机械设计中基础知识

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1、§1-2机械零件的工作能力及计算准则§1-3机械制造常用材料及其选择§1-1机械零件常见失效形式§1机械设计的基础知识基本要求重点及难点理解机械设计的基本要求、机械零件的工作能力、计算准则、材料选择的一般要求。机械零件的设计准则。机械零件的失效：机械设计应满足的要求:工作可靠、成本低廉。强度—是零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面失效（磨损、腐蚀除外）的能力。刚度—是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。机械零件由于某些原因而丧失工作能力或达不到设计要求性能时，称为失效。§1-1机械零件常见失效形式

2、机械零件的主要失效形式—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—过度磨损—破坏正常工作条件。如过大振动和噪声、过热等强度问题刚度问题耐磨性问题机械零件的主要失效形式—整体断裂—表面破坏—过大的残余变形—过大弹性变形—破坏正常工作条件。如过大振动和噪声、过热等强度问题刚度问题耐磨性问题点蚀腐蚀磨损（一）断裂断裂是指零件在载荷（拉、压、弯、剪、扭等）作用下，其危险截面的应力超过零件的强度极限而导致的断裂，或在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。

3、轴承内圈断裂齿轮轮齿断裂断裂皮带轮疲劳断裂整体断裂（二）塑性变形潘存云教授研制轴承外圈塑性变形当零件的应力超过材料的屈服极限时，零件将发生塑性变形。齿轮齿面塑形变形（三）零件的表面破坏零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和疲劳点蚀。腐蚀是发生在金属表面的一种电化学或化学侵蚀现象。腐蚀的结果是使金属表面产生锈蚀，从而零件表面遭到破坏。对于承受变应力的零件，还要引起腐蚀疲劳。磨损是两个接触表面在作相对运动的过程中表面物质丧失或转移的现象。接触疲劳点蚀是受到接触变应力长期作用的表面产生裂纹或微粒剥落的现象。处于潮湿

4、空气中或与水、汽及其它腐蚀性介质相接触的金属零件均有可能发生腐蚀现象；所有作相对运动的零件接触表面都有可能发生磨损；而在接触变应力条件下工作的零件表面将有可能发生接触疲劳。轴瓦磨损轴承滚道点蚀（四）弹性变形轴的弹性变形当零件的弹性变形量过大时也会使机器的工作不正常。（五）破坏正常工作条件有些零件只有在一定的工作条件下才能正常地工作。高速转子共振，带传动打滑，齿轮胶合。失效原因:统计结果显示：-主要失效原因强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等原因。断裂仅占4.79%;腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%。

5、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。这个限度通常是以零件承受载荷的大小来表示，所以习惯上又称为：承载能力。50kN吊钩最大起重量——50kN工作能力或承载能力——50kN§1-2机械零件的工作能力及计算准则防止失效的判定条件是：工作能力计算准则计算准则——以防止产生各种可能失效为目的而拟定的零件工作能力计算依据的基本原则。主要有：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则。机械零件设计的计算准则计算量<许用量1)强度准则零件在载荷作用下抵抗破坏的能力,确保零件不发生断裂破

6、坏、塑性变形、点蚀失效。工作应力≤许用应力σlim即为材料的极限应力，对于脆性材料：取σlim＝σB（强度极限），对于塑性材料：取σlim＝σS（屈服极限）。考虑到各种偶然性或难以精确分析的影响，上式右边要除以设计危险安全系数(简称安全系数)，即：σ≤σlim/S即σ≤[σ]式中：安全系数S为大于1的数，S过大，虽安全但浪费材料；S过小，虽节省材料但趋，故S的选取应适当。[2)刚度准则在机器工作时，有时机器并没有破坏，但是由于零件的变形而导致机器的失效或不能正常的工作，这就是刚度失效。机床主轴等弹性变形

7、过大将影响加工精度。刚度指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力，确保零件所产生的弹性变形不超过规定的限度。变形量<许用变形量式中：—分别是零件的挠度、偏转角和扭转角；、、—分别是许用的挠度、偏转角和扭转角。、、3)振动性和噪声要求当机械或零件的固有振动频率fp等于或接近受激振源作用所引起的强迫振动频率f时，将产生共振。这不但影响机器的正常工作，甚至会造成破坏性事故。因此，对于高速机械应该进行振动分析和计算，采取降低振动和噪声的措施。随着机械向高速发展和人们对环境舒适性要求的提高，对机械振动和噪声的要求也越

8、来越高。4）耐磨性准则限制运动副的压强p限制运动副单位时间单位接触面积的发热量pvp—工作表面上的压强，MPa；[p]—材料的许用压强，MPa；v—工作表面线速度，m/s；[pv]—pv的许用值，MPa·m/s。5）可靠性准则★可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。★可靠性是衡量产品质量的一个重要指标机械产品常用的可靠性指标主要有:失效概率F失效率λ。可靠度R或如有一大批（N0件）某种零件，在一定的工作条件下进行试验