机械设计基础课件设计概论

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1、机械设计基础主讲：吕亚清机械工程学院机械基础研究室第9章机械零件设计概论机械设计的基本要求和一般过程补充：构件受力变形及应力分析9－1机械零件设计概述9－2机械零件的工作能力准则9－3许用应力和安全系数9－4材料及其选择9－5机械零件的工艺性和标准化机械设计的基本要求和一般过程机械设计指规划和设计实现预期功能的新机械或改进原有机械的性能。设计机器应满足的基本要求良好的使用性能：实现预期功能，满足使用要求。操作容易，保养简单，维修方便。安全：凡关系到时人身安全或重大设备事故的零部件都必须进行认真、严格的设计计算

2、或校核计算，不能凭经验或以“类比”代替。可靠、耐用：在预定的使用期限内不发生或极少发生故障。经济：设计中应尽可能多使用标准件和成套组件。符合环保要求机械设计的基本要求和一般过程二、机械设计的主要内容及一般过程主要内容包括：确定机械的工作原理，选择合宜的机构；拟定设计方案；进行运动分析和动力分析，计算作用在各构件上的载荷；进行零部件工作能力计算、总体设计和结构设计。第一至九章着重介绍选择机构和拟定设计方案的有关知识；第十至二十章着重论述应力分析、零部件工作能力计算和结构设计的有关内容。计划阶段总体方案设计阶段总

3、体设计阶段结构设计阶段技术文件编制阶段三、设计的一般过程补充：构件受力变形及应力分析强度、刚度、稳定性的概念力：物体之间的相互机械作用，是使物体获得加速度(运动效应)和发生形变(变形效应)的外因。物体力学模型：1.刚体2.变形固体变形：1.弹性变形－－外力去除而消失的变形2.塑性变形－－外力去除后无法恢复的变形一.　强度、刚度、稳定性的概念构件正常工作应满足的基本要求：1.足够的强度（抵抗破坏或永久变形的能力）2.足够的刚度（抵抗弹性变形的能力）3.足够的稳定性（保持原有平衡形式的能力）承载能力：构件在外载荷

4、作用下能够满足强度、刚度、稳定性的能力任务：根据构件受到的载荷及其工作要求，为构件选择材料、确定截面的形状及尺寸，使其具有相应的承载能力1拉伸或压缩（杆）外力作用线与杆的轴线重合3剪切外力大小相等方向相反，作用线相距很近。2弯曲(梁)外力垂直于杆件轴线拉伸弯曲二.　杆件变形的基本形式4扭转(轴)外力为力偶,作用面垂直杆件轴线。四种基本变形形式三.　内力与应力、变形与应变1.内力的概念：变形固体没有受力之前,内部各点之间存在相互作用力以保持固体一定的形状；变形固体受力后，其内各点之间的相对位置发生变化，产生变形

5、，各点之间产生相互作用力，称为“附加内力”，简称“内力”。这种内力将随外力增大而增大。当内力增大到一定限度时杆件就会发生破坏。2.截面法求内力三.　内力与应力、变形与应变3.应力：承受同样大小的力，细杆比粗杆易断，可见控制强度的是应力，即内力分布的集度或单位截面上的内力，单位：正应力σ－垂直于截面切应力τ－切于截面4.变形与应变：构件在外力作用下，其尺寸和几何形状的改变，统称为变形。一般地说，构件内的变形是不均匀的，因此，为了度量构件的变形程度，还需计算单位长度内的变形量（伸长或缩短）三.　内力与应力、变形与

6、应变4.变形与应变：线应变ε－单位长度内的变形量角应变γ－夹角的改变量FF1.轴向拉伸和压缩的概念受力特点：外力作用线与杆的轴线重合主要变形：伸长或缩短→拉（压）杆2.拉伸和压缩时的内力、截面法和轴力FFFN截面法和轴力拉为正压为负内力：外力作用下杆件内相互作用力的改变量外力↑→内力↑，内力过极限→破坏N=FN是右段对左段的内力→轴力四.讨论一种基本变形－－轴向拉伸和压缩应力（τ）：单位面积上的内力。度量截面分布内力的集度拉、压应力的计算=N/AN——截面上的内力；A——截面的面积。例：F=100N,杆

7、件截面为圆形，半径为10mm和15mm，计算两截面上的应力FF1221解：1）N1=N2=F2）1=N1/0.012=F/0.012=1000000Pa=1MPa2=N2/0.0152=F/0.0152=0.44MPa单位：(帕Pa:N/m2)兆帕MPa：106N/m2（多用）3.应力的概念、拉压应力解三种问题:⑴强度校核　⑵设计截面尺寸　⑶确定载荷解：由平衡条件得内力N=F，=N/A=38000／218.9=173.6MPa<[]强度足够例（强度校核）已知[]=200MPa，F=38kN最小

8、截面面积为218.9mm2,4.拉压强度条件σ=N/A≤[]5.材料在拉伸和压缩时的力学性质0F-△L曲线F△L-曲线=F/A（应变）=△L/L弹性阶段OA(变形可恢复)屈服阶段BC强化阶段CD局部变形阶段DEDE脆性材料无明显的屈服和颈缩现象无屈服极限低碳钢受拉Q235钢受拉比例(弹性)极限P屈服极限S强度极限BDEPSB许用应力[]=lim/安全系数极限应力lim