机械设计概论课件

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1、机械零件设计概论机械零件的接触强度机械设计概论机械制造常用材料及选择机械零件的强度机械零件的工艺性及标准化第二章机械设计概论常用机械设计方法2.1概述机械设计应满足的要求在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修简单和造型美观等。机械零件的失效机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效工作能力不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上又称为：承载能力零件的失效形式断裂或塑性变形过大的弹性变形工作表面的过度磨损或损伤发生强烈的振动；联接的松弛摩擦传动的打滑等强度、刚度、耐磨性、振动稳

2、定性、温度等原因失效原因强度条件：计算应力<许用应力；刚度条件：变形量<许用变形量；防止失效的判定条件计算量<许用量工作能力计算准则机械零件设计的步骤1)拟定零件的计算简图2)确定作用在零件上的载荷3)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，确定零件的形状5)绘制工作图并标注必要的技术条件2.2机械零件的强度基本概念名义载荷在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷名义应力按名义载荷计算所得之应力载荷系数K考虑各种附加载荷因素的影响计算载荷载荷系数与名义载荷的乘积计算应力按计算载荷计算所得之应力2.2.1载荷和应力的分类otσσ=常数静应力

3、:σ=常数变应力:σ随时间变化平均应力:应力幅:σmax变应力的循环特性:脉动循环变应力对称循环变应力-10+1静应力一、应力的种类σmax脉动循环变应力r=0σmTσmaxσminσaσaσm循环变应力otσσmaxσminσaσa对称循环变应力r=-1otσotσσaσaσminr=+12.2.3静应力下的许用应力静应力下，零件材料的破坏形式：断裂或塑性变形2.2.2强度判定条件当N

4、面突变、绝对尺寸和表面状态等影晌，为此引人应力集中系数kσ、尺寸系数εσ和表面状态系数β等。当应力是对称循环变化时，许用应力为：当应力是脉动循环变化时，许用应力为：2.2.5提高机械零件强度的措施1）降低应力集中2）选用疲劳强度高的材料3）提高零件的表面质量4）尽可能减小或消除初始裂纹初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，由于变形其接触处为一小面积，通常此面积甚小而表层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力，零件强度称为接触强度。如齿轮、凸轮、滚动轴承等裂纹的扩展与断裂油失效形式常表现为：疲劳点蚀金属剥落出现小坑后果：减少了接触面

5、积、损坏了零件的光滑表面、降低了承载能力、引起振动和噪音。2.3机械零件的表面接触强度接触疲劳强度的判定条件为：2.4机械零件的常用材料一、金属材料1、铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。2、钢：结构钢、工具钢、特殊钢(不锈钢、耐热钢、耐酸钢等)、碳素结构钢、合金结构钢、铸钢等。铸铁常用金属材料钢铜合金——含碳量>2%——含碳量≤2%铁碳合金特点：良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。较好的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、成本低廉应用：应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之选用原则：优选碳素钢，其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。特点：与铸铁相比，钢

6、具有高的强度、韧性和塑性。可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。零件毛坯获取方法：锻造、冲压、焊接、铸造等。应用：应用范围极其广泛。3、铜合金——铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍种类青铜黄铜轴承合金（巴氏合金）——含锡青铜、不含锡青铜特点：具有良好的塑性和液态流动性。青铜合金还具有良好的减摩性和抗腐蚀性。零件毛坯获取方法：辗压、铸造应用：应用范围广泛二、非金属材料橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。常用作联轴器或减震器的弹性元件、带传动的胶带等。硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬。1、橡胶塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件，而且各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀

7、性、绝热性、绝缘性、减摩性、摩擦系数大等，所以近年来在机械制造中其应用日益广泛。2、塑料3、其它非金属材料：皮革、木材、纸板、棉、丝等。选材因素：用途、工作条件、物理、化学、机械工艺性能、经济性零件材料各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、行标和机械设计手册中查得。为了材料供应和生产管理上的方便，应尽量缩减材料的品种2.5机械零件的工艺性一、工艺性零件设计要求使用要求——具备所要求的工作能力；制造要求——制造工艺可行，成本低；零件工艺性良好的标志：在具体的生产条件下，零件要便于加工且费用低。工艺性的基本要求：1)毛坯选择合理制备方法单件或小批量生产时，选用棒料

8、、板材、型