(1.1)--00章 绪论 机械零件的强度机械传动系统设计与实践.pdf

绪 论导 学绪论导学p 机械是什么？p 如何设计机械？p 设计基础知识包括哪些？汽车的心脏：发动机智能机械:机器人讲课目录CONTENTS绪论导学p 机械设计的概念和内容p 机械零件的失效形式和设计准则p 机械零件的强度学习目标p 机械、机器、机构、零件和构件p 机器的基本组成p 机械零件的失效形式p 强度准则绪论导学重 点p 机械、机器、零件和构件p 机器的组成部分p 机械零件的失效形式p 强度准则p 工作应力、许用应力和安全系数p 静应力和变应力难 点p 强度准则p 应力的类型及其应力循环特性p 机械零件的失效形式p 应力的类型和应力循环特性绪论导学兴趣实践p 家用洗衣机是怎样工作的？p 图中装置的名称？有何特点？绪论导学绪 论机械设计的概念和内容机器：代替或减轻人类劳动、提高劳动生产率的主要手段机械工业的发展：当今社会高度的物质文明建立的基础 与人类生活的不断改善紧密相连机械工业：国民经济的支柱工业之一 社会生产力发展水平的重要标志 衡量国家现代化程度的重要标志机械设计的概念机械机 器机 构原动机 其他形式能量 机械能工作机 机械能 其他形式能量机器：装置 根据要求而设计 用来变换或传递能量、物料和信息 执行机械运动信息机 获得或变换信息机械：机器和机构的总称 机械设计的概念机械的概念发电机 将机械能变换为电能起重机 传递物料金属切削机床 变换物料外形原动机工作机内燃机 热能机械能电动机 电能机械能信息机打印机、照相机 变换和传递信息机械设计的概念原动部分 传动部分 执行部分 控制系统 其它辅助系统 机械设计的概念机器的组成(b)离合器(a)发动机(g)车门(f)后桥(e)制动器(d)万向节(c)变速器机械设计的概念现代化机器:由四个部分组成 原动 传动 执行 控制机器原动部分传动部分执行部分控制系统机器主体机械设计的概念什么是机器？什么是机构？二者有何区别？机械设计的概念机器和机构例：单缸四冲程内燃机机械设计的概念汽缸体1活塞4进气阀114排气阀2连杆5曲轴6凸轮7阀杆10齿轮8齿轮9阀杆3连杆机构凸轮机构齿轮机构机械设计的概念内燃机p主体部分由许多构件组成p以能进行确定的相对运动的方式连接p能完成机械功或转换机械能并代替或减轻人类劳动机构机器机械机械设计的概念机器？机构机械设计的概念连杆机构凸轮机构齿轮机构 一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只包含一种机构。机构：传递运动和力 一个构件为机架 用构件间能相对运动的连接方式组成 构件系统机械设计的概念齿轮机构常见机构轮系机械设计的概念凸轮机构连杆机构构件：运动的单元单一零件曲轴多个零件的刚性组合连杆机械设计的概念构件和零件通用零件：在各类机械中常见的零件专用零件：在专用机械中特有的零件例如：齿轮、轴承、轴 弹簧、螺栓、螺母、键例如：汽轮机的叶片 内燃机的活塞零件：制造的单元 机械设计的概念各定义关联机械机器机构构件多个零件通用零件专用零件机械或机器单一零件机械设计的概念 常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、设计理论和计算方法，对于专用机械和专用零件的设计具有一定的指导意义。常用机构及通用零件的基本知识 （机械原理）常用的连接、传动、轴系零部件（机械设计）课程内容机械设计的内容绪 论机械零件的失效形式和设计准则机械设计的要求 机器使用功能方面的要求 机器经济性的要求机械零件设计的基本要求 在预定工作期限内正常、可靠地工作，保证机器的各种功能 要尽量降低零件的生产、制造成本 物美价廉失效形式和设计准则机械设计的基本要求轮齿断裂汽车发动机铝合金活塞断裂失效形式和设计准则塑性变形失效形式和设计准则轮齿磨损轴承内外圈磨损失效形式和设计准则零件失效的原因有：1）断裂或塑性变形（强度）2）过大的弹性变形（刚度）3）磨损或损伤 （耐磨性）4）发生强烈的振动（稳定性）5）联接的松弛 6）摩擦传动的打滑失效零件由于某种原因不能正常工作工作能力不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。一般指承载能力。失效形式和设计准则变形 弹性变形塑性变形塑性材料 在外力作用下，虽然产生较显著变形而不被破坏的材料 例如：碳钢（如45#、20#等）合金钢 脆性材料 在外力作用下，发生微小变形即被破坏的材料 例如：铸铁（牌号为Q、HT等开头）不可恢复的变形 永久变形 残余变形可恢复的变形 失效形式和设计准则零件的强度？失效形式和设计准则失效形式和设计准则日本明石海峡大桥武汉杨泗港长江大桥桥梁受自身重力和其他物体重力作用零件：一定的材料加工成一定的形状变形：受外力作用后，零件的形状和尺寸发生的变化应变：当零件在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸所发 生的相对变化，也称形变应力：当材料发生形变，内部产生大小相等但方向相反的反作用力抵抗 外力 定义为单位面积上的内力 应力与变形相对应，变形有几类，应力就有几类。拉伸与压缩 剪切 扭转 弯曲失效形式和设计准则拉伸桥梁结构中的拉杆失效形式和设计准则工程上用来表示金属材料强度的指标：屈服强度极限 S：材料在屈服时的最大拉应力 拉伸强度极限 B：材料在断裂时的最大拉应力 失效形式和设计准则应力-应变线自行车中轴受扭桥梁受弯曲弯曲或扭转失效形式和设计准则剪切或挤压失效形式和设计准则强度：金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标强度要求：机械零部件首先应满足的基本要求刚度要求对于某些弹性变形量超过一定数值后，会影响机器工作质量的零件尤为重要如机床的主轴、导轨、丝杠等 刚度：零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力 失效形式和设计准则机械零件：多种可能的失效形式 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度影响 对于各种不同的失效形式，相应地有各种工作能力判定条件（准则），即设计条件或设计准则。强度准则：计算（工作）应力许用应力 刚度准则：变形量许用变形量失效形式和设计准则 强度准则2 4FFdA 4Fd工作应力许用应力失效形式和设计准则校核公式：设计公式：绪 论机械零件的强度强度准则 机械零件的强度名义载荷：在理想、平稳工作条件下作用在零件上的载荷名义应力：按名义载荷求得的应力计算载荷：名义载荷与载荷系数K的乘积计算应力或工作应力：按计算载荷求得的应力许用应力：零件能安全工作的应力最大值强度准则静应力 不随时间变化或者变化缓慢 r=+1变应力不稳定稳定变化非对称循环变应力 r=？对称循环变应力脉动循环变应力 r=0tOtOOtminmaxr应力循环特性（应力比）：应力 r=-1机械零件的强度Ot应力种类材料的疲劳特性m 均值；a 幅值max 最大值；min 最小值r 应力循环特性（应力比）N-应力循环次数maxminm2maxmina2描述稳定变应力可有5个参数，但其中2个参数独立。机械零件的强度思考：实验条件下，如何获得对称循环变应力？转轴：转动且受弯曲的轴 弯矩：恒定 转矩：恒定 弯曲应力：对称循环变应力 扭切应力：静应力机械零件的强度思考：如何更快速让细铁丝断裂 不用任何工具 机械零件的强度单向弯曲轴受弯曲，承受弯矩作用 弯曲应力？若弯曲后轴不转：静应力 若反复单向弯曲：脉动循环变应力 若反复双向弯曲：对称循环变应力反复双向弯曲时，承受对称循环变应力 弯曲幅度：应力幅值a的大小 弯曲次数：应力循环次数机械零件的强度失效形式：断裂或屈服 塑性材料，强度准则：SS BS脆性材料,强度准则：屈服极限强度极限机械零件的强度失效形式：疲劳断裂疲劳破坏特征：断裂过程：产生初始裂纹（应力较大处）裂纹尖端扩展，产生疲劳裂纹 断裂面：光滑区（疲劳发展区）粗糙区（脆性断裂区）破坏时的应力（疲劳极限）远小于屈服极限疲劳破坏的机理：损伤的累积影响因素：材料 变应力的循环特性 应力循环次数 应力幅 S疲劳疲疲劳劳极极限限机械零件的强度机械零件的强度 静强度：受静载荷的螺栓 固定心轴 疲劳强度：带 齿轮 转轴 接触强度：齿轮 滚动轴承机械零件的强度