机械设计课件及PPT教程文件.ppt

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1、机械设计课件及PPT二、设计机械零件的基本要求1、满足功能要求能够准确实现预定的功能2、工作可靠在预定的工作期限内不能失效3、成本低廉经济、实用三、机械零件的失效形式失效—丧失工作能力或达不到设计要求的性能，不仅仅指破坏。失效形式主要有：—断裂如轴、齿轮轮齿发生断裂—表面点蚀表面材料片状剥落—塑性变形零件发生永久性变形—过大弹性变形—过度磨损—过大振动和噪声、过热等强度问题刚度问题耐磨性问题第二章约束分析－一般问题稳定性问题零件的工作能力——50kN吊钩最大起重量——50kN工作能力或承载能力——50kN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

2、力”不失效条件下零件的安全工作限度第二章约束分析－一般问题第二章约束分析－一般问题四、承载能力判定条件（设计准则——即约束）同一零件可能发生各种不同形式的失效Fn轴可能出现的失效形式：断裂强度条件：工作应力≤许用应力σ≤[σ]或τ≤[τ]刚度条件：实际变形量≤许用变形量y≤[y]、θ≤[θ]、φ≤[φ]稳定性条件：工作转速n≤许用转速[n]塑性变形过大弹性变形共振第二章约束分析－一般问题五、机械零件的设计步骤3）选择材料；4）根据失效形式选用承载能力判定条件，5）结构设计，绘制零件工作图。受力分析1）拟订零件的设计简图；2）确定载荷的大小及位置；设计或校核零件的主要

3、参数；F强度条件（或刚度）设计计算尺寸尺寸校核计算强度条件（或刚度）设计式校核式L1L2第二章约束分析－强度问题§2-2机械设计中的强度问题一、载荷及应力的分类1、载荷的分类静载荷变载荷——不随时间改变或变化缓慢——随时间作周期性或非周期性变化名义载荷计算载荷——理想工作条件下的载荷——考虑附加载荷后的载荷值计算载荷名义载荷=K×载荷系数？载荷—作用于零件上的力或力矩即：Fca=KF或Tca=KT、Pca=KP、σca=Kσ≥1强度——零件抵抗断裂、点蚀、塑性变形的能力第二章约束分析－强度问题2、应力的分类静应力变应力——不随时间改变或变化缓慢——随时间作周期性或非

4、周期性变化变应力稳定循环变应力——周期性变应力非稳定循环变应力——参数有变化稳定循环变应力非对称循环变应力对称循环变应力脉动循环变应力载荷引起的表面应力或体积应力随机变应力——非周期性变应力第二章约束分析－强度问题σ=常数σmaxσminσaσmσmaxσaσmσmaxσa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σtOσtOtσOσtOTσmin第二章约束分析－强度问题3、变应力的五个特性参数（总为正）σmσmaxσatσOσmin●最大应力σmax●最小应力σmin●应力幅σa●平均应力σm●循环特征r用σr表示循环特征为r的变应力已知任意两个参数，可确

5、定其余参数定义规则：σmax总为正，且其值不小于σmin的绝对值；σmax、σmin在横轴同侧时，r取“＋”号;否则，r取“－”号第二章约束分析－强度问题●对称循环变应力●脉动循环变应力●非对称循环变应力●静应力一般情况第二章约束分析－强度问题例题1：一零件受稳定循环变应力作用，最大应力σmax＝460MPa，平均应力σm＝380MPa，试求最小应力σmin、循环特征r及应力幅σa。解：由公式得循环特征应力幅最小应力属于哪一种类型？第二章约束分析－强度问题问题：变应力是否一定由变载荷引起？静载荷→静应力？或变应力nF●aσmaxσminσtO●●●a●变载荷→变应力

6、为什么要将应力分成许多类？应力类型不同，对零件强度的影响程度不同。特别是对称循环变应力，对零件的破坏性最大。应力类型对强度的影响，如何在强度计算中体现？通过极限应力σlim，应力类型不同，σlim不同。n不失效的前提下，零件所能承受的最大应力静载荷Fσlim第二章约束分析－强度问题二、静应力作用下的强度问题(静强度)主要失效形式：塑性变形或脆性断裂正应力作用时：σca≤[σ]塑性材料：许用应力：σlim、τlim—极限应力；[S]—安全系数σlim=σs；τlim=τs脆性材料：σlim=σb；τlim=τbσs、τs—材料屈服极限σb、τb—材料强度极限1、以许用

7、应力为约束的强度条件计算应力：σca、τca剪应力作用时：τca≤[τ]σs应变应力应变应力σb塑性材料脆性材料第二章约束分析－强度问题正应力作用时：2、以安全系数为约束的强度条件计算安全系数：Sσ、Sτ剪应力作用时：静应力作用时的强度问题常称为静强度。许用安全系数：[S]，通常[S]≥1重要情况下或受力分析等精确性较差时[S]取大些；否则，[S]取小些。第二章约束分析－强度问题三、变应力作用下的强度问题(疲劳强度)1、变应力作用下零件的失效机理静应力作用下：危险剖面塑性变形或脆性断裂变应力作用下：疲劳破坏零件表面应力较大处初始微裂纹裂纹扩展断裂初始裂纹疲劳区(