《机械设计总论》ppt课件

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1、第2章机械设计总论§2-1机械零件设计概论§2-2机械零件的强度§2-3机械零件的接触强度§2-4机械零件的耐磨性§2-5机械制造常用材料及其选择§2-6机械零件的工艺性及标准化§2-1机械零件设计概论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:机械零件曲于某种原因不能正常工作时,称为失效。工作能力----在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。

2、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。失效原因:强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等原因。强度条件:计算应力<许用应力;机械零件设计的步骤:1)拟定零件的计算简图;5)绘制工作图并标注必要的技术条件。防止失效的判定条件是:计算量<许用量----工作能力计算准则。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;刚度条件:变形量<许用变形量;载荷系数K--

3、--考虑各种附加载荷因素的影响。名义载荷-----在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。§2-2机械零件的强度计算载荷-----载荷系数与名义载荷的乘积。计算应力-----按名义载荷计算所得之应力:名义应力-----按名义载荷计算所得之应力。强度判定条件:σ、τ[σ]=、[τ]-----许用应力S-----安全系数σlim、τlim-----极限应力,由实验方法测定。一、应力的种类otσσ=常数σmax脉动循环变应力r=0σm静应力:σ=常数变应力:σ随时间变化平均应力:应力幅:Tσmaxσmin

4、σaσaσm循环变应力otσ变应力的循环特性:σmaxσminσaσa对称循环变应力r=-1otσ----脉动循环变应力----对称循环变应力-1=0+1----静应力otσσaσaσminr=+1二、静应力下的许用应力静应力下,零件材料的破坏形式:断裂或塑性变形塑性材料,取屈服极限σS作为极限应力,许用应力为:脆性材料:取强度极限σB作为极限应力,许用应力为:三、变应力下的许用应力变应力下,零件的损坏形式是疲劳断裂。疲劳断裂具有以下特征:1)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

5、极限低;2)疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂;3)疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。1、疲劳曲线NOσσ-1N0σ-1NN应力σ与应力循环次数N之间的关系曲线称为:疲劳曲线当N>N0时,试件将不会断裂。N0----循环基数N0对应的应力称为:当N

6、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:σ0为材料的脉动循环疲劳极限,S为安全系数。以上各系数均可机械设计手册中查得。有限寿命时,用σ-1N代入得:四、安全系数1)静应力下,塑性材料的零件:S=1.2~1.5铸钢件:S=1.5~2.5S↑典型机械的S可通过查表求得。无表可查时,按以下原则取:→零件尺寸大,结构笨重。S↓→可能不安全。2)静应力下,脆性材料,如高强度钢或铸铁:S=3~43)变应力下,S=1.3~1.7材料不均匀,或计算

7、不准时取:S=1.7~2.5初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹§2-3机械零件的接触强度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。这时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。b由弹性力学可知,应力为:对于钢或铸铁取泊松比:μ1=μ2=μ=0.3,则有简化公式。上述公式称为赫兹(

8、H·Hertz)公式“+”用于外接触,“-”用于内接触。ρ2ρ1FnσHσHρ1Fnbρ2σHσHσH-------最大接触应力或赫兹应力;b-------接触长度;Fn-------作用在圆柱体上的载荷;-----综合曲率半径;-----综合弹性模量;E1、E2分别为两圆柱体的弹性模量。接触疲劳强度的判定条件为:bFn§2-4机械零件的耐磨性运动副摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损。磨损会逐渐改变零件尺寸和摩擦表面形状。零件抗磨损的能力称为耐磨性。磨损

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