《机械设计基础》第二章：机械设计的基础理论.ppt

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1、第2章机械设计的基础理论§2-1机械零件的失效与设计基本要求§2-2机械零件的强度§2-3机械系统的摩擦学设计§2-4零件制造常用材料及其选择§2-5机械设计中的标准化和互换性§2-6机械设计中的工艺性基本要求了解机械零件设计的基本要求和设计步骤；掌握机械零件强度计算中载荷、应力的种类及相应的强度设计准则；了解接触强度及其设计准则；了解干摩擦、边界摩擦、混合磨擦和流体摩擦的机理和物理特征；了解润滑的作用及润滑剂的主要质量指标；了解机械制造常用材料及其选择原则；了解机械设计中标准化的意义及相关概念；了解机械零件工艺性的基本要求

2、。§2.1机械零件的失效与设计基本要求一、失效概念（Failure）设计的使用条件下设计的寿命期限内不能完成设计的功能失效零件例:齿轮轴断裂—失效二、失效形式（Failuretypes）1、整体断裂过载断裂疲劳断裂2、表面破坏磨损冷胶合热胶合点蚀塑性变形过大弹性变形3、变形过大胶合4、过大振动腐蚀▲避免在预定寿命期内失效的要求▲结构工艺性要求▲经济性要求▲质量小的要求▲可靠性要求机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求：三、设计机械零件时应满足的基本要求提高零件强度的措

3、施有：▲采用高强度的材料；▲使零件具有足够的截面尺寸；▲合理设计零件的截面形状，增大惯性矩；▲采用热处理和化学处理方法提高材料的强度性能；▲提高零件的制造精度，以减少工作时的动载荷；▲合理配置零件的相对位置，以降低零件的载荷。1)强度要求应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。1、避免在预定寿命期内失效的要求提高零件刚度的措施有：▲增大零件的截面尺寸或增大惯性矩；▲缩短支承的跨距或采用多点支承。2)刚度要求零件在工作时的弹性变形不能超过允许的范围称为零件的刚度要求。刚度：指机械零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。如果零件的刚度不

4、足，有些零件则会因为产生过大的弹性变形而失效。例如：机床主轴的弹性变性过大将会影响所加工工件的精度。y——可以是挠度、偏转角或扭转角抗腐蚀的措施有：▲表面发兰（发黑）；▲表面镀层；▲表面涂漆；▲表面阳极化。零件处在腐蚀性介质中工作时，可能使材料遭到腐蚀。大部分零件工作在变应力下，故疲劳破坏是引起零件破坏的主要原因。影响疲劳强度的因素有：▲应力集中；▲零件的尺寸大小；▲零件表面质量及环境状况：3)寿命要求影响零件寿命的主要因素有：疲劳破坏腐蚀磨损2、结构工艺性要求零件工艺性良好的标志----在具体的生产条件下，零件要便于加工而

5、加工费用又很低。工艺性的基本要求：1)毛坯选择合理毛坯选择与生产批量、材料性能和加工可能性有关。单件或小批量生产时，选用棒料、板材、型材或焊件。大批量生产时，往往选用铸造、锻造、冲压等方法。2)结构简单合理▲最好采用平面、柱面、螺旋面等简单表面及其组合；▲尽量减少加工面数和加工面积；▲尽量采用标准件；▲增加相同形状、相同元素（直径、圆角半径、配合、螺纹、键、齿轮模数等）的数量；3)合理的制造精度和表面粗糙度零件的加工成本随精度和表面粗糙度的提高而急剧增加。决不能盲目追求高精度，应在满足使用要求的前提下，尽量采用较低的精度和表

6、面质量。4)尽量减小零件的加工量▲毛坯形状和尺寸应尽量接近零件本身的形状和尺寸。力求使少或无切削加工，节约材料、降低成本。▲尽量采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、粉末冶金等先进工艺满足上述要求。欲设计出工艺性良好的零件，设计者必须虚心向工艺技术人员和一线工人学习，在实践中积累经验。3、经济性要求零件的经济性首先表现在零件的生产制造成本上。▲简化零件的结构，降低材料消耗；▲采用无余量、少余量的毛坯，减少加工工时；▲采用廉价而充足的材料代替昂贵材料；▲大型零件采用组合结构而非整体结构；▲尽量采用标准件。减小质量的措施：▲采用

7、缓冲装置来降低零件所受冲击载荷；▲采用安全装置来限制作用在零件所受最大载荷；▲从零件应力较小处削减部分材料，以改善零件受力的均匀性，提高材料的利用率；▲采用与工作载荷方向相反的预载荷，以降低零件的工作载荷；▲采用轻型薄璧冲压件或焊接件代替铸造、锻压件；▲采用强重比高的材料。4、质量小的要求减小质量的好处：节约材料；减小惯性，改善机器的动力性能。5、可靠性要求零件的实效是随机发生的，其原因是零件所受的载荷、环境温度、零件本身物理和机械性能等因素是随机变化的。为了提高零件的可靠性，就应当在工作条件和零件性能两个方面使其变化尽可能

8、小。系统、机器或零件在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠度：表示零件在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率强度准则刚度准则振动稳定性准则耐热性准则可靠性准则四、机械零件设计准则因为失效类型不同，所以机械零件的工作能力类型也不同，故机械零件的计算准则也不同五、机械零件