第2章 机械设计总论.ppt

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1、§1.机械产品设计过程产品规划结构方案设计原理方案设计总体设计施工设计试制、批量生产、销售可行性报告设计任务书原理方案图结构设计草图总装配图部装图、零件图技术文档机械设计基础内容第二章机械设计总论1机械零件常见失效形式失效：丧失预定功能或预定功能指标降低到许用值以下。失效的主要形式是破坏，但不仅仅指破坏。常见主要失效形式有：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表面破坏过大振动和噪声、过热等例如轴可能的失效形式：断裂、塑性变形、过大弹性变形、共振强度问题刚度问题耐磨性

2、问题Fn§2机械零件的主要失效形式及设计准则设计零件时应满足的基本要求工作可靠、成本低2工作能力准则工作能力：不失效条件下零件的安全工作限度这个限度通常是以零件承受载荷的大小来表示，所以又常称为“承载能力”如：吊钩最大起重量——50kN工作能力或承载能力——50kN工作能力准则：衡量零件工作能力的指标对零件设计，针对其主要失效形式选择适合的工作能力准则进行设计具体有：强度准则、刚度准则、耐磨性准则、振动稳定性准则、耐热性准则50kN3强度准则机械零件工作能力的最基本准则强度：材料抵抗断裂或残余变形的能力强度准则：工作应力≤

3、许用应力σ≤[σ]或τ≤[τ]针对失效形式：断裂、疲劳破坏、残余变形典型零部件：轴、齿轮、带轮等正应力：剪应力：极限应力表面磨损:p≤[p](比压、压强)→耐磨性表面压溃:p≤[p](挤压应力)→挤压强度接触疲劳:H≤[H](接触应力)→接触强度(点蚀)（齿轮为例）表面强度:→疲劳破坏整体断裂(脆性材料)过大的残余变形（塑性材料）→整体破坏静强度→疲劳断裂(塑、脆性材料)→疲劳强度整体强度:变应力静应力齿轮、滚动轴承等4刚度准则刚度：材料抵抗弹性变形的能力刚度准则：实际变形量≤许用变形量弯曲刚度：挠度条件：y≤[y]倾角条

4、件：θ≤[θ]扭曲刚度：扭角条件：j≤[j]针对失效形式：过大的弹性变形典型零部件：轴、蜗杆等5耐磨性准则耐磨性：零件抗磨损的能力磨损是相当复杂的物理化学过程影响磨损的因素包括载荷的大小和性质、滑动速度、润滑剂的化学性质和物理性质等具体有：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损、微动磨损耐磨性准则：P针对失效形式：零件表面破坏典型零部件：齿轮、轴承、链等6耐热性准则高温引起承载能力降低、蠕变，也会造成热变形、附加热应力，破坏正常的润滑条件，改变零件间的间隙，降低精度等耐热性准则：工作温度低于

5、许用值针对失效形式：高温引起的润滑不良、蠕变典型零部件：蜗杆、齿轮、滑动轴承等7其他计算准则共振：当机器的自振固有频率f与周期性激振频率相同或整数倍时，就会发生共振，此时振幅急剧增大，导致零件破坏或机器工作条件失常等振动稳定性：机器工作时振幅不能超过许可值振动稳定性准则：0.85f>fp或1.15f

6、现代）经验设计模型实验设计关键:①σ的计算②σlim的取值①设计计算②校核计算强度条件：其中步骤：选类型载荷计算确定计算准则选材确定基本尺寸结构设计校核画零件工作图等。钢和铸铁，其次是有色金属和非金属§4机械零件的材料及其选择1金属材料（1）铸铁:含Ｃ＞2％的铁碳合金称为铸铁→良好的液态流动性（易成型）、吸振、耐磨、价廉。（2）钢:含Ｃ量＜2％的铁碳合金称为钢→具有高的强度、韧性和塑性，可用热处理改变其特性按化学成分，钢分为：A.碳素钢：低碳钢(C)<0.25%、中碳钢(C)=0.25%～0.55%高碳钢(C

7、)＞0.55%(性质取决于含碳量,含碳量越高，则强度越高）B.合金钢（加入了合金元素的钢）1、常用材料按用途钢分为：结构钢（制造各种机械零件和工程结构的构件）工具钢（制造各种刃具、模具和量具）特殊钢（如不锈钢、耐热钢、耐酸钢等，用于…)（3）铜合金：分为：青铜和黄铜黄铜：铜和锌的合金，塑性和流动性好，可辗压和铸造青铜：减摩和抗腐蚀较好2非金属材料（1）橡胶：弹性好，能吸收震动和缓和冲击（2）塑料：比重小，易于制成形状复杂的零件，应用越来越广泛2、材料热处理1目的2方法退火退火、正火、淬火、回火、表面热处理正火将零件加热到某

8、一温度→保温→随炉冷却加热到某一温度→保温→较快冷却(例空冷)→消除内应力,硬度减小→改善切削性能（1）改变金属内部结构提高材料力学性能（2）消除内应力(加工,热处理)→韧度,强度有所提高消除内应力(不如退火)淬火回火硬度大大提高→耐磨性,疲劳强度提高内应力增大→需消除(回火)→综合力学性能较好(强度、