第2講 總論(1)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)總論機(jī)械設(shè)計(jì)總論總論部分介紹如下內(nèi)容總論部分介紹如下內(nèi)容 零件設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則零件設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 機(jī)械零件材料與熱處理選擇機(jī)械零件材料與熱處理選擇 機(jī)械設(shè)計(jì)的若干原則機(jī)械設(shè)計(jì)的若干原則 零件強(qiáng)度綜述零件強(qiáng)度綜述 摩擦磨損與潤(rùn)滑摩擦磨損與潤(rùn)滑3 3零件設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則零件設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則滿足整機(jī)對(duì)其要求的前提下，最大限度的謀求滿足整機(jī)對(duì)其要求的前提下，最大限度的謀求經(jīng)濟(jì)利益。具體為：經(jīng)濟(jì)利益。具體為：一一. . 零件設(shè)計(jì)的基本要求零件設(shè)計(jì)的基本要求 滿足技術(shù)性能要求滿足技術(shù)性能要求 能正常發(fā)揮預(yù)定功能。能正常發(fā)揮預(yù)定功能。 良好的性能穩(wěn)定性良好的性能穩(wěn)定性 盡可能長(zhǎng)的工作壽命。

2、盡可能長(zhǎng)的工作壽命。 工藝性與經(jīng)濟(jì)性工藝性與經(jīng)濟(jì)性 能造出來(lái)、造出來(lái)要能用能造出來(lái)、造出來(lái)要能用 而且要便宜。而且要便宜。二、機(jī)械零件的失效形式二、機(jī)械零件的失效形式1.1.強(qiáng)度失效強(qiáng)度失效 體積強(qiáng)度體積強(qiáng)度 靜靜 強(qiáng)強(qiáng) 度度（塑變、脆斷）（塑變、脆斷）疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度（疲勞斷裂）（疲勞斷裂）沖擊強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度（沖擊斷裂）（沖擊斷裂） 表面強(qiáng)度表面強(qiáng)度 面面 接接 觸觸 無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)（無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)（壓潰壓潰） 有相對(duì)運(yùn)動(dòng)（有相對(duì)運(yùn)動(dòng)（磨損磨損）點(diǎn)、線接觸（點(diǎn)、線接觸（疲勞點(diǎn)蝕疲勞點(diǎn)蝕、磨損磨損）2.2.剛度失效剛度失效 彈性變形過(guò)大彈性變形過(guò)大( (饒度、偏轉(zhuǎn)角、扭轉(zhuǎn)角超標(biāo)饒度、偏轉(zhuǎn)角、扭轉(zhuǎn)角超標(biāo))

3、 )3.3.穩(wěn)定性失效穩(wěn)定性失效靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定 壓桿；動(dòng)態(tài)穩(wěn)定壓桿；動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸4.4.其他失效其他失效 局部膠合；摩擦傳動(dòng)打滑；局部膠合；摩擦傳動(dòng)打滑； 螺紋聯(lián)接松動(dòng)；高溫蠕變；松馳等。螺紋聯(lián)接松動(dòng)；高溫蠕變；松馳等。三、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則三、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則強(qiáng)度強(qiáng)度零件抵抗斷裂和塑性變形的能力，零件抵抗斷裂和塑性變形的能力， 計(jì)算準(zhǔn)則為：計(jì)算準(zhǔn)則為： 計(jì)算應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力許用應(yīng)力許用應(yīng)力 剛度剛度零件抵抗彈性變形的能力，計(jì)算準(zhǔn)零件抵抗彈性變形的能力，計(jì)算準(zhǔn) 則為：則為： 計(jì)算變形量計(jì)算變形量允許變形量允許變形量 計(jì)算準(zhǔn)則計(jì)算準(zhǔn)則為防止失效而制訂的判定條件。為防止失效而制訂的判定條件。二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二、設(shè)計(jì)

4、準(zhǔn)則耐耐 磨磨 性性零件抵抗材料損失的能力，計(jì)算準(zhǔn)零件抵抗材料損失的能力，計(jì)算準(zhǔn) 則為：則為：p p pv pv 式中p、v 分別為零件工作表面的比壓、速度； p pv 分別為材料的許用比壓、許用pv值。振動(dòng)穩(wěn)定性振動(dòng)穩(wěn)定性零件抵抗周期性激振力的能力。零件抵抗周期性激振力的能力。 計(jì)算準(zhǔn)則為：計(jì)算準(zhǔn)則為： fp 0.85 f fp1.15 f 式中fp 強(qiáng)迫振動(dòng)頻率；f 系統(tǒng)或零件的固有頻率 可靠度可靠度 給定條件下零件正常工作的概率。給定條件下零件正常工作的概率。 RNs / /NT 式中 R零件的可靠度； Ns 、NT 分別為在規(guī)定條件下和使用壽命內(nèi)能 連續(xù)工作的零件數(shù)、總零件數(shù)。 準(zhǔn)則：

5、準(zhǔn)則： 許用可靠度許用可靠度計(jì)算可靠度計(jì)算可靠度可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì) 將材料性能、尺寸、工況條件等參將材料性能、尺寸、工況條件等參 數(shù)視為隨機(jī)變量，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方數(shù)視為隨機(jī)變量，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方 法處理設(shè)計(jì)關(guān)系，從而給出零件安法處理設(shè)計(jì)關(guān)系，從而給出零件安 全性的概率數(shù)據(jù)全性的概率數(shù)據(jù) 。二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則4 4材料與熱處理回顧材料與熱處理回顧鑄鐵鑄鐵 含碳量含碳量0.21%的鐵碳合金。的鐵碳合金。2. 性脆、不能鍛造；易熔、液態(tài)流動(dòng)性好；減震性脆、不能鍛造；易熔、液態(tài)流動(dòng)性好；減震 性、耐磨性好；強(qiáng)度較低，易切削。性、耐磨性好；強(qiáng)度較低，易切削。3. 廣泛用鑄造機(jī)架等復(fù)雜零件。廣泛用鑄造

6、機(jī)架等復(fù)雜零件。4. 分為灰口鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄分為灰口鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄 鐵、合金鑄鐵等。鐵、合金鑄鐵等。一、常用材料一、常用材料4 4材料與熱處理回顧材料與熱處理回顧鋼鋼含碳量含碳量0.21%0.150.15；運(yùn)動(dòng)副不允；運(yùn)動(dòng)副不允許存在該狀態(tài)。許存在該狀態(tài)。邊界摩擦邊界摩擦摩擦表面間有一層摩擦表面間有一層油膜。油膜。=0.05=0.050.30.3。這種。這種狀態(tài)是軸承的最低要求。狀態(tài)是軸承的最低要求。液體摩擦液體摩擦摩擦面被油層完全分開(kāi)。摩擦面被油層完全分開(kāi)。 靜壓靜壓 =0.005=0.0050.0010.001 動(dòng)壓動(dòng)壓 =0.001=0.0010.01

7、0.01混合摩擦混合摩擦上述三種摩擦狀態(tài)上述三種摩擦狀態(tài)同時(shí)存在。大多數(shù)軸承處于同時(shí)存在。大多數(shù)軸承處于這種狀態(tài)。這種狀態(tài)。如左圖，粘著理論認(rèn)為，兩粗糙表面在載荷作用下，摩擦副只是部分峰頂接觸，真實(shí)接觸面積很小。在載荷的作用下，接觸點(diǎn)塑性變形而發(fā)生粘著現(xiàn)象。1 1. 干摩擦干摩擦嚙合理論嚙合理論認(rèn)為剪切是產(chǎn)生摩擦力的原因。認(rèn)為剪切是產(chǎn)生摩擦力的原因。分子分子-機(jī)械理論機(jī)械理論摩擦力來(lái)源（低精度是剪切摩擦力來(lái)源（低精度是剪切力，高精度是分子力力，高精度是分子力) )。粘著理論粘著理論認(rèn)為摩擦力來(lái)源于粘著后的剪切力，認(rèn)為摩擦力來(lái)源于粘著后的剪切力，其大小取決于結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度。其大小取決于結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度。 這種

8、情況下，摩擦力大小取決于邊界膜的這種情況下，摩擦力大小取決于邊界膜的性質(zhì)和強(qiáng)度。性質(zhì)和強(qiáng)度。（邊界膜有物理吸附膜、化學(xué)吸附膜和化學(xué)反應(yīng)膜）（邊界膜有物理吸附膜、化學(xué)吸附膜和化學(xué)反應(yīng)膜）2. 2. 邊界摩擦邊界摩擦物理吸附膜物理吸附膜 有機(jī)酸（脂肪酸、硬脂酸、油酸）中的極有機(jī)酸（脂肪酸、硬脂酸、油酸）中的極性分子與金屬表面相互吸引。耐溫性差。性分子與金屬表面相互吸引。耐溫性差?；瘜W(xué)吸附膜化學(xué)吸附膜 有機(jī)酸與金屬反應(yīng)生成的氧化膜（如硬脂有機(jī)酸與金屬反應(yīng)生成的氧化膜（如硬脂酸鐵的氧化鐵膜）。耐溫性較好。酸鐵的氧化鐵膜）。耐溫性較好?；瘜W(xué)反應(yīng)膜化學(xué)反應(yīng)膜 潤(rùn)滑油中的添加劑與金屬在高溫下反應(yīng)而潤(rùn)滑油中的

9、添加劑與金屬在高溫下反應(yīng)而生成的金屬鹽（如硫化鐵）。生成的金屬鹽（如硫化鐵）。3. 3. 流體摩擦流體摩擦這種情況下，摩擦力取決于流體的性質(zhì)。這種情況下，摩擦力取決于流體的性質(zhì)。流體靜壓流體靜壓 壓力供油，完全無(wú)摩擦，摩阻與工況無(wú)關(guān)，壓力供油，完全無(wú)摩擦，摩阻與工況無(wú)關(guān)，需液壓系統(tǒng)，價(jià)貴。需液壓系統(tǒng)，價(jià)貴。流體動(dòng)壓流體動(dòng)壓 非壓力供油，滿足一定條件且存在相對(duì)運(yùn)非壓力供油，滿足一定條件且存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦面間會(huì)產(chǎn)生壓力油膜，摩阻與工況動(dòng)時(shí)，摩擦面間會(huì)產(chǎn)生壓力油膜，摩阻與工況有關(guān)，價(jià)廉。有關(guān)，價(jià)廉。返回 干摩擦的摩擦阻力最大，磨損最嚴(yán)重，零件使干摩擦的摩擦阻力最大，磨損最嚴(yán)重，零件使用壽命最短，

10、應(yīng)力求避免。用壽命最短，應(yīng)力求避免。 流體摩擦的摩擦阻力小，沒(méi)有磨損，使用壽命流體摩擦的摩擦阻力小，沒(méi)有磨損，使用壽命長(zhǎng)，但必須在一定載荷、速度和流體粘度等工況下長(zhǎng)，但必須在一定載荷、速度和流體粘度等工況下才能實(shí)現(xiàn)。才能實(shí)現(xiàn)。 邊界摩擦和混合摩擦能有效地降低摩擦阻力、邊界摩擦和混合摩擦能有效地降低摩擦阻力、減輕磨損、提高承載能力和延長(zhǎng)零件使用壽命。減輕磨損、提高承載能力和延長(zhǎng)零件使用壽命。 對(duì)于要求低摩擦的摩擦副，流體摩擦是比較理想的對(duì)于要求低摩擦的摩擦副，流體摩擦是比較理想的摩擦狀態(tài)，維持邊界摩擦或混合摩擦為其最低要求。摩擦狀態(tài)，維持邊界摩擦或混合摩擦為其最低要求。 對(duì)于要求高摩擦的摩擦副，

11、則大多處于干摩擦或邊對(duì)于要求高摩擦的摩擦副，則大多處于干摩擦或邊界摩擦狀態(tài)。界摩擦狀態(tài)。 下圖為向心滑動(dòng)軸承典型的下圖為向心滑動(dòng)軸承典型的摩擦特性曲線摩擦特性曲線。n/pn/p 稱為軸承數(shù)。軸承數(shù)也可定義為稱為軸承數(shù)。軸承數(shù)也可定義為v/pv/p，兩者的關(guān)系是：兩者的關(guān)系是：n/p = 19100n/p = 19100 返回 從摩擦特性曲從摩擦特性曲線可以看出：隨線可以看出：隨著軸承數(shù)的不同，著軸承數(shù)的不同，摩擦副分別處于摩擦副分別處于邊界潤(rùn)滑、混合邊界潤(rùn)滑、混合潤(rùn)滑和流體潤(rùn)滑，潤(rùn)滑和流體潤(rùn)滑，兩摩擦面間的間兩摩擦面間的間隙值也不同。隙值也不同。三、磨損簡(jiǎn)介三、磨損簡(jiǎn)介磨損磨損 摩擦表面物質(zhì)不

12、斷損失的現(xiàn)象。摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象。磨損率磨損率 單位時(shí)間內(nèi)材料的磨損量。單位時(shí)間內(nèi)材料的磨損量。耐磨性耐磨性 材料抵抗脫落的能力，定量指標(biāo)是磨材料抵抗脫落的能力，定量指標(biāo)是磨 損率的倒數(shù)。損率的倒數(shù)。跑跑 合合 改善表面型貌為目的有益磨損過(guò)程。改善表面型貌為目的有益磨損過(guò)程。三、磨損簡(jiǎn)介三、磨損簡(jiǎn)介磨損影磨損影響因素響因素磨磨損損過(guò)過(guò)程程配對(duì)材料硬度情況潤(rùn)滑情況工作溫度配對(duì)材料硬度情況潤(rùn)滑情況工作溫度磨損量黃銅鋼錫青銅鋼巴氏合金鋼時(shí)間配對(duì)材料的影響磨損量時(shí)間潤(rùn)滑的影響無(wú)潤(rùn)滑潤(rùn)滑不良潤(rùn)滑一般潤(rùn)滑良好磨損量時(shí)間工作溫度T=180T=80T=30磨損量硬度材料硬度的影響磨損類型、機(jī)理磨損類型

13、、機(jī)理粘著磨損粘著磨損 局部應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致冷焊；材料合局部應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致冷焊；材料合理配對(duì)，極壓潤(rùn)滑，降低壓強(qiáng)，加強(qiáng)冷卻。理配對(duì)，極壓潤(rùn)滑，降低壓強(qiáng)，加強(qiáng)冷卻。疲勞磨損疲勞磨損 即疲勞點(diǎn)蝕；降低表面粗糙度，即疲勞點(diǎn)蝕；降低表面粗糙度，適當(dāng)提高表面硬度，適當(dāng)提高潤(rùn)滑油粘度。適當(dāng)提高表面硬度，適當(dāng)提高潤(rùn)滑油粘度。磨粒磨損磨粒磨損 硬顆粒切削金屬；提高表面硬度硬顆粒切削金屬；提高表面硬度和韌性。和韌性。腐蝕磨損腐蝕磨損 氧化膜強(qiáng)度低、不耐磨，不致密、氧化膜強(qiáng)度低、不耐磨，不致密、持續(xù)氧化；提高表面耐腐性，合理潤(rùn)滑。持續(xù)氧化；提高表面耐腐性，合理潤(rùn)滑。返回四、潤(rùn)滑劑與添加劑四、潤(rùn)滑劑與添加劑1 1、潤(rùn)滑劑

14、類型及特點(diǎn)、潤(rùn)滑劑類型及特點(diǎn)流體流體氣體、液體、液態(tài)金屬，以潤(rùn)滑油（動(dòng)氣體、液體、液態(tài)金屬，以潤(rùn)滑油（動(dòng)物、植物油，石油系列，合成潤(rùn)滑油）物、植物油，石油系列，合成潤(rùn)滑油）最為常用。最為常用。固體固體包括無(wú)機(jī)化合物、有機(jī)化合物、金屬。包括無(wú)機(jī)化合物、有機(jī)化合物、金屬。潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑脂增稠劑有皂類、非皂類、填充物。增稠劑有皂類、非皂類、填充物。2 2、潤(rùn)滑油的主要指標(biāo)、潤(rùn)滑油的主要指標(biāo)油性油性潤(rùn)滑油對(duì)物體表面的吸附能力，潤(rùn)滑油對(duì)物體表面的吸附能力， 一般動(dòng)植物油的油性較好。一般動(dòng)植物油的油性較好。粘度粘度用以衡量潤(rùn)滑油流動(dòng)容易程度的指標(biāo)。用以衡量潤(rùn)滑油流動(dòng)容易程度的指標(biāo)。粘度分為動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度，

15、各有用粘度分為動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度，各有用途。途。粘溫特性粘溫特性通常潤(rùn)滑油的粘度和油性隨著溫度通常潤(rùn)滑油的粘度和油性隨著溫度的上升都是呈下降趨勢(shì)的。的上升都是呈下降趨勢(shì)的。3 3、添加劑、添加劑 加進(jìn)潤(rùn)滑劑中的少量改性物質(zhì)，分為：加進(jìn)潤(rùn)滑劑中的少量改性物質(zhì)，分為：油性劑、極壓劑、粘溫指數(shù)劑、油性劑、極壓劑、粘溫指數(shù)劑、增稠劑、防蝕劑、消泡劑、防凝劑、增稠劑、防蝕劑、消泡劑、防凝劑、防銹劑等。防銹劑等。應(yīng)力集中返回張7 7機(jī)械設(shè)計(jì)的若干原則機(jī)械設(shè)計(jì)的若干原則一一. . 等強(qiáng)度原則等強(qiáng)度原則等強(qiáng)度原則是指設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使零件對(duì)各種可能的等強(qiáng)度原則是指設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使零件對(duì)各種可能的失效具有相等的抵抗力，材盡其用。失效具有相等的抵抗力，材盡其用。三三. . 工業(yè)三化工業(yè)三化 工業(yè)三化是指零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系工業(yè)三化是指零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系