机械设计概述课件.ppt

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1、机械设计第一章机械设计概述第一节机械设计的基本要求和一般程序第二节载荷与应力分析第三节机械零件的失效形式第四节机械零件的计算准则第五节机械零件的材料选择第六节机械结构设计的基本要求第七节机械零件的标准化返回章目录第一节机械设计的基本要求和一般程序功能要求一、设计机器应满足的基本要求经济性要求操作方便运行安全其它特殊要求能实现机器的预定功能，并在预定环境条件和工作期限内可靠地工作。要求设计、制造和使用机器的费用少，并且效率高。如巨型机器要便于安装、拆卸和运输；食品、纺织、造纸机器不得污染产品等。要求设计的机器操作简便、省力；必要时可安装安全防护和保险装置；尽可能降低机器的噪声；美化机器的外观造型

2、等，并应妥善处理人和机器间的各个联系环节。二、机械设计的一般程序确定设计任务拟定总体方案总体结构设计零部件设计鉴定和评价第二节载荷与应力分析1、载荷形式一、载荷分析集中力F（N）转矩T（Nm）弯矩M（Nm）功率P（W）2、载荷分类按载荷与时间的关系分类变载荷静载荷不随时间变化或变化缓慢的载荷随时间变化的载荷在设计计算中，零件上的载荷还分为：工作载荷机械正常工作时所受的实际载荷。名义载荷根据额定功率用力学公式计算出的作用在零件上的载荷。计算载荷考虑零部件工作过程中载荷随时间作用的不均匀性、载荷在零件上分布的不均匀性及其他影响零件受载等因素，而对名义载荷进行修正而得到的近似载荷。常用载荷系数K（K

3、=K1K2…）来考虑这些因素的综合影响。载荷系数K与名义载荷的乘积即为计算载荷。1、应力分类二、应力分析循环变应力按应力与时间的关系分类变应力静应力不随时间变化或变化缓慢的应力随时间变化的应力随时间按一定规律变化的变应力σ=常数σttσmaxσminσaσmσmaxσaσmσmaxσaσmin对称循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力静应力OσtOσOσtO最大应力最小应力应力幅最大应力平均应力应力幅应力幅最大应力最小应力平均应力循环特性系数：——表示应力变化的情况对称循环—r=−1；脉动循环—r=0；非对称循环—r≠0且

4、r

5、≠1;静应力—r=+1用σr表示循环特征为r的变应力。如σ-1、

6、σ0等平均应力：应力幅：对称循环:σm=0;σa=σmax脉动循环:σm=σa=σmax/22、变应力主要参数注意：变载荷→变应力静载荷→静应力？或变应力静载荷产生变应力第三节机械零件的失效形式机械零件由于某些原因不能正常工作，称为失效。一、断裂零件在外载荷作用下，由于某一危险截面上的应力超过零件的强度极限时所发生的断裂或当零件在循环变应力的作用下危险截面所发生的疲劳断裂。如：螺栓的断裂齿轮轮齿断裂实例二、过大的变形机械零件在载荷作用下工作时，可能发生过大的弹性变形或由于零件上的应力超过材料的屈服极限产生残余塑性变形。齿轮齿面塑形变形轴承外圈塑性变形三、表面损伤表面疲劳（亦称点蚀）零件表面在接

7、触变应力长期作用下产生微粒剥落的现象。磨损（主要指磨粒磨损）两个接触零件表面在相对运动过程中表面物质丧失或转移的现象。腐蚀金属表面与周围的介质发生的电化学或化学侵蚀的现象。齿轮齿面接触疲劳点蚀滚动轴承滚道的疲劳点蚀滚动轴承外圈滚道的磨损轴瓦的磨损四、破坏正常工作条件引起的失效例如：V带传动当传递的有效圆周力大于摩擦力的极限值时将发生打滑失效；高速转动的零件当其转速与系统的固有频率相一致时会发生共振，以致引起断裂失效；液体润滑的滑动轴承当润滑油膜被破坏时将发生胶合失效等。第四节机械零件的计算准则机械零件不发生失效时的安全工作限度称为零件的工作能力。对载荷而言零件的工作能力也可称为零件的承载能力。

8、用计算的方法来保证零件有足够的工作能力，从而避免失效，是常用的机械设计方法。计算依据的条件称为计算准则。一、强度准则强度是指零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及某些表面损伤的能力。其表达式为s——零件危险截面或工作表面上的工作应力；[s]——许用应力；slim——极限应力，对受静应力的脆性材料，如铸铁受拉伸取抗拉极限；对受静应力的塑性材料取屈服极限；对受变应力的零件取疲劳极限；S——安全系数，考虑各种偶然或难以精确分析的因素的影响。另一表达方式S≥[S]一般来讲各种零件都应满足一定的强度要求，因而强度准则是零件设计最基本的准则。[S]——许用安全系数二、刚度准则刚度指零件在载荷作用下抵抗弹性变

9、形的能力。其表达式为y≥[y]y——弹性变形量；[y]——许用变形量。弹性变形量可用各种求变形量的理论或实验方法确定，而许用变形量则应随不同的使用场合，按理论或经验来确定其合理的数值。耐磨性是指零件在载荷作用下抵抗磨损的能力。目前尚无公认的能够进行定量计算的方法。通常为了保证零件具有良好的耐磨性，应运用摩擦学原理设计零件的结构，选定摩擦副的材料和热处理、表面状态、油品等。同时，给予合理而充分的润滑