机械设计基础 教学课件 作者 王凤良第六章第6章.ppt

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1、§6.1机械零件的主要失效形式§6.2机械零件的工作能力及其设计准则§6.3机械零件设计的一般步骤§6.4机械零件的强度计算§6.5接触应力和接触强度的概念§6.6机械零件的耐磨性§6.7机械制造常用的材料及其选择原则§6.8机械零件的工艺性及标准化§6.9标准化、通用化、系列化的概念和意义第6章机械设计概论机械零件的失效：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。例如：发生强烈的振动；联接的松弛;摩擦传动的打滑等。§6.1机械零件的主

2、要失效形式整体断裂;过大的残余变形;工作表面的过度磨损或损伤;破坏正常的工作条件;零件的失效形式如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带传动等。机械零件虽然有多种可能的失效形式，归纳起来最主要的为机械零件失效的实例：齿轮轮齿折断轴承内圈破裂轴承外圈塑性变形轮齿塑性变形齿面接触疲劳轴瓦磨损失效原因:强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等原因。统计结果显示：断裂仅占4.79%;腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%。--主要失效原因。▲失效：机械零件丧失正常工作能力。▲工作能力：在不发生失效的条件下，在规定期限内，零件所能工作的限度，称为零件的工作能力，通常这个限度是

3、对载荷而言，所以又称承载能力。§6.2机械零件的工作能力及其设计准则6.2.1机械零件的工作能力▲强度准则▲刚度准则6.2.2机械零件的设计准则▲寿命准则▲振动稳定性准则▲可靠性准则---确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基本的设计准则。----确保零件不发生过大的弹性变形。---通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。----高速运转机械的设计应注重此项准则。----当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。强度准则是指零件中的应力不得超过许用值。一、强度准则即：σ≤σlimσlim----材料的极限应力脆性材料：σlim=σB(强度极限)塑性

4、材料：σlim=σS(屈服极限)为了安全起见，引入安全系数S，得：σ≤σlim/S或σ≤[σ]S为大于1的数，S过大小都不好。----许用应力二、刚度准则----是指零件在力作用下的弹性变形量不得超过许用值。即：y≤[y]三、寿命准则影响零件使用寿命的因素主要是腐蚀、磨损和疲劳，前两者还没有成熟的计算方法，工程中通常是求出使用寿命时的疲劳极限作为计算的依据。四、振动稳定性准则保证机器中受激振零件的固有频率与激振源的频率错开，即要求：0.85f>fp或1.15f

5、离激振源；▲采用阻尼元件以减小零件的振幅。五、可靠性准则可靠度的定义：对件数为N0的一批零件进行试验，经过时间t之后有N件仍能正常工作，则该零件在该试验环境条件下工作时间t的可靠度定义为：R=N/N0若t↑→R↓→N↓----R是时间的函数。若在时间t+dt内，又有dN个零件失效，则dt内零件的失效的比率定义为：---失效率“-”表示dN的增大将使N减少。分离变量并积分得：▲避免在预定寿命期内失效的要求▲结构工艺性要求▲经济性要求▲质量小的要求▲可靠性要求机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求：

6、6.3.1机械零件设计应满足的基本要求§6.3机械零件设计的一般步骤1)根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构。2)根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。3)根据零件的工作条件及对零件的特殊要求(如高温环境等)选择适当的材料。4)根据零件的失效形式，确定零件的计算准则，通过计算，确定零件的基本尺寸。5)6)7)6.3.2机械零件设计的一般步骤建立计算模型写出计算说明书画出零件工作图校核计算计算零件上的载荷确定计算准则选择零件的材料确定零件的基本尺寸结构设计零件的设计流程图：载荷静载荷:不随时间变化或变化很小的载荷变载荷:随时间变化的载荷周期非周

7、期载荷截面产生的应力静应力:不随时间变化或变化很小的应力变应力:随时间变化的应力（具有周期性——循环变应力）对称循环变应力与绝对值大小相同，而方向相反。例如：转动轴上作用一径向静载荷，轴上的弯曲应力6.4.1应力的分类§6.4机械零件的强度计算脉动循环应力：循环变应力的最小值为0非对称循环变应力：与绝对值大小不相同，而方向相反。─平均应力；─应力幅值表征不变的部分；表征变动的部分r─应力比（循环特性）描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。6.4.2变应力下机械零件的疲劳强度计算▲疲劳的概念应力σ与应力循环次数N之间的关系曲线称为

8、：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：疲劳极限当循环特