机械零件设计概论 (2).ppt
例:机构齿轮机构(三个构件)齿轮1、齿轮2、机架3 轴、轴承、套筒等 轴系零件 齿轮 传动件 键 联接件 12构件构件1(小齿轮)3最基本的通用零件机构构件零件机器传动零件轴系零件联接零件附件机架避免在预定寿命周期内失效避免在预定寿命周期内失效采用标准化零、部件采用标准化零、部件要要求求工作可靠工作可靠成本低廉成本低廉降低材料消耗，减少加工工时降低材料消耗，减少加工工时大型零件采用组合结构大型零件采用组合结构第第9章章 机械零件设计概论机械零件设计概论n机械零件的失效形式和计算准则机械零件的失效形式和计算准则n机械制造常用材料及其选择机械制造常用材料及其选择n零件结构的工艺性及标准化零件结构的工艺性及标准化9.1机械零件的失效形式和计算准则机械零件的失效形式和计算准则n失效（失效（failure）：）：机械零件由于某种原因不能机械零件由于某种原因不能正常工作时正常工作时n常见失效形式：常见失效形式：整体断裂或塑性变形整体断裂或塑性变形强度问题强度问题表面破坏表面破坏表面强度或耐磨性问题表面强度或耐磨性问题弹性变形过大弹性变形过大刚度问题刚度问题强烈震动强烈震动稳定性问题稳定性问题联结的松弛、带的打滑等联结的松弛、带的打滑等n工作能力：工作能力：不发生失效时零件所能安全工作不发生失效时零件所能安全工作的限度（的限度（常以零件承受载荷的大小表示，称常以零件承受载荷的大小表示，称承载能力承载能力）工作能力计算准则（工作能力计算准则（工作能力判定条件）工作能力判定条件）：强度条件：应力强度条件：应力许用应力许用应力刚度条件：变形量刚度条件：变形量许用变形量许用变形量如：如：吊钩最大起重量吊钩最大起重量50 kN工作能力或承载能力工作能力或承载能力50 kN50 kN 9.1.1 机械零件的强度机械零件的强度n计算准则：计算准则：n载荷：载荷：作用于零件上的力或力矩作用于零件上的力或力矩n名义载荷：名义载荷：理想工作条件下的载荷理想工作条件下的载荷n计算载荷：计算载荷：作用于零件的实际载荷，考虑各种附作用于零件的实际载荷，考虑各种附加载荷加载荷n计算载荷计算载荷=K 名义载荷名义载荷载荷系数荷系数1、应力ts ssminsmaxs sm静应力静应力ts ss sm脉动循环变应力脉动循环变应力s smts sts对称循环变应力非对称循环变应力非对称循环变应力应力参数应力参数n最大应力最大应力:s smaxn最小应力最小应力:s sminn应力幅应力幅:s san平均应力平均应力:s smn循环特征循环特征:rts ssminsmaxs smts ssminsmaxs sm静应力静应力ts ss sm脉动循环变应力脉动循环变应力s smts sts对称循环变应力非对称循环变应力非对称循环变应力-1r+1,不等于不等于1、-1、02、极限应力1）静应力下的极限应力静应力下的极限应力n脆性材料脆性材料n失效形式：失效形式：断裂n极限应力：极限应力：强度极限强度极限s sB(t tB）n塑性材料塑性材料n失效形式：失效形式：过大的残过大的残余变形余变形n极限应力：极限应力：屈服极限屈服极限s sS(t tS)s sBe es s玻璃钢玻璃钢灰口铸铁灰口铸铁e es ss sps sSs sBA AB BCDE2）变应力下的极限应力n疲劳极限疲劳极限r r：有限寿命区无限寿命区失效形式失效形式:疲劳断裂疲劳断裂极限应力与应力性极限应力与应力性 质、大小、有关质、大小、有关有效应力集中系数尺寸系数 表面状态系数3、许用应力和安全系数 n许用应力：许用应力：设计零件时设计零件时所依据的条件应力所依据的条件应力n安全系数安全系数许用应力许用应力结构笨重结构笨重n安全系数安全系数许用应力许用应力不够安全不够安全许用应力许用应力极限应力极限应力安全系数安全系数9.1.2 机械零件的表面强度机械零件的表面强度n接触强度接触强度n挤压强度挤压强度n磨损强度磨损强度机械零件的接触强度机械零件的接触强度n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接触应力。这时零件强度称为接触强度接触强度。点蚀点蚀例：已知例：已知1 1=50mm,=50mm,2 2=80mm=80mm求：图示三种情况下最大接触应力之比求：图示三种情况下最大接触应力之比提高接触提高接触疲劳强度疲劳强度的措施？的措施？表面挤压强度n面接触无滑动传递载荷面接触无滑动传递载荷机械零件的耐磨性磨损的类型：n1、点蚀n2、磨粒磨损n3、粘着磨损：由于粘着作用使材料从一表面转移到另一表面所引起的磨损（胶合），是高速重载接触副常见的破坏形式。n4、腐蚀磨损：与周围介质发生化学或电化学反应的磨损耐磨性的条件性计算耐磨性的条件性计算零件的刚度n计算准则：yy，n影响因素：n材料的弹性模量材料的弹性模量n零件的截面形状零件的截面形状n零件的支撑方式零件的支撑方式n具体的结构形式等具体的结构形式等 n问题：有人设计一轴，开始采用问题：有人设计一轴，开始采用45钢，钢，发现刚度不足，拟采用发现刚度不足，拟采用40Cr，行否？，行否？9.2 机械制造常用材料及选择机械制造常用材料及选择n钢：钢：C2%的铁碳合金的铁碳合金n按用途分：结构钢、工具钢、特殊钢按用途分：结构钢、工具钢、特殊钢n按化学成分：碳素钢、合金钢按化学成分：碳素钢、合金钢n按含碳量分：低碳（按含碳量分：低碳（C0.25%）、中碳、高碳）、中碳、高碳（C0.6%）钢）钢n按质量分：普通、优质碳素结构钢按质量分：普通、优质碳素结构钢Q215 45 65Mn 40Cr ZG230-450n铸铁：铸铁：HT150 QT450-10n有色金属合金：有色金属合金：ZCuSn5Pb5Zn5金属材料的热处理金属材料的热处理n含义：固态范围加热、保温、冷却，改变组织、特性n分类：n普通热处理：退火、正火、淬火、回火n表面热处理和化学热处理退火退火:正火正火:将零件加热到某一温度保温随炉冷却随炉冷却加热到某一温度保温较快冷却较快冷却(例空冷)消除内应力,硬度减小改善切削性能 硬度,强度有所提高 消除内应力(不如退火)淬火淬火:回火回火:硬度大大提高耐磨性,疲劳强度提高内应力增大需消除(回火)加热到某一温度保温急速冷却急速冷却 加热到某一温度(较低较低)保温冷却(空冷)表面热处理表面热处理:强化零件表面，保持芯部韧性表面硬度及耐磨性芯部韧性不变将某种化学元素(活性原子)渗入 零件表面力学性能 提高表面硬度、耐磨性、抗蚀性、疲劳强度表面迅速加热急冷低温回火渗碳渗碳(碳原子):氮化氮化(氮原子):氰化氰化(碳+氮):n材料硬度硬度nHBS:布氏硬度布氏硬度n硬度机压头为淬火钢球，不能测太硬的材料，硬度机压头为淬火钢球，不能测太硬的材料，一般一般HBS500nHRC、HRB、HRA:洛氏硬度洛氏硬度120金刚石锥体，载荷金刚石锥体，载荷150kgf,不能测硬、脆的薄层不能测硬、脆的薄层零件零件HV:维氏硬度维氏硬度136 金刚石四角锥体，载荷小，金刚石四角锥体，载荷小，5-30kgf三种硬度单位之比较：三种硬度单位之比较：HV(维氏维氏)HBS(布氏布氏)；HRC(洛氏洛氏)10 HBS9.3零件结构的工艺性及标准化零件结构的工艺性及标准化一、结构工艺性概念一、结构工艺性概念 零件的结构工艺性就是其制造、安装、维修零件的结构工艺性就是其制造、安装、维修的难易程度。的难易程度。设计零件设计零件设计结构设计结构选择材料选择材料确定尺寸确定尺寸使用性能：能用、好用、耐用使用性能：能用、好用、耐用 工艺要求：好做、好装、好修工艺要求：好做、好装、好修二、零件结构工艺性举例二、零件结构工艺性举例 1采用标准化采用标准化标标 准准 件：螺钉、垫圈、销子、轴承等件：螺钉、垫圈、销子、轴承等 图片1标准参数：孔径、锥度、螺距、模数等标准参数：孔径、锥度、螺距、模数等2便于装夹便于装夹能够装夹能够装夹 图片2减少装夹次数减少装夹次数 图片3 3.便于加工便于加工应有足够刚度应有足够刚度 图片4避免内表面加工避免内表面加工 图片5 减少加工面积减少加工面积 图片6 图片7减少刀具种类减少刀具种类 图片8便于进刀退刀便于进刀退刀 图片9 图片10 图片11 图片12减少加工困难减少加工困难 图片13尽可能尽可能“一刀活一刀活”图片14配合零件端部要倒角配合零件端部要倒角 图片15柱销盲孔应有出气口柱销盲孔应有出气口 图片16轴肩与孔端应能贴紧轴肩与孔端应能贴紧 图片17配合零件只能有一对配合面配合零件只能有一对配合面 图片18螺钉连接应有扳手活动空间螺钉连接应有扳手活动空间 图片19螺钉连接应便于螺钉的安装螺钉连接应便于螺钉的安装 图片20应有正确装配基面应有正确装配基面 图片214便于装配便于装配滚动轴承要能拆卸滚动轴承要能拆卸 图片22滑配衬套要能拆卸滑配衬套要能拆卸 图片235便于维修便于维修三、标准化三、标准化品种规格的系列化、零部件的通用化、产品品种规格的系列化、零部件的通用化、产品质量标准化质量标准化 两重含意两重含意:分类分类:使用强制性推荐使用：尽量选用标准件按有关标准设计机械零件 国际ISO、国家GB、行业标、(JB、YB、QB)、地方标、企业标准制图、公差、形位、模数 必须执行：运用范围机械零件设计的几个特点 涉及面广 关系多因与诸多先修课关系密切。要求多强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、经济性。门类多各类零件，各有特点，设计方法各异。公式多计算多，有解析式、半解析式、经验的、半经验的及定义式。图表多结构图、分析图、原理图、示意图、曲线图、标准、经验数表。第三节第三节 2 无重点又都是重点，设计工作必须详尽，细小的疏忽也会导致严重事故。设计问题无统一答案更多地谈论谁设计得更好，要注意发展求异思维。注意处理好几个关系 零件的设计与选用 设计计算与结构设计 设计决非只是计算，同学更应重视结构设计的学习。性能要求与经济性 永远是一对矛盾，应学会合理地解决这一对矛盾。第三节第三节 3
