机械零件设计和计算概论

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,*,*,*,第6章 机械零件设计和计算概论,6-1,机械零件设计概述,6-2,机械零件的工作能力准则,6-3,许用应力和安全系数,6-4,常用材料及其选择,6-5,机械零件的工艺性和标准化,基本要求:,掌握零件常见的失效形式和设计准则,掌握许用应力、安全系数的概念及确定方法,了解零件的常用材料及性能,机械设计基础机械零件设计和计算概论,6,-1 机械零件机械零件设计概述,一、,机械零件分类,二、,机械零件设计基本要求,三、,机械零件设计过程,四、,机械零件传统设计方法,机械设计基础机械零件设计和计算概论,一、机械零件分类,机器：,机械、机构的总称,构件,运动的单元,零件,制造的单元,机械设计基础机械零件设计和计算概论,通用,零件,传动件：,齿轮、蜗杆、带、链,联接件,：螺栓、键、花键,支承件：,轴、轴承,机械零件,专用零件：水轮机叶片、活塞、曲轴,飞机螺旋桨,其它：,联轴器、弹簧、机架,二、机械零件设计基本要求,1、满足功能要求，能够准确实现预定的功能,2、工作可靠，在预定的工作期限内不能失效,3、经济性要求,机械设计基础机械零件设计和计算概论,三、机械零件设计过程,零件设计时的共性：,机械设计基础机械零件设计和计算概论,过程：,1、拟订零件的设计简图,2、确定载荷的大小及位置,3、选择材料,4、根据失效形式选用判定条件，设计出零件的主要参数,5、绘制零件工作图,工作原理、结构、,类型、应用场合,受力分析、,失效形式,设计准则、,设计计算,四、机械零件传统设计方法,理论设计(半经验设计)：,机械设计基础机械零件设计和计算概论,类比设计：,与已有的同类产品进行比较来设计新产品。这种方法在工程实际中用得较多，特点是节省时间，较可靠,经验设计：,根据实践中归纳出的经验公式和经验数据进行设计，缺乏创新,模型实验设计：,用于大型、复杂零件的设计,强度条件(或刚度),设计计算,尺寸,校核计算,强度条件(或刚度),五、机械零件现代设计方法,优化设计：,机械设计基础机械零件设计和计算概论,模拟设计：,有限元,优化与仿真结合,CAD/CAM,6-2 机械零件的工作能力准则,一、,机械零件常见失效形式,二、,工作能力准则,三、,强度准则,四、,刚度准则,五、,耐磨性准则,六、,振动稳定性准则,七、,耐热性准则,机械设计基础机械零件设计和计算概论,一、机械零件常见失效形式,失效：,丧失工作能力或达不到设计要求的性能，不仅仅指破坏,常见主要失效形式有：,断裂：如轴、齿轮轮齿发生断裂,表面点蚀：工作表面片状剥落,塑性变形：零件发生永久性变形,过大弹性变形,表面破坏,过大振动和噪声、过热等,机械设计基础机械零件设计和计算概论,例如轴可能的失效形式：,断裂、塑性变形、过大弹性变形、共振,强度问题,刚度问题,耐磨性问题,F,n,二、工作能力准则,工作能力：,不失效条件下零件的安全工作限度,这个限度通常是以零件承受载荷的大小来表示，所以又常称为“承载能力”,如：,吊钩最大起重量50 kN,工作能力或承载能力50 kN,机械设计基础机械零件设计和计算概论,工作能力准则：,衡量零件工作能力的指标,对零件设计，针对其主要失效形式选择适合的工作能力准则进行设计,具体有：,强度准则、刚度准则、耐磨性准则、振动稳定性准则、耐热性准则,50 kN,三,、,、,强,强,度,度,准,准,则,则,机,械,械,零,零,件,件,工,工,作,作,能,能,力,力,的,的,最,最,基,基,本,本,准,准,则,则,强,度,度,：,：材,料,料,抵,抵,抗,抗,断,断,裂,裂,或,或,残,残,余,余,变,变,形,形,的,的,能,能,力,力,强,度,度,准,准,则,则,：,：工,作,作,应,应,力,力,许,许,用,用,应,应,力,力,或,或,机,械,械,设,设,计,计,基,基,础,础,机,机,械,械,零,零,件,件,设,设,计,计,和,和,计,计,算,算,概,概,论,论,针,对,对,失,失,效,效,形,形,式,式,：,：断,裂,裂,、,、,疲,疲,劳,劳,破,破,坏,坏,、,、,残,残,余,余,变,变,形,形,典,型,型,零,零,部,部,件,件,：,：轴,、,、,齿,齿,轮,轮,、,、,带,带,轮,轮,等,等,正,应,应,力,力,：,：,剪,应,应,力,力,：,：,极限应力,四,、,、,刚,刚,度,度,准,准,则,则,刚,度,度,：,：材,料,料,抵,抵,抗,抗,弹,弹,性,性,变,变,形,形,的,的,能,能,力,力,刚,度,度,准,准,则,则,：,：,实,际,际,变,变,形,形,量,量,许,许,用,用,变,变,形,形,量,量,弯,曲,曲,刚,刚,度,度,：,：,挠,挠,度,度,条,条,件,件,：,：y,y,倾,角,角,条,条,件,件,：,：,扭,曲,曲,刚,刚,度,度,：,：,扭,扭,角,角,条,条,件,件,：,：,j,j,机,械,械,设,设,计,计,基,基,础,础,机,机,械,械,零,零,件,件,设,设,计,计,和,和,计,计,算,算,概,概,论,论,针,对,对,失,失,效,效,形,形,式,式,：,：过,大,大,的,的,弹,弹,性,性,变,变,形,形,典,型,型,零,零,部,部,件,件,：,：轴,、,、,蜗,蜗,杆,杆,等,等,五,、,、,耐,耐,磨,磨,性,性,准,准,则,则,耐,磨,磨,性,性,：,：零,件,件,抗,抗,磨,磨,损,损,的,的,能,能,力,力,磨,损,损,是,是,相,相,当,当,复,复,杂,杂,的,的,物,物,理,理,化,化,学,学,过,过,程,程,影,响,响,磨,磨,损,损,的,的,因,因,素,素,包,包,括,括,载,载,荷,荷,的,的,大,大,小,小,和,和,性,性,质,质,、,、,滑,滑,动,动,速,速,度,度,、,、,润,润,滑,滑,剂,剂,的,的,化,化,学,学,性,性,质,质,和,和,物,物,理,理,性,性,质,质,等,等,具,体,体,有,有,：,：磨,粒,粒,磨,磨,损,损,、,、,粘,粘,着,着,磨,磨,损,损,、,、,疲,疲,劳,劳,磨,磨,损,损,、,、,腐,腐,蚀,蚀,磨,磨,损,损,、,、,冲,冲,蚀,蚀,磨,磨,损,损,、,、,微,微,动,动,磨,磨,损,损,耐,磨,磨,性,性,准,准,则,则,：,：,P,机,械,械,设,设,计,计,基,基,础,础,机,机,械,械,零,零,件,件,设,设,计,计,和,和,计,计,算,算,概,概,论,论,针,对,对,失,失,效,效,形,形,式,式,：,：零,件,件,表,表,面,面,破,破,坏,坏,典,型,型,零,零,部,部,件,件,：,：齿,轮,轮,、,、,轴,轴,承,承,、,、,链,链,等,等,六,、,、,振,振,动,动,稳,稳,定,定,性,性,准,准,则,则,共,振,振,：,：当,机,机,器,器,的,的,自,自,振,振,频,频,率,率,与,与,周,周,期,期,性,性,干,干,扰,扰,力,力,变,变,化,化,频,频,率,率,相,相,同,同,或,或,整,整,数,数,倍,倍,时,时,，,，,就,就,会,会,发,发,生,生,共,共,振,振,，,，,此,此,时,时,振,振,幅,幅,急,急,剧,剧,增,增,大,大,，,，,导,导,致,致,零,零,件,件,破,破,坏,坏,或,或,机,机,器,器,工,工,作,作,条,条,件,件,失,失,常,常,等,等,振,动,动,稳,稳,定,定,性,性,：,：机,器,器,工,工,作,作,时,时,振,振,幅,幅,不,不,能,能,超,超,过,过,许,许,可,可,值,值,振,动,动,稳,稳,定,定,性,性,准,准,则,则,：,：,0.85f,f,p,或1.15f,f,p,机,械,械,设,设,计,计,基,基,础,础,机,机,械,械,零,零,件,件,设,设,计,计,和,和,计,计,算,算,概,概,论,论,针,对,对,失,失,效,效,形,形,式,式,：,：共,振,振,产,产,生,生,的,的,工,工,作,作,失,失,常,常,典,型,型,零,零,部,部,件,件,：,：轴,等,等,七,、,、,耐,耐,热,热,性,性,准,准,则,则,高,温,温,引,引,起,起,承,承,载,载,能,能,力,力,降,降,低,低,、,、,蠕,蠕,变,变,，,，,也,也,会,会,造,造,成,成,热,热,变,变,形,形,、,、,附,附,加,加,热,热,应,应,力,力,，,，,破,破,坏,坏,正,正,常,常,的,的,润,润,滑,滑,条,条,件,件,，,，,改,改,变,变,零,零,件,件,间,间,的,的,间,间,隙,隙,，,，,降,降,低,低,精,精,度,度,等,等,耐,热,热,性,性,准,准,则,则,：,：工,作,作,温,温,度,度,低,低,于,于,许,许,用,用,值,值,机,械,械,设,设,计,计,基,基,础,础,机,机,械,械,零,零,件,件,设,设,计,计,和,和,计,计,算,算,概,概,论,论,针,对,对,失,失,效,效,形,形,式,式,：,：高,温,温,引,引,起,起,的,的,润,润,滑,滑,不,不,良,良,、,、,蠕,蠕,变,变,典,型,型,零,零,部,部,件,件,：,：蜗,杆,杆,、,、,齿,齿,轮,轮,、,、,滑,滑,动,动,轴,轴,承,承,等,等,6-3,许,许,用,用,应,应,力,力,和,和,安,安,全,全,系,系,数,数,一,、,、载,荷,荷,二,、,、应,力,力,三,、,、极,限,限,应,应,力,力,四,、,、许,用,用,应,应,力,力,和,和,安,安,全,全,系,系,数,数,机,械,械,设,设,计,计,基,基,础,础,机,机,械,械,零,零,件,件,设,设,计,计,和,和,计,计,算,算,概,概,论,论,一,、,、,载,载,荷,荷,载,荷,荷,：,：作,用,用,于,于,零,零,件,件,上,上,的,的,力,力,或,或,力,力,矩,矩,工,作,作,载,载,荷,荷,：,：机,器,器,正,正,常,常,工,工,作,作,时,时,所,所,受,受,的,的,实,实,际,际,载,载,荷,荷,名,义,义,载,载,荷,荷,：,：理,想,想,工,工,作,作,条,条,件,件,下,下,的,的,载,载,荷,荷,计,算,算,载,载,荷,荷,：,：作,用,用,于,于,零,零,件,件,的,的,实,实,际,际,载,载,荷,荷,，,，,考,考,虑,虑,各,各,种,种,附,附,加,加,载,载,荷,荷,计,算,算,载,载,荷,荷=,K,名,名,义,义,载,载,荷,荷,机,械,械,设,设,计,计,基,基,础,础,机,机,械,械,零,零,件,件,设,设,计,计,和,和,计,计,算,算,概,概,论,论,载荷系数,二、应,力,力,静应力,：,：不随时,间,间改变,或,或变化,缓,缓慢的,应,应力,变应力,：,：随时间,作,作周期,性,性或非,周,周期性,变,变化的,应,应力,变应力,：,：稳定变,应,应力（随时间,作,作周期,性,性）、不,稳,稳定变,应,应力（非周期,性,性循环,变,变应力）,机械设,计,计基础,机,械,械零件,设,设计和,计,计算概,论,论,稳定变,应,应力：对称循,环,环变应,力,力、脉,动,动循环,变,变应力,、,、非对,称,称循环,变,变应力,t,s,t,s,s,min,s,max,s,m,应力参,数,数,以正应,力,力,s,为例,最大应,力,力:,s,max,=,s,m,+,s,a,最小应,力,力:,s,min,应力幅:,s,a,机械设,计,计基础,机,械,械零件,设,设计和,计,计算概,论,论,平均应,力,力:,s,m,循环特,征,征:r,t,s,s,min,s,max,s,m,静应力,应力表,达,达：,s,+1,（,t,+1,）,最大应,力,力:,s,max,最小应,力,力:,s,min,应力幅:,s,a,平均应,力,力:,s,m,循环特,征,征:r,机械设,计,计基础,机,械,械零件,设,设计和,计,计算概,论,论,t,s,s,m,脉动循,环,环变应,力,力,应力表,达,达：,s,0,（,t,0,）,最大应,力,力:,s,max,最小