第9章机械零件设计概论ppt课件.ppt

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1、§9－1机械零件设计概论机械设计应满足的要求：在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修简单和造型美观等。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。零件的失效形式:断裂或塑性变形;过大的弹性变形;工作表面的过度磨损或损伤;发生强烈的振动；联接的松弛;摩擦传动的打滑等。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对于各种不同的失效形式，也各有相应的工作能力判定条件强

2、度条件：计算应力<许用应力；机械零件设计的步骤：1)拟定零件的计算简图;5)绘制工作图并标注必要的技术条件。防止失效的判定条件是：计算量<许用量——工作能力计算准则。2)确定作用在零件上的载荷;3)选择合适的材料;4)根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定条件，确定零件的形状和主要尺寸;注意，零件尺寸的计算值一般并不是最终采用的数值，设计者还要根据制造零件的工艺要求和标谁、规格加以圆整。失效原因:强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等原因。刚度条件：变形量<许用变形量；载荷系数K——考虑各种附加载荷因素的影响。名义载荷——在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。§9－2机械零件

3、的强度计算载荷——载荷系数与名义载荷的乘积。计算应力——按计算载荷计算所得之应力：名义应力——按名义载荷用力学公式求得之应力。强度判定条件：σ、τ[σ]、[τ]——许用正应力、切应力S——安全系数σlim、τlim——极限应力，由实验方法测定。然而在机器运转时，零件还会受到各种附加载荷，通常用引入K一、应力的种类otσσ=常数σmax脉动循环变应力r=0σm静应力:σ=常数变应力:σ随时间变化平均应力:应力幅:Tσmaxσminσaσaσm非对称循环变应力otσ变应力的循环特性:σmaxσminσaσa对称循环变应力r=-1otσ——脉动循环变应力——对称循环变应力-1=0+1——静

4、应力otσσaσaσminr=+1静应力是变应力的特例二、静应力下的许用应力静应力下，零件材料的破坏形式：断裂或塑性变形塑性材料，取屈服极限σS作为极限应力,许用应力为：脆性材料：取强度极限σB作为极限应力,许用应力为：三、变应力下的许用应力变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。疲劳断裂具有以下特征：1)疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低;2)疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂;3)疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。它的初期现象是在零件表面或表层形成微裂纹，这种微裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展，直至余下的未断裂的截面积不足以承受外载荷

5、时，就突然断裂。疲劳断裂不同于一般静力断裂，它是损伤到一定程度后，即裂纹扩展到一定程度后，才发生的突然断裂。所以疲劳断裂是与应力循环次数(即使用期限或寿命)有关的断裂。不管脆性材料或塑性材料，组织均匀时考虑应力集中，组织不均匀时不考虑应力集中。疲劳源垄沟纹疲劳纹粗糙区光滑区粗糙区光滑区1、疲劳曲线NOσσ-1N0σ-1NN由图可知：应力越小，试件能经受的循环次数就越多。试验表明，当N>N0以后，曲线趋于水平，可认为在无限次循环时试件将不会断裂。应力σ与应力循环次数N之间的关系曲线称为：疲劳曲线当N>N0时,试件将不会断裂。N0——应力循环基数N0对应的应力称为：当N

6、式：对应于N的弯曲疲劳极限：疲劳极限用σ-1表示材料在对称循环应力下的弯曲疲劳极限。由于实际机械零件与标准试件之间在零件尺寸、表面状态、应力集中、环境介质、加载顺序和频率等方面往往有差异，这些因素的综合影响使零件的疲劳极限不同于材料的疲劳极限，其中尤以应力集中、零件尺寸和表面状态三项因素对机械零件的疲劳强度影响最大。影响机械零件疲劳强度的主要因素1、应力集中的影响——有效应力集中系数零件受载时，在几何形状突然变化处（如孔、圆角、凹槽、缺口等）要产生应力集中。对应力集中的敏感程度与零件的材料有关，一般材料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感,铸铁对应力集中不敏感接近于零有效应力集中系数

7、kσ：材料、尺寸和受载情况都相同的一个无应力集中试样与一个有应力集中试样的疲劳极限的比值。取最大值和——分别为无应力集中试样和有应力集中试样的疲劳极限2、绝对尺寸的影响——绝对尺寸系数由于零件尺寸愈大时，材料的晶粒较粗，出现缺陷的概率大，而机械加工后表面冷作硬化层相对较薄，疲劳裂纹容易形成；所以对零件疲劳强度的不良影响愈显著。尺寸效应绝对尺寸系数εσ：直径为d的试样的疲劳极限与直径为d=6～10mm的试样的疲劳极限的比值。3、表面状态的影响零件的表面状态包