机械零件设计概论(PPT21页).pptx

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1、基本要求：理解机械零件设计的基本要求、机械基本要求：理解机械零件设计的基本要求、机械 零件的工作能力、计算准则、材料选零件的工作能力、计算准则、材料选 择的一般要求；了解机械零件的工艺择的一般要求；了解机械零件的工艺 性、公差与配合及其标准的意义。性、公差与配合及其标准的意义。重重 点：机械零件的工作能力和整体强度；机点：机械零件的工作能力和整体强度；机 械零件的接触强度。械零件的接触强度。 机械零件设计概论机械零件的失效形式：机械零件的失效形式： 破坏性失效和非破坏性失效破坏性失效和非破坏性失效1、断裂或塑性变形、断裂或塑性变形 2、过大的弹性变形、过大的弹性变形 3、磨损、磨损4、强烈的振

2、动、强烈的振动5、其他：联接的松弛；摩擦传动的打滑等、其他：联接的松弛；摩擦传动的打滑等 9-1 机械零件设计概述机械零件设计应满足的基本要求：机械零件设计应满足的基本要求：工作可靠、成本低廉。工作可靠、成本低廉。机械零件的失效：机械零件的失效：由于某种原因不能正常工作的现象。由于某种原因不能正常工作的现象。载荷载荷称为承载能力称为承载能力磨损磨损称为耐磨性称为耐磨性振动振动称为稳定性称为稳定性机械零件的工作能力：机械零件的工作能力： 在不发生失效的条件下，零件所能在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。安全工作的限度。 9-1 机械零件设计概述机械零件设计应满足的基本要求：机械零件设计

3、应满足的基本要求：工作可靠、成本低廉。工作可靠、成本低廉。机械零件的失效：机械零件的失效：由于某种原因不能正常工作的现象。由于某种原因不能正常工作的现象。机械零件设计的计算准则：机械零件设计的计算准则： 计算量计算量许用量许用量 例如：强度判定条件：工作应力例如：强度判定条件：工作应力许用应力许用应力刚度判定条件：变形量刚度判定条件：变形量许用变形量许用变形量 9-1 机械零件设计概述机械零件的工作能力：机械零件的工作能力： 在不发生失效的条件下，零件所能在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。安全工作的限度。 机械零件设计应满足的基本要求：机械零件设计应满足的基本要求：工作可靠、成本低

4、廉。工作可靠、成本低廉。机械零件的失效：机械零件的失效：由于某种原因不能正常工作的现象。由于某种原因不能正常工作的现象。机械零件设计的一般步骤机械零件设计的一般步骤:1、拟定零件的计算简图；、拟定零件的计算简图；2、确定作用在零件上的载荷；、确定作用在零件上的载荷；3、选择合适的材料；、选择合适的材料；4、根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定条件，确定零件、根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定条件，确定零件 的形状和主要尺寸；的形状和主要尺寸； 5、绘制工作图并标注必要的技术条件。、绘制工作图并标注必要的技术条件。 1、通过设计计算出的零件尺寸一般并不是最终采用的数值，设计、通过设

5、计计算出的零件尺寸一般并不是最终采用的数值，设计 者还要根据制造零件的工艺要求和标准、规格加以圆整；者还要根据制造零件的工艺要求和标准、规格加以圆整；2、在一般机器设计中，只有一部分零件是通过计算确定其形状和、在一般机器设计中，只有一部分零件是通过计算确定其形状和 尺寸的，而其余的零件则仅根据工艺要求和结构要求进行设计尺寸的，而其余的零件则仅根据工艺要求和结构要求进行设计 ；3、设计工作是一个反复进行的过程，经过多次修改方案，改变设、设计工作是一个反复进行的过程，经过多次修改方案，改变设 计参数，才能得到比较合理的结果。计参数，才能得到比较合理的结果。注意注意: 计算准则计算准则 :载荷：载荷

6、：作用在零件上的作用在零件上的 外力或外力矩。外力或外力矩。载荷的类型：载荷的类型：名义载荷：名义载荷：计算载荷：计算载荷：在理想的平稳工作条件下作用在零件在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。上的载荷。6-2 机械零件的强度 SSlimlim ， 动载荷动载荷静载荷静载荷计算载荷计算载荷=K名义载荷名义载荷载荷系数载荷系数maxminminmaxaminmaxm22 r循环特性循环特性应力幅应力幅平均应力平均应力10 maxminamminmax r 非非周周期期性性变变应应力力脉脉动动循循环环非非对对成成性性循循环环对对称称循循环环周周期期性性变变应应力力变变应应力力静静应应力力应应力

7、力种种类类 . 1不随时间变化的应力。不随时间变化的应力。随时间变化的应力。随时间变化的应力。具有周期性的变应力具有周期性的变应力 。maxminminmaxaminmaxm22 r循环特性循环特性应力幅应力幅平均应力平均应力1maxminaminmax r 非非周周期期性性变变应应力力脉脉动动循循环环非非对对成成性性循循环环对对称称循循环环周周期期性性变变应应力力变变应应力力静静应应力力应应力力种种类类 . 1maxminminmaxaminmaxm22 r循环特性循环特性应力幅应力幅平均应力平均应力maxminminmax r 非非周周期期性性变变应应力力脉脉动动循循环环非非对对成成性性循

8、循环环对对称称循循环环周周期期性性变变应应力力变变应应力力静静应应力力应应力力种种类类 . 1maxminminmaxaminmaxm22 r循环特性循环特性应力幅应力幅平均应力平均应力02 00maxminmaxmaminmax r、 非非周周期期性性变变应应力力脉脉动动循循环环非非对对成成性性循循环环对对称称循循环环周周期期性性变变应应力力变变应应力力静静应应力力应应力力种种类类 . 1 Smin 塑性材料塑性材料S脆性材料脆性材料B 变变应应力力下下的的许许用用应应力力静静应应力力下下的的许许用用应应力力许许用用应应力力 . 2 变变应应力力下下的的安安全全系系数数脆脆性性材材料料塑塑性

9、性材材料料静静应应力力下下的的安安全全系系数数安安全全系系数数 . 35 . 25 . 15 . 12 . 1 SS或或43 S5 . 27 . 17 . 13 . 1 SS或或 非非周周期期性性变变应应力力脉脉动动循循环环非非对对成成性性循循环环对对称称循循环环周周期期性性变变应应力力变变应应力力静静应应力力应应力力种种类类 . 1变应力下的许用应力变应力下的许用应力变应力下零件的失效形式：变应力下零件的失效形式： 疲劳断裂疲劳断裂 疲劳断裂疲劳断裂 特征：特征：1、疲劳断裂的最大应力材料的屈服极限；、疲劳断裂的最大应力材料的屈服极限；2、疲劳断口均表现为无明显塑性变形；、疲劳断口均表现为无

10、明显塑性变形；3、断口上明显地有两个区域：光滑区、粗糙区；、断口上明显地有两个区域：光滑区、粗糙区；4、疲劳断裂是损伤的积累的结果。、疲劳断裂是损伤的积累的结果。 疲劳曲线疲劳曲线1、应力越小，能经受的循环次数越多。、应力越小，能经受的循环次数越多。应力循环基数应力循环基数 应力循环应力循环N次时，次时，材料的疲劳极限。材料的疲劳极限。材料的持久疲劳极限材料的持久疲劳极限的的幂幂指指数数。不不随随应应力力状状态态变变化化常常数数；的的疲疲劳劳极极限限；对对应应于于循循环环次次数数式式中中：mCNN 1 2、疲劳曲线的左半部（、疲劳曲线的左半部（NN0），），可可 用下列方程表示：用下列方程表示

11、：CNNmmN 011 对应于循环次数对应于循环次数N的弯曲疲劳极限：的弯曲疲劳极限：许用应力许用应力对称循环：对称循环： 脉动循环脉动循环 ：Sk 11 Sk 00 应力集中系数应力集中系数尺寸系数尺寸系数表面状态系数表面状态系数mNNN011 1. 6-3 机械零件的接触强度22212121nH1111EEbF 材料的弹性模量。材料的泊松比；曲率半径；载荷；作用在圆柱体上的接触长度；最大接触应力；式中：EFb nH1. 6-3 机械零件的接触强度1. 22212121nH1111EEbF 机械零件的接触强度 HlimHHHHS ，。，一一般般取取接接触触应应力力许许用用安安全全系系数数对对

12、于于钢钢，经经验验公公式式：疲疲劳劳极极限限；实实验验测测得得的的材材料料的的接接触触式式中中：1 MPa 70HBS76. 2 HHlimHlim S 1、磨损：运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象。、磨损：运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象。2、耐磨性：零件抗磨损的能力称。、耐磨性：零件抗磨损的能力称。3、计算准则：、计算准则： 在预定使用期限内，零件的磨损量不超过允许值。在预定使用期限内，零件的磨损量不超过允许值。 5、耐磨性计算、耐磨性计算 腐蚀磨损腐蚀磨损疲劳磨损（点蚀）疲劳磨损（点蚀）粘着摩损（胶合）粘着摩损（胶合）磨粒磨损磨粒磨损、分类：、分类：4 pvpvpp6-4 机械零件

13、的耐磨性2. 材料的选择：使用要求、工艺要求、经济要求材料的选择：使用要求、工艺要求、经济要求6-5 机械制造常用材料及其选择 、丝等、丝等皮革、木材、纸板、棉皮革、木材、纸板、棉非金属：橡胶、塑料、非金属：橡胶、塑料、铜合金铜合金、铸钢：铸钢：等等、合金钢：合金钢：碳素钢碳素钢根据化学成分根据化学成分）高碳钢（含碳量：高碳钢（含碳量：）中碳钢（含碳量：中碳钢（含碳量：）低碳钢（含碳量：低碳钢（含碳量：根据含碳量根据含碳量工具钢、特殊钢工具钢、特殊钢等等、普通：普通：等等、优质：优质：结构钢结构钢根据用途分根据用途分钢钢等；等；、）：）：铸铁（含碳量铸铁（含碳量金属金属常用材料常用材料ZQ42

14、SiMn500ZG27020CrMnTi20Cr18CrMnMo0.70.55% 0.50.3% 0.25% Q275 Q2354520151015QT400HT2002 1.机器在装配时，零件可不经任何修配、加工及机器在装配时，零件可不经任何修配、加工及调整，就能装成机器，并完全符合规定的使用调整，就能装成机器，并完全符合规定的使用性能要求。按照这种原则生产的零件、部件或性能要求。按照这种原则生产的零件、部件或机器。机器。1. 公差与配合公差与配合1.1 互换性互换性6-6 公差与配合、表面粗糙度和优先数系1.2 互换性的意义互换性的意义1.3 公差与配合的基本术语公差与配合的基本术语1、极

15、限尺寸、极限尺寸: 2、公差：、公差： 3、公差带：、公差带：4、配合：、配合： 允许尺寸变化的两个界限值，其中较大的允许尺寸变化的两个界限值，其中较大的为最大极限尺寸；较小的为最小极限尺寸。为最大极限尺寸；较小的为最小极限尺寸。两个允许的极限尺寸之差。两个允许的极限尺寸之差。 上下偏差的两条直线所限定的区域。上下偏差的两条直线所限定的区域。同一基本尺寸的孔与轴的配合。同一基本尺寸的孔与轴的配合。 过渡配合过渡配合过盈配合过盈配合间隙配合间隙配合配合种类配合种类 基轴制基轴制基孔制基孔制配合制度配合制度互换性的意义：互换性的意义： 在各种机器和仪器中的齿轮、滚动轴承等都具有互换性。当它们损在各

16、种机器和仪器中的齿轮、滚动轴承等都具有互换性。当它们损坏时，就能够迅速地用新的替换，缩短修理时间，节约修理费用，保证坏时，就能够迅速地用新的替换，缩短修理时间，节约修理费用，保证机器工作的连续性和持久性，提高机器的使用率。机器工作的连续性和持久性，提高机器的使用率。 我们熟悉的灯泡、自行车、缝纫机、钟表等中的零部件一但损坏，我们熟悉的灯泡、自行车、缝纫机、钟表等中的零部件一但损坏，之所以能很快更换新的，就是因为它们具有互换性。之所以能很快更换新的，就是因为它们具有互换性。 对影响范围大的重要设备及军用品的修复，零部件具有互换性的意对影响范围大的重要设备及军用品的修复，零部件具有互换性的意义就更

17、大。义就更大。 机械零件的几何形体通常是通过加工得到的。机械零件的几何形体通常是通过加工得到的。 然而任何加工方法都然而任何加工方法都不可能把零件加工得绝对准确，在尺寸、形状和相互位置这三个方总是不可能把零件加工得绝对准确，在尺寸、形状和相互位置这三个方总是存在着一定的加工误差。欲保证其几何精度，就必须将加工误差控制在存在着一定的加工误差。欲保证其几何精度，就必须将加工误差控制在一定的范围内。一定的范围内。 把零件的几何参数值规定在允许范围内的变动量把零件的几何参数值规定在允许范围内的变动量称为公差称为公差 互换性的实现，其设计与制造必须实现标准化互换性的实现，其设计与制造必须实现标准化 小结

18、：小结：1、机械零件应满足的要求是具有足够的工作能力、经济效益高和使用维、机械零件应满足的要求是具有足够的工作能力、经济效益高和使用维 护方便等。由于各种机械零件的工作情况和失效形式不同，其工作能护方便等。由于各种机械零件的工作情况和失效形式不同，其工作能 力和计算准则也不同。通常强度（特别是疲劳强度）是零件应满足的力和计算准则也不同。通常强度（特别是疲劳强度）是零件应满足的 基本要求。基本要求。2、在设计机械零件的过程中，必须注意提高经济效益。为此：、在设计机械零件的过程中，必须注意提高经济效益。为此： 1）合理地选择材料，应满足使用、工艺和经济三方面的要求；）合理地选择材料，应满足使用、工

19、艺和经济三方面的要求； 2）保证良好的工艺性以减少制造费用；）保证良好的工艺性以减少制造费用； 3）尽可能符合标准化的要求以简化设计和降低成本。）尽可能符合标准化的要求以简化设计和降低成本。3、设计机械零件对，必须使计算和结构设计相结合。要了解有关零件结、设计机械零件对，必须使计算和结构设计相结合。要了解有关零件结 构工艺性的要求，逐步熟悉结构设计的基本要求。构工艺性的要求，逐步熟悉结构设计的基本要求。 4、要了解标准化及其意义，须学会查阅和运用我国目前使用的有关标、要了解标准化及其意义，须学会查阅和运用我国目前使用的有关标 准、手册和图册等资料。准、手册和图册等资料。5、对于计算公式必须理解其根据和适用条件而不要乱套公式，并了解、对于计算公式必须理解其根据和适用条件而不要乱套公式，并了解 公式中各个参数对设计的影响及其选择原则。公式中各个参数对设计的影响及其选择原则。6、经验公式和经验数据只要求了解它们的依据和各参数之间的关系。、经验公式和经验数据只要求了解它们的依据和各参数之间的关系。