第09章__机械零件设计概论ppt课件.ppt

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1、机械设计基础第9章机械零件设计概论27七月2021第一节概述设计机械时应满足的基本要求1．功能要求：设计机械时首先应满足它的功能要求。2．可靠性要求：要使机械在一定的时间内和一定的使用条件下有效地实现预期的功能，则要求其工作安全可靠，操作维修方便。为此，零件应具有一定的强度、刚度和振动稳定性等工作能力。3．精度要求：精度是机械的一项重要技术指标，设计时必须保证机械正常工作时所要求的精度。4．经济性要求：组成机械的零、部件能最经济的被制造出来，这就要求零件结构简单、节省材料、工艺性好，尽量采用标准尺寸和标准件。5．外观要求：设计机械时应使其造型美观大方、色

2、泽柔和。零件的工作能力零件的工作能力：强度：强度是零件抵抗外载荷作用的能力。强度不足时，零件将发生断裂或产生塑性变形，使零件丧失工作能力而失效。刚度：刚度是反映零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。稳定性：在变载荷作用下，零件将产生机械振动，如果零件的固有频率与载荷的频率相同时，将发生共振。一般情况下，共振将使零件丧失工作能力而失效。第二节机械零件的强度强度载荷和应力整体强度表面强度静载荷与静应力变载荷与变应力静应力下强度变应力下强度表面接触强度表面磨损强度疲劳强度疲劳破坏名义载荷计算载荷载荷和应力静载荷和静应力静载荷和静应力不随时间变化或变化缓慢的载荷和

3、应力，称为静载荷和静应力（图l-2）。例如，零件的重力及其相应的应力。变载荷和变应力随时间作周期性变化的载荷和应力，称为变载荷和变应力（图l-3）。变应力既可由变载荷产生，也可以由静载荷产生，例如，轴在不变弯矩作用下等速转动时，轴的横截面内将产生周期性变化的弯曲应力。变载荷和变应力应力作周期性变化时，一个周期所对应的应力变化称为应力循环。应力循环中的平均应力σm、应力幅图σa、循环特性r与其最大应力σmax。和最小应力σmin。有如下的关系当r=-1时，称为对称循环；当r≠-l时，称为非对称循环，当r＝0时，称为脉动循环。名义载荷、计算载荷在稳定和理想的

4、工作条件下，作用在零件上的载荷称为名义载荷。为了提高零件的工作可靠性，必须考虑影响零件强度的各种因素，如零件的变形、工作阻力的变动、工作状态的不稳定等。为计人上述因素，将名义载荷乘以某些系数，作为计算时采用的载荷，此载荷称为计算载荷。零件的整体强度静应力下强度零件在载荷作用下产生的应力（σ、τ）与许用应力（[σ]、[τ]）相比较，其强度条件为σ≤[σ]或τ≤[τ]式中σlim、τlim——零件材料的极限应力；[Sσ]、[Sτ〕——许用安全系数。零件在载荷作用下的实际安全系数与许用安全系数进行比较，其强度条件为或变应力下的强度疲劳破坏在变应力作用下，零件的

5、一种失效形式将是疲劳断裂，这种失效形式不仅与变应力的大小有关，也与应力循环的次数有关。表面无缺陷的金属材料的疲劳断裂过程可分为两个阶段，第一阶段是在变应力的作用下，零件材料表面开始滑移而形成初始裂纹；第二阶段是在变应力作用下初始裂纹扩展以致断裂。实际上，由于材料具有晶界夹渣、微孔以及机械加工造成的表面划伤、裂纹等缺陷，材料的疲劳断裂过程只经过第二阶段。零件上的圆角、凹槽、缺口等造成的应力集中也会促使零件表面裂纹的生成和扩展。变应力下的强度疲劳极限σrN当循环特性r一定时，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力称为疲劳极限，用σrN表示。变应力下的

6、强度疲劳曲线表示应力循环次数N与疲劳极限σrN间关系的曲线称为应力疲劳曲线。金属材料的疲劳曲线有两种类型：一种是当循环次数N超过某一值N0以后，疲劳极限不再降低，曲线趋向水平（图l-4a），N0称为循环基数。另一种疲劳曲线则没有水平部分（图l-4b），有色金属及某些高硬度合金钢的疲劳曲线多属于这一类。疲劳曲线疲劳曲线方程σr、τr—疲劳极限m—指数C—常数N--循环次数KL—寿命系数变应力下的强度提高零件的疲劳强度措施①应用屈服极限高和细晶粒组织的材料；②零件截面形状的变化应平缓，以减小应力集中；③改善零件的表面质量，如减小表面粗糙度，进行表面强化处理（

7、表面喷丸、表面辗压）等；④减少材料的冶金缺陷，如采用真空冶炼，使非金属夹杂物减少。第三节机械零件的接触强度表面接触应力两个零件在接触区产生的局部应力称为接触应力。表面接触应力σH–最大接触应力；Fu–接触线单位长度上的载荷，Fu=F/b;ρ–两园柱体在接触处的综合曲率半径，1/ρ=1/ρ1±1/ρ2；E1，E2–材料的弹性模量；μ1,μ2–材料的泊松比。疲劳点蚀在循环接触应力作用下，接触表面产生疲劳裂纹，裂纹扩展导致表层小块金属剥落，这种失效形式称为疲劳点蚀。点蚀将使零件表面失去正确的形状，降低工作精度，引起附加动载荷，产生噪声和振动，并降低零件的使用寿

8、命。零件的表面接触强度提高表面接触强度措施增大接触处的综合曲率半径ρ，以降低接触