机械设计基础 教学课件 作者 樊智敏_ 第5章 机械零件设计概论.ppt

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1、第5章机械零件设计概论5-1机械零件设计概述5-2机械零件的强度5-3机械零件的接触强度5-4机械零件的常用材料及其选择5-5机械零件的结构工艺性及标准化掌握零件常见的失效形式和设计准则掌握许用应力、安全系数的概念及确定方法了解零件的常用材料及性能本章教学内容本章基本要求5-1机械零件设计概述一、机械零件的主要失效形式二、机械零件的设计准则三、机械零件设计的一般步骤四、机械零件的设计方法一、机械零件的主要失效形式机械零件的失效：机械零件由于某种原因而丧失正常的工作能力。1、基本概念2、机械零件的主要失效形式：断裂过大的残余变形

2、表面失效破坏正常的工作条件而引起的失效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二、机械零件的设计准则（一）基本概念（二）主要的设计准则1、强度准则2、刚度准则3、寿命准则4、振动稳定性准则5、热平衡准则6、可靠性准则零件工作—→承受载荷—→载荷欲使零件失效零件据自身结构、材料反抗失效—→反抗失效＞失效—→解决办法：合理设计遵循设计准则2、设计准则：设计机械零件时，保证其工作能力而不发生失效所依据的基本准则称为设计准则1、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

3、，习惯上又称为承载能力。（一）基本概念零件设计时的共性：1、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≤许用应力σ≤[σ]或τ≤[τ]正应力：剪应力：极限应力（二）主要的设计准则2、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]倾角条件：θ≤[θ]扭曲刚度：扭角条件：j≤[j]3、寿命准则寿命:指零件在不发生失效的情况下，安全可靠的工作的时间影响寿命的因素:磨损、腐蚀、疲劳寿命准则：控制表面压强P4、振动稳定性准则振动：零

4、件发生周期性弹性变形的现象称为振动共振：如果某一零件的固有频率与周期性外力的变化频率相等或相接近时就会产生共振振动稳定性：机器工作时振幅不能超过许可值振动稳定性准则：或5、热平衡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，降低精度等热平衡准则：工作温度低于许用值6、可靠性准则可靠性的衡量指标是可靠度，可靠度即零件在规定的使用条件下和在规定的使用时内能安全或正常工作的概率。可靠性准则就是要求所设计零件的工作可靠度不小于规定值。写出计算说明书画出零件工作图校核计算选择零件的材料

5、选择零件类型、结构确定零件的基本尺寸结构设计确定计算准则计算零件上的载荷三、机械零件设计的一般步骤四、机械零件的设计方法(一)传统设计方法：1.理论设计：2.经验设计3.模型实验设计设计计算：先分析零件的可能失效形式，根据该失效形式的计算准则通过计算确定零件的结构尺寸。校核计算：先确定零件的结构尺寸，再验算零件是否满足计算准则。如不满足，则应修改零件的尺寸。FF例如设计计算校核计算（二）现代设计方法计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、智能设计、有限元设计、摩擦学设计、动态设计等激烈的竞争传统的手段手工绘图常规的计算方法简单的

6、计算工具矛盾CAD5-2机械零件的强度一、载荷和应力二、强度1.机械零件设计的静强度2.机械零件的疲劳强度3.安全系数载荷和应力1一、载荷和应力1载荷的分类由于运动中产生的惯性力和冲击等引起的载荷称为动载荷。（1）按是否随时间变化，载荷分为：静载荷变载荷（2）按是否考虑动载荷的影响，载荷分为：名义载荷：理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷计算载荷＝载荷系数K×名义载荷载荷系数K：用于计入在实际工作中受到的各种动载荷的影响。额定载荷：由原动机的额定功率推算出的载荷。2应力的分类静应力：不随时间改变或变化缓慢的应力变应力：随时间

7、作周期性或非周期性变化的应力tssminsmaxsm稳定循环变应力变应力ts随机变应力不稳定循环变应力不稳定循环变应力应力参数以正应力s为例最大应力:smax=sm+sa最小应力:smin应力幅:sa平均应力:sm循环特征:r循环应力稳定循环变应力：载荷和应力3稳定循环变应力对称循环变应力对称循环应力r=-1、sm＝0脉动循环变应力脉动循环应力r=0、smin＝0静应力r=1静应力（可看作是循环应力的一个特例）非对称循环变应力非对称循环应力静应力只能由静载荷产生，变应力可能由变载荷或静载荷产生。aσ0tt0σa在变应力下，零件

8、的主要失效形式为：疲劳破坏另外，应力还分为名义应力：根据名义载荷求得的应力计算应力：根据计算载荷求得的应力对称循环变应力应力表达：s-1（t-1）最大应力:smax最小应力:smin应力幅:sa平均应力:sm循环特征:rts脉动循环变应力应力表达：s0（t0）最大应力:sma