机械零件设计基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械原理与机械设计,联系电话：,E-mail,：,1,章,节 学 时（,26+4,）,第十三章 机械零件设计基础,3,第十四章 螺纹连接,6,第十五章 轴毂连接,3,第十六章 螺旋传动,1,第十七章 带传动和链传动,6,第十八章 齿轮传动,7,机器的功能与系统方案分析实验,2,机械传动性能测试实验,2,第十九章 蜗杆传动,第二十章 轴的设计计算,第二十一章 滚动轴承,第二十二章 滑动轴承,第二十三章 联轴器、离合器等,第二十四章 弹簧,第二十六章 轴系及轮类零件的设计,滑动轴承实验；轴系结构设计实验,主要内容,2,参 考 书,1、机械原理与机械设计,第,1,版 张策主编，,2004,2、,机械设计,（机械零件）类教材,答疑时间,课前、课后、实习中心模型室（根据需要安排）,交作业时间,每周五,考试成绩分配,平时,10,；实验,10,；期末,80,考试时间,第,15,周周五,注意事项,3,本课程所涉及的先修课程,工程材料：非金属材料、金属材料及热处理,工程制图：设计的图形表达,机械制造基础：冷加工工艺，热加工工艺,互换性与技术测量：解决精度设计问题,理论力学：解决力分析与动力计算,材料力学：解决强度分析问题,机械原理：解决机械的方案设计,4,13-1,机械零件的计算准则,13-2,摩擦学设计基础,13-3,机械零件材料选用原则,13-4,机械零部件的标准化,第十三章 机械零件设计基础,5,13-1,机械零件的计算准则,一、机械零件的失效及其类型,失效,机械零件丧失了规定的功能或达不到 设计要求的标准。,工作能力,在不发生失效的条件下，零件所能,安全工作的标准。,计算准则,针对各种不同的失效形式得到的判,定零件工作能力的条件。,6,二、机械零件的计算准则,强度准则,刚度准则,振动稳定性准则,可靠性准则,确保零件不发生断裂破坏或过大的,塑性变形，是最基本的设计准则，,分为静强度和疲劳强度,确保零件不发生过大的弹性变形,高速运转机械的设计应注重,此项准则,当计及随机因素影响时，仍应确,保上述各项准则,7,三、强度准则,载荷在零件内引起的应力不应超过允许的限度，该限度,称为许用应力。,8,（一）静强度,1,、塑性材料零件的静强度,1,）简单应力条件下,2,）复合应力条件下,极限应力为屈服点 、,9,2,、脆性材料零件的静强度,1,）简单应力条件下,2,）复合应力条件下,极限应力为强度极限 、,3,、挤压强度,10,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,一、应力的种类,t,=,常数,脉动循环变应力,r,=0,静应力,:,=,常数,变应力,:,随时间变化,平均应力,:,应力幅,:,循环变应力,变应力的循环特性,:,对称循环变应力,r,=,-,1,脉动循环变应力,对称循环变应力,-1,= 0,+1,静应力,max,m,T,max,min,a,a,m,t,max,min,a,a,t,t,a,a,min,r,=+1,静应力是变应力的特例,（二）疲劳强度,11,潘存云教授研制,变应力下，零件的损坏形式是,疲劳断裂,。,疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限,低，甚至比屈服极限低,疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂,疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果,不管脆性材料或塑性材料，,零件表层产生微小裂纹,疲劳断裂过程：,随着循环次数增加，微裂,纹逐渐扩展,当,剩余材料不足以承受载,荷时，突然脆性断裂,疲劳断裂是与应力循环次数,(,即使用寿命,),有关的断裂。,疲劳断裂具有以下特征：,断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙,表面光滑,表面粗糙,12,潘存云教授研制,潘存云教授研制,max,N,二、,s,N,疲劳曲线,用参数,max,表征材料的疲劳极限，通过实验，可得出如图所示的疲劳曲线。称为：,s,N,疲劳曲线,10,4,C,在原点处,，对应的应力循环次数,为,N,=1/4,，,意味着在加载到最大值时材料被拉断。显然该值为强度极限,B,。,B,10,3,t,B,A,N,=1/4,在,AB,段，应力循环次数,10,3,max,变化很小，可以近似看作为静应力强度。,BC,段，,N,=,10,3,10,4,，随着,N,max,疲劳现象明显。,因,N,较小，特称为,低周疲劳,。,13,潘存云教授研制,由于,N,D,很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数,N,0,(,称为循环基数,),，,N,0,与材质有关。,r,称为循环特性,r,下的疲劳极限。,max,N,r,N,0,10,7,C,D,rN,N,B,A,N=1/4,D,点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区。式中,m,称为寿命指数，其值与受载方式和材质有关。,实践证明，机械零件的疲劳大多发生在,CD,段。,该段可用下式方程描述,10,4,C,B,10,3,14,疲劳极限曲线,寿命因子,15,a,m,潘存云教授研制,a,m,S,-1,潘存云教授研制,a,m,S,-1,材料的疲劳极限曲线也可用特定的应力循环次数,N,下，极限应力幅与平均应力之间的关系曲线来表示，特称为,等寿命曲线,。,简化曲线之一,简化曲线之二,三、等寿命疲劳曲线,实际应用时常有两种简化方法。,S,-1,45,16,a,m,S,45,-1,O,潘存云教授研制,简化等寿命曲线（极限应力线图）：,已知,A,(0,，,-1,),D,(,0,/2,，,0,/2,),两点坐标，求得,A,直线的方程为,A,直线上任意点代表了一定循环特性时的疲劳极限。,对称循环,m,=0,A,脉动循环,m,=,a,=,0,/2,说明,C,直 线上任意点的最大应力达到了屈服极限应力。,0,/2,0,/2,45,D,m,a,C,直线上任意点,N,的坐标为,（,m,，,a,）,由,三角形中两条直角边相等可求得,C,直线的方程为,a,G,C,N,17,潘存云教授研制,a,m,S,45,-1,G,C,0,/2,0,/2,45,D,C,G,A,O,而正好落在,A,G,C,折线上时，表示应力状况达到疲劳破坏的极限值。,对于碳钢，,y,0.10.2,，对于合金钢，,y,0.20.3,。,公式 中的参数,y,为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由下式决定,当应力点落在,OA,G,C,以外时，一定会发生疲劳破坏。,当循环应力参数（,m,，,a,）落在,OA,G,C,以内时，表示不会发生疲劳破坏。,18,（,1,）受单向恒幅循环应力时零件的疲劳强度,疲劳强度设计中的极限应力与零件工作应力可能的增长方式有关,1,）,2,）,3,）,4,）许用安全系数,19,（,2,）受复合恒幅循环应力时零件的疲劳强度,（,3,）受变幅循环应力时零件的疲劳强度,20,三、刚度准则,机器零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。,四、稳定性准则,零件在其平衡位置附近作往复运动称为机械振动。,或,五、耐热性准则,六、可靠性准则,串联,并联,21,13-2,摩擦学设计基础,一、摩擦学设计的目标和主要内容,二、摩擦学失效,三、摩擦学设计基础,（一）摩擦状态（润滑状态）,v,v,v,干,摩,擦,边,界,摩,擦,流,体,摩,擦,v,混,合,摩,擦,（二）摩擦力,22,1,、固体滑动摩擦的摩擦力及其性质,（最大）静摩擦力,动摩擦力,2,、固体滑动摩擦摩擦力的计算,3,、液体摩擦的摩擦力,4,、滚动摩擦的摩擦力,局部静摩擦力,23,磨粒磨损,（三）磨损及其控制,1,、磨合,2,、磨损类型,疲劳磨损,粘附磨损,腐蚀磨损,按磨损机理分,24,粘附磨损,磨粒磨损,疲劳磨损,腐蚀磨损,按磨损机理分,（四）润滑与润滑设计,1,、无润滑,2,、固体润滑,3,、流体润滑,（五）润滑剂及其特性,1,、润滑剂的基本类型,25,分类,液体,润滑剂,半固体,润滑剂,固体,润滑剂,气体,润滑剂,空气,润滑油,润滑脂,石墨,2,、润滑剂的使用性能,3,、润滑油,1）粘度,是选择润滑油的主要依据,2）粘度指数,3）闪点与燃点,4）酸值,5）倾点,26,4,、润滑脂,1）稠度,2）机械安定性,3）胶体安定性,4）滴点,5）抗水性,6,）极压性,（六）润滑方法和润滑装置,27,针阀式油杯,旋盖式油杯,压注式油杯,芯捻油杯,油杯,油环,28,13-3,机械零件材料选用原则,13-4,机械零部件的标准化,29,