在同一根轴上的两个斜齿轮，通过合理确定两齿轮轮齿的旋向旋向，可使两齿轮所受轴向力方向相反，进而减小轴承轴向载，可使两齿轮所受轴向力方向相反，进而减小轴承轴向载荷。荷。17第17页/共26页合理确定支承方式合理确定支承方式(4)(4)减小应力集中，提高疲劳强度减小应力集中，提高疲劳强度应力集中是影响零件疲劳强度的重要因素。应力集中是影响零件疲劳强度的重要因素。18第18页/共26页加卸荷孔和卸荷槽都能有效地减小加卸荷孔和卸荷槽都能有效地减小应力集中。应力集中。(5)(5)弹性强化、塑性强化及预紧弹性强化、塑性强化及预紧弹性强化就是预加一个与工作载荷方向相反的载荷，使零件弹性强化就是预加一个与工作载荷方向相反的载荷，使零件产生与产生与工作载荷作用下的变形和应力方向相反的弹性预变形工作载荷作用下的变形和应力方向相反的弹性预变形及预应力。及预应力。塑性强化是使零件在工作状态下应力最大的那部分材料预先经塑性强化是使零件在工作状态下应力最大的那部分材料预先经塑性变形塑性变形，产生与工作应力相反的残余应力，以此来部分抵消，产生与工作应力相反的残余应力，以此来部分抵消工作应力工作应力。19第19页/共26页预紧就是预加一个与工作载荷方向相同的载荷，使零件产生预紧就是预加一个与工作载荷方向相同的载荷，使零件产生一定的一定的与工作载荷作用下的变形同方向的弹性变形。与工作载荷作用下的变形同方向的弹性变形。3 3）提高耐磨性）提高耐磨性（1 1）降低压强）降低压强降低压强可以采用液压卸荷和降低压强可以采用液压卸荷和机械卸荷的方法来实现。机械卸荷的方法来实现。在机床导轨上通入压力油，可以在机床导轨上通入压力油，可以部分抵消导轨的载荷部分抵消导轨的载荷右图用滚动轴承来承受导轨的部右图用滚动轴承来承受导轨的部分载荷。分载荷。20第20页/共26页（2 2）摩擦表面在相对运动时脱离接触）摩擦表面在相对运动时脱离接触为使摩擦表面在运动时脱离接触，可以用流体动压、静压或为使摩擦表面在运动时脱离接触，可以用流体动压、静压或磁悬浮技术，如流体动压、静压轴承及电磁轴承。利用一些磁悬浮技术，如流体动压、静压轴承及电磁轴承。利用一些特定机构也可避免摩擦表面在相对运动时直接接触。特定机构也可避免摩擦表面在相对运动时直接接触。当主轴箱移动时，放当主轴箱移动时，放松加紧机构，使主轴松加紧机构，使主轴箱略向下移，箱的重箱略向下移，箱的重量靠滚动轴承承担。量靠滚动轴承承担。21第21页/共26页（3 3）减少磨损的不均匀性）减少磨损的不均匀性局部磨损的危害程度往往比均匀磨损大，故应尽可能使磨损局部磨损的危害程度往往比均匀磨损大，故应尽可能使磨损均匀。均匀。右下图，由于止推面外边部位的线速度远高于中心部位，故右下图，由于止推面外边部位的线速度远高于中心部位，故外边外边磨损剧烈，去除中间部位后，可使磨损趋于均匀。磨损剧烈，去除中间部位后，可使磨损趋于均匀。（4 4）由不同材料形成组合结构）由不同材料形成组合结构为了提高零件耐磨性的同时降低为了提高零件耐磨性的同时降低其成本，机械零件可以采用组合其成本，机械零件可以采用组合结构，即零件易受首磨损处采用结构，即零件易受首磨损处采用耐磨材料。其他部位采用普通材耐磨材料。其他部位采用普通材料。料。22第22页/共26页（5 5）调节与补偿）调节与补偿当磨损无法避免时，应考虑如何调节和补偿因磨损造成的当磨损无法避免时，应考虑如何调节和补偿因磨损造成的尺尺寸变化寸变化，延长零件的使用寿命。，延长零件的使用寿命。例如：在剖分式径向滑动轴承中，可利用调整垫片来调节因例如：在剖分式径向滑动轴承中，可利用调整垫片来调节因磨损磨损造成的轴颈与轴承孔之间的间隙。造成的轴颈与轴承孔之间的间隙。4 4）改善零件的结构工艺性）改善零件的结构工艺性（1 1）零件结构必须与生产条件和批量相适应）零件结构必须与生产条件和批量相适应零件结构与生产条件、生产批量密切相关。比如：直径小于零件结构与生产条件、生产批量密切相关。比如：直径小于500500的齿轮通常采用锻造结构，而直径大于的齿轮通常采用锻造结构，而直径大于500500时，由于时，由于锻造锻造设备设备的限制，一般采用铸造结构。单件生产的减速器箱的限制，一般采用铸造结构。单件生产的减速器箱体宜采用体宜采用焊接焊接结构，而中、小批量生产特别是大批量生产时结构，而中、小批量生产特别是大批量生产时就应该采用就应该采用铸造结构铸造结构。（2 2）零件结构应力求简单）零件结构应力求简单零件越复杂，加工、装配、维修等越复杂，成本越高。零件越复杂，加工、装配、维修等越复杂，成本越高。23第23页/共26页（3 3）零件结构应易于装配）零件结构应易于装配装配式机器生产过程中的一个重要环节，零件结构的装配性能装配式机器生产过程中的一个重要环节，零件结构的装配性能直接影响到产品的质量和成本。直接影响到产品的质量和成本。结构工艺性实例结构工艺性实例24第24页/共26页25第25页/共26页26感谢您的观看！第26页/共26页