精密机械设计基础第一章优秀PPT.ppt
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1、精密机械设计基础第一章第一页,本课件共有24页 第二章:机械工程常用材料及钢的热处理四个阶段 应力-应变曲线 弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段 三个极限 弹性极限 p 屈服极限 s 0.2 强度极限 b强度:材料抵抗破坏(失效)的能力 在静应力作用下,机械零件的失效形式 主要是塑性屈服 和 脆性断裂 。刚度:材料抵抗弹性变形的能力 塑性:材料破坏时,遗留变形的大小断后伸长率 5%为塑性材料 0.6%)弹簧、工具、模具等。按质量等级分类(S、P的质量分数控制):普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢(A、B、C、D)按质量和用途分类:普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢(1)普通碳素
2、结构钢主要保证力学性能 牌号:Q+数字(屈服强度数值Mpa)一般不需热处理。多用于一般用途,生产过程中对质量控制无特殊规定。Q195、Q215、Q235钢的含碳量低,焊接性、塑性、韧性好,有一定强度,常轧制成薄板、钢筋等,或制造普通铆钉、螺钉、螺母等零件。Q255、Q275钢的含碳量比上述高点,故其强度较高,塑性、韧性较好,可进行焊接。通常轧制成形钢、钢板作结构件以及制造简单机械的连杆、齿轮、联轴节和销子等零件。第三页,本课件共有24页(2)优质碳素结构钢要求保证化学成分和力学性能 牌号:两位数字(碳的质量分数的万倍)在生产过程中需特别控制质量,一般要经过热处理提高力学性能。10、20冷冲压性
3、与焊接性好,可作冲压件和焊接件,经适当热处理(如渗碳)后也可制造轴、销等零件;30、40、45、50经热处理后,可获得良好的综合力学性能,用来制造齿轮、轴类、套筒等零件。55、60、65钢热处理后具有高的弹性极限,常用来制作弹簧。(3)碳素工具钢 牌号:T+数字(碳的质量分数的千倍)碳素工具钢经热处理后具有高硬度,用于制造各种要求高硬度和高耐磨性(碳的质量分数一般大于0.7%)的工具,如量具、刀具、模具等。如T8,T12A。2.合金钢 人为加入Cr、Mn、Ni、Ti、Mo等,具有高的强度、韧性、硬度,以及某些特殊性能(如耐腐蚀性、高温强度等)。3.铸铁:强度、塑性及韧性较差;良好的铸造性能、减
4、摩性能、吸振性能、切削加工性能、低的缺口敏感性,生产工艺简单、成本低廉。灰铸铁:C自由状态的片状石墨形式 灰铸铁的抗压强度高于抗拉强度,脆性很大,不宜承受冲击载荷,适于制作只承受静载荷、在受压状态下工作的零件,如底座、机床床身、法兰等。球墨铸铁:C球状石墨形式,较高的强度,良好的塑性和韧性。球墨铸铁强度高,综合力学性能接近于钢,同时还具有与灰铸铁类似的优良性能。在一些机件受力复杂、综合性能要求较高,但无较大冲击力的场合下,可成功取代某些钢件,如曲轴、凸轮轴、齿轮、轴套等。第四页,本课件共有24页非铁金属1、铜合金:黄铜(Cu-Zn)优良的变形加工性能,较好的铸造性能和对大气和海水的抗蚀能力。青
5、铜 锡青铜,其强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性均高于黄铜,并有良好的弹性。无锡青铜是铜与铝、铍、锰等元素的合金。其力学性能以及耐腐蚀、耐磨性能得到改善。如铝青铜的强度和硬度高,耐磨性好,且价格便宜,常用来制造承受重载、耐磨的机械零件;铍青铜经热处理后,其强度、硬度、弹性极限和疲劳极限均能有较大的提高,以及其他优良性能,是制造某些弹性机械元件的极好材料,但成本较高2、铝合金:变形铝合金、铸造铝合金 铝资源丰富,其密度小,熔点低,导热、导电性均良好,塑性高,导磁性差。铝和铝合金有相当好的抗大气腐蚀的能力,但强度不高。铝合金通过加入合金元素、热处理可以提高其强度(硬铝-中等强度的构件和零件,超硬铝-受力
6、大的重要构件)和得到其他优良性能(如耐热性、耐腐蚀性等)。铝合金的比强度高(飞机骨架、蒙皮等),塑性好(薄壁、形状复杂、尺寸精度高的零件)。铸造铝合金制品应用广(气缸体、活塞、风扇叶片、仪表外壳等)。铝合金不耐磨,可镀铬提高耐磨能力。3、钛及其合金 钛和钛合金的密度很小(4.5103kg/m3),比强度高(工业纯钛b=350700MPa,钛合金b=1200MPa)。高低温性能好(500C,-253C),并具有良好的抗腐蚀性(大气、海水、硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠等介质中都很稳定)。钛具有“亲生物”性(在人体内,能抵抗分泌物的腐蚀且无毒,对任何杀菌方法都适应)。钛的切削性能差,易粘刀。钛材价格昂
7、贵。第五页,本课件共有24页非金属1、工程塑料 分类:热固性塑料 酚醛塑料-电气开关 热塑性塑料 聚四氟乙烯-塑料王、ABS塑料-外壳 特点:密度小,比强度高(于金属材料),良好的抗蚀性(耐酸、碱、油、水等),优良的电绝缘性(电器工具、壳体、支架多采用),耐磨、减摩、自润滑性好(可在液体、半干和干摩擦状态下有效工作,制造轴承、轴瓦等),工艺性好(易热压成形,部分热固性塑料有较好的切削加工性),生产率高,加工成本低,此外还减振、隔音、防潮、易粘接等。但耐热性差,易发生蠕变,导热性差,易老化。2、橡胶 较大的弹性(弹性材料、密封材料、减振防振材料、传动材料)和良好的绝缘性(导线、电缆绝缘件、热缩管
8、),此外它还具有耐磨损、抗腐蚀和放射、储能等性能。广泛用来制作轮胎、传送带、电缆、电线、密封垫圈以及减震件。最大缺点:易老化(变色、发粘、发脆及龟裂等,使弹性、强度等发生变化),难回收(污染)。3,人工合成矿物1)刚玉 俗称宝石(Al2O3),很硬(仅次于钻石)。在仪器仪表和钟表行业多使用红宝石微型轴承,因其弹性模量、硬度很高,故可将轴承孔加工得十分光洁,使之与钢制轴颈之间的摩擦系数很小,则工作时摩擦损耗很小,可长期保持原始精度,提高使用寿命。2)石英 透明的晶体(SiO2),具有压电效应,可制作多种传感器;石英晶片(当晶片的固有频率与外加电场的交电频率相同时,晶片会产生谐振)用作振荡器。第六
9、页,本课件共有24页第三章:零件强度,刚度分析的基本知识变形的种类:拉伸及压缩,剪切,扭转,弯曲第四章:平面机构的结构分析平面运动副的分类:低副:两构件之间以面接触的运动副。转动副 移动副。具有两个 约束,一个自由度。与高副相比,有较好的加工工艺性,且能承受较大的载荷,磨损也较轻。高副:两构件之间以点或线接触的运动副。具有一个约束,两个自由度。有相对较多相对运动可能。机构自由度为活动构件自由度的总数与运动副引入的约束总数之差:F=3n-2PL-PH复合铰链 同一轴线上有两个以上的构件用转动副联接时,则形成复合铰链。局部自由度 有些机构中,某些构件所产生的局部运动,并不影响其他构件的运动。这些局
10、 部运动的自由度称为局部自由度。虚约束 机构中,有些运动副引入的约束可能与其它运动副的约束重复,实际并无约 束作用,这类约束为虚约束。从机构运动观点看,虚约束是多余的,但为改善构件受力,增加机构刚度,有时则是必要的。计算机构自由度应注意的事项小结 复合铰链:存在于转动副处。正确处理方法:复合铰链处有m个构件则有(m-1)个转动副局部自由度:常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩擦所增加的滚子处。正确处理方法:计算自由度时将局部自由度减去。虚约束:存在于特定几何条件或结构条件下。正确处理方法:将引起虚约束的构件和运动副除去不计。机构结构分析步骤:1)计算自由度,确定原动件。2)除去虚约束和
11、局部自由度,进行高副低代。3)从远离原动件的构件开始,先试拆级杆组,如不行再试拆级杆组。当拆去一个杆组后,按上述顺序重复进行,直到只剩下机架和原动件为止。4)确定机构的级别。注意:杆组的增减不应改变机构的自由度。第七页,本课件共有24页第五章:平面连杆结构1.曲柄摇杆机构一个连架杆能作整周回转运动-曲柄。另一连架杆仅在一定角度范围内摆动-摇杆。曲柄原动件,摇杆从动件2.双曲柄机构两连架杆均为曲柄,可作整周回转运动。3.双摇杆机构两连架杆均为摇杆,只能在有限范围内往复摆动。4.曲柄滑块机构由曲柄摇杆机构演化而成。演化过程 摇杆长度趋于无穷曲柄滑块机构型式:对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构5.导
12、杆机构由曲柄滑块机构演变而来,曲柄为机架四杆机构曲柄存在的必要条件为:1)曲柄、机架之一是最短杆2)最短杆与最长杆的长度之和小于或等于 其余两杆长度之和(杆长条件)必须同时满足,首先检查第二个条件:如果不满足杆长条件,机构中不可能有曲柄,不管以哪个杆件为机架,只能构成双摇杆机构。在满足杆长条件的前提下:1.若以最短杆为机架,则构成双曲柄机构2.若以最短杆相对的杆为机架,则构成双摇杆机构。3.若以最短杆任一相邻杆为机架,则构成曲柄摇杆机构。第八页,本课件共有24页压力角a:从动件CD上C点所受作用力的方向与该点速度方向之间所夹的锐角。越小a,传动效率越高,可以用来判断四杆机构传动性能的好坏。传动
13、角r:连杆与从动件所夹锐角,压力角的余角。r90-a、死点位置机构运转时,摇杆为主动件,当连杆与从动件(曲柄)处于共线位置时,经连杆作用于从动件上的力F通过从动件的铰链中心,使驱动从动件的有效分力为零,不论力F多大,都不能使从动件转动。对于平行四边形机构,当曲柄与连杆共线时,传动角为零,同时整个机构的构件重合为一条直线,这时从动曲柄CD存在正、反转两种可能,称为转向点。克服死点、转向点的方法1在从动件上安装转动惯量大的飞轮。(缝纫机踏板机构)2.相同机构错位排列(汽车发动机)死点位置利用,利用死点位置实现特定的工作要求1.飞机起落架机构落地后作用力不会使起落架反转保证飞机安全可靠降落。2.夹具
14、夹紧机构机构不会松脱第九页,本课件共有24页第八章:带传动普通带传动:利用张紧在带轮上的传动带与带轮的摩擦或啮合来传递运动和动力。挠性传动,结构简单,传动平稳,噪声小,可缓冲吸振。允许较大中心距。摩擦传动型带传动利用带与带轮接触面间的摩擦力传递运动和动力。特点具有过载保护功能,但不能保证恒定的传动比,传动精度较低常用张紧方法:调节两轮中心距、利用张紧轮带传动的受力1.紧边拉力F1:带在进入主动轮一边被拉紧为紧边,拉力由F0增加为F1。2.松边拉力F2:带在进入从动轮一边被放松称为松边,拉力由F0减少为F2。小的为主动轮3.有效拉力Ft:带传动所能传递的有效圆周力。Ft=F1-F2当传递的圆周力
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