机械及机械零件设计基础知识概要word版本.ppt

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1、机械及机械零件设计基础知识概要机械设计——规划和设计实现预期功能的新机械或改进原有机械的性能。基本要求：在满足预期功能的前提下，效率高、快速响应市场、性能好、安全可靠、环保、操作方便、维修简单、造型美观、成本低。（多快好省、TQCSER、两型社会）（可靠性、安全性）机械设计的内容：1.确定机械的工作原理，选择适宜的机构和传动系统；2.拟定设计方案；3.进行运动分析和动力分析，计算各构件上的载荷；4.进行零部件工作能力计算、总体设计和结构设计；§2－1机械设计的基本要求和一般设计程序5.先进设计方法，材料、热处理、加工工艺的选择。湖南科技大学

2、专用作者：潘存云教授§2－1机械设计的基本要求和一般设计程序机械设计的一般程序：确定零部件的基本尺寸，绘制装配图和零件图1.明确设计要求；（产品规划即确定设计任务书）2.提出设计方案；（概念设计：多个方案的选优）3.构形设计；（计算构件载荷和零件的工作能力）4.编制技术文件；（生产、检验、安装、调试、运行和维护的依据）5.技术审定；（样机、小批量生产的技术经济评价）总体布局、技术经济分析最后是产品定型湖南科技大学专用作者：潘存云教授§2－2机械零件的主要失效形式和工作能力一、机械零件的主要失效形式：机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时

3、，或机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。失效≠破坏如轴、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失效形式:变形失效：弹性和塑性变形断裂失效;表面损伤失效：腐蚀、磨损和接触疲劳强烈振动、摩擦传动打滑、连接松弛等二、机械零件的工作能力——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：承载能力如变形、温度、速度、压力等。取较小值湖南科技大学专用作者：潘存云教授计算应力——按计算载荷计算所得之应力：载荷系数K——考虑各种附加载荷因素的影响。名义载荷——

4、在理想平稳工作条件下零件所受的载荷。静载荷---大小、方向、位置不变或变化平稳的载荷计算载荷——载荷系数与名义载荷的乘积。(实际载荷)名义应力——按名义载荷计算所得之应力。σ、τ然而在机器运转时，零件还会受到各种附加载荷，通常引入动载荷---大小、方向、位置随时间变化的载荷三、许用应力和极限应力、接触应力1.几个基本概念湖南科技大学专用作者：潘存云教授2、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循环变应力otσ变应力的循环特性:σmaxσmi

5、nσaσa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——静应力otσσaσaσminr=+1静应力是变应力的特例循环变应力与随机变应力湖南科技大学专用作者：潘存云教授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：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

6、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，S是安全系数湖南科技大学专用作者：潘存云教授A.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

7、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——循环基数近似代表持久疲劳循环次数ND。左边为有限寿命区，右边为无限寿命区N0对应的应力称为：当N

8、系数εσ和表面状态系数β等。当应力是对称循环变化时，许用应力为：当应力是脉动循环变化时，许用应力为：σ0为材料的脉动循环疲劳极限，S为安全系数。以上各系数均可机械设计手册中查得。