第13章 機械零件設計基礎.ppt

機械原理與機械設計主講人 項忠霞聯(lián)系電話 27401009E mail xiangzhx 主要內(nèi)容 參考書1 機械原理與機械設計 第1版張策主編 20042 機械設計 機械零件 類教材答疑時間課前 課后 實習中心模型室 根據(jù)需要安排 交作業(yè)時間每周五考試成績分配平時10 實驗10 期末80 考試時間第15周周五 注意事項 本課程所涉及的先修課程 工程材料 非金屬材料 金屬材料及熱處理 工程制圖 設計的圖形表達 機械制造基礎 冷加工工藝 熱加工工藝 互換性與技術測量 解決精度設計問題 理論力學 解決力分析與動力計算 材料力學 解決強度分析問題 機械原理 解決機械的方案設計 第十三章機械零件設計基礎 13 1機械零件的計算準則 一 機械零件的失效及其類型 失效 機械零件喪失了規(guī)定的功能或達不到設計要求的標準 工作能力 在不發(fā)生失效的條件下 零件所能安全工作的標準 計算準則 針對各種不同的失效形式得到的判定零件工作能力的條件 二 機械零件的計算準則 強度準則 剛度準則 振動穩(wěn)定性準則 可靠性準則 確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形 是最基本的設計準則 分為靜強度和疲勞強度 確保零件不發(fā)生過大的彈性變形 高速運轉機械的設計應注重此項準則 當計及隨機因素影響時 仍應確保上述各項準則 三 強度準則 載荷在零件內(nèi)引起的應力不應超過允許的限度 該限度稱為許用應力 一 靜強度 1 塑性材料零件的靜強度 1 簡單應力條件下 2 復合應力條件下 極限應力為屈服點 2 脆性材料零件的靜強度 1 簡單應力條件下 2 復合應力條件下 極限應力為強度極限 3 擠壓強度 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 一 應力的種類 脈動循環(huán)變應力 r 0 靜應力 常數(shù) 變應力 隨時間變化 平均應力 應力幅 循環(huán)變應力 變應力的循環(huán)特性 對稱循環(huán)變應力 r 1 脈動循環(huán)變應力 對稱循環(huán)變應力 靜應力 min r 1 靜應力是變應力的特例 二 疲勞強度 潘存云教授研制 變應力下 零件的損壞形式是疲勞斷裂 疲勞斷裂的最大應力遠比靜應力下材料的強度極限低 甚至比屈服極限低 疲勞斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂 疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結果 不管脆性材料或塑性材料 零件表層產(chǎn)生微小裂紋 疲勞斷裂過程 隨著循環(huán)次數(shù)增加 微裂紋逐漸擴展 當剩余材料不足以承受載荷時 突然脆性斷裂 疲勞斷裂是與應力循環(huán)次數(shù) 即使用壽命 有關的斷裂 疲勞斷裂具有以下特征 斷裂面累積損傷處表面光滑 而折斷區(qū)表面粗糙 表面光滑 表面粗糙 潘存云教授研制 潘存云教授研制 二 s N疲勞曲線 用參數(shù) max表征材料的疲勞極限 通過實驗 可得出如圖所示的疲勞曲線 稱為 s N疲勞曲線 在原點處 對應的應力循環(huán)次數(shù)為N 1 4 意味著在加載到最大值時材料被拉斷 顯然該值為強度極限 B 在AB段 應力循環(huán)次數(shù) 103 max變化很小 可以近似看作為靜應力強度 BC段 N 103 104 隨著N max 疲勞現(xiàn)象明顯 因N較小 特稱為 低周疲勞 潘存云教授研制 由于ND很大 所以在作疲勞試驗時 常規(guī)定一個循環(huán)次數(shù)N0 稱為循環(huán)基數(shù) N0與材質(zhì)有關 r稱為循環(huán)特性r下的疲勞極限 max N D點以后的疲勞曲線呈一水平線 代表著無限壽命區(qū) 式中m稱為壽命指數(shù) 其值與受載方式和材質(zhì)有關 實踐證明 機械零件的疲勞大多發(fā)生在CD段 該段可用下式方程描述 104 103 疲勞極限曲線 壽命因子 材料的疲勞極限曲線也可用特定的應力循環(huán)次數(shù)N下 極限應力幅與平均應力之間的關系曲線來表示 特稱為等壽命曲線 簡化曲線之一 簡化曲線之二 三 等壽命疲勞曲線 實際應用時常有兩種簡化方法 潘存云教授研制 簡化等壽命曲線 極限應力線圖 已知A 0 1 D 0 2 0 2 兩點坐標 求得A 直線的方程為 A 直線上任意點代表了一定循環(huán)特性時的疲勞極限 對稱循環(huán) m 0 脈動循環(huán) m a 0 2 說明C 直線上任意點的最大應力達到了屈服極限應力 C 直線上任意點N 的坐標為 m a 由三角形中兩條直角邊相等可求得C 直線的方程為 潘存云教授研制 O 而正好落在A G C折線上時 表示應力狀況達到疲勞破壞的極限值 對于碳鋼 y 0 1 0 2 對于合金鋼 y 0 2 0 3 公式中的參數(shù)y 為試件受循環(huán)彎曲應力時的材料常數(shù) 其值由下式?jīng)Q定 當應力點落在OA G C以外時 一定會發(fā)生疲勞破壞 當循環(huán)應力參數(shù) m a 落在OA G C以內(nèi)時 表示不會發(fā)生疲勞破壞 1 受單向恒幅循環(huán)應力時零件的疲勞強度 疲勞強度設計中的極限應力與零件工作應力可能的增長方式有關 1 2 3 4 許用安全系數(shù) 2 受復合恒幅循環(huán)應力時零件的疲勞強度 3 受變幅循環(huán)應力時零件的疲勞強度 三 剛度準則 機器零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力稱為剛度 四 穩(wěn)定性準則 零件在其平衡位置附近作往復運動稱為機械振動 或 五 耐熱性準則 六 可靠性準則 串聯(lián) 并聯(lián) 13 2摩擦學設計基礎 一 摩擦學設計的目標和主要內(nèi)容 二 摩擦學失效 三 摩擦學設計基礎 一 摩擦狀態(tài) 潤滑狀態(tài) 干摩擦 邊界摩擦 流體摩擦 混合摩擦 二 摩擦力 1 固體滑動摩擦的摩擦力及其性質(zhì) 最大 靜摩擦力 動摩擦力 2 固體滑動摩擦摩擦力的計算 3 液體摩擦的摩擦力 4 滾動摩擦的摩擦力 局部靜摩擦力 磨粒磨損 三 磨損及其控制 1 磨合 2 磨損類型 疲勞磨損 粘附磨損 腐蝕磨損 按磨損機理分 粘附磨損 磨粒磨損 疲勞磨損 腐蝕磨損 按磨損機理分 四 潤滑與潤滑設計 1 無潤滑 2 固體潤滑 3 流體潤滑 五 潤滑劑及其特性 1 潤滑劑的基本類型 分類 液體潤滑劑 半固體潤滑劑 固體潤滑劑 氣體潤滑劑 空氣 潤滑油 潤滑脂 石墨 2 潤滑劑的使用性能 3 潤滑油 1 粘度 是選擇潤滑油的主要依據(jù) 2 粘度指數(shù) 3 閃點