機(jī)械設(shè)計的基礎(chǔ)知識

機(jī)械設(shè)計第一章機(jī)械設(shè)計的基礎(chǔ)知識第一節(jié)概述第十節(jié)機(jī)械零件的工藝性和設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化第九節(jié)機(jī)械零件的材料及選用原則第八節(jié)雙向變應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算第七節(jié)規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算第六節(jié)非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算第五節(jié)對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算第四節(jié)靜應(yīng)力下機(jī)械零件的強(qiáng)度計算第三節(jié)機(jī)械零件的主要失效形式及計算準(zhǔn)則第二節(jié)機(jī)械零件設(shè)計的一般步驟

本章目錄上一頁下一頁退出總目錄機(jī)械:第一節(jié)概述原動機(jī)傳動機(jī)工作機(jī)控制器機(jī)械零件：制造單元構(gòu)件：運(yùn)動單元通用零件專用零件一、機(jī)械設(shè)計的一般程序制定設(shè)計工作計劃方案設(shè)計技術(shù)設(shè)計施工設(shè)計試制、試驗、鑒定定型產(chǎn)品設(shè)計二、機(jī)器應(yīng)滿足的基本要求1.具有預(yù)定功能的要求2.經(jīng)濟(jì)性要求3.安全性要求4.可靠性要求5.操作使用方便的要求三、本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)內(nèi)容:機(jī)械設(shè)計的基礎(chǔ)知識聯(lián)接零件設(shè)計：螺紋聯(lián)接、鍵軸系零部零件設(shè)計：軸、滾動軸承、滑動軸承、聯(lián)軸器、離合器

其他零部零件設(shè)計：彈簧機(jī)械設(shè)計新方法傳動零件設(shè)計：帶、鏈、齒輪、蝸桿本課程的性質(zhì):專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課本課程的任務(wù):

使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計的基本知識、基本理論和基本技能第二節(jié)機(jī)械零件設(shè)計的一般步驟類型選擇受力分析選擇材料確定計算準(zhǔn)則理論設(shè)計計算結(jié)構(gòu)設(shè)計精確校核繪制零件工作圖編寫設(shè)計計算說明書‘第三節(jié)機(jī)械零件的主要失效形式及計算準(zhǔn)則1.整體斷裂2.表面破壞3.變形量過大4.功能失效一、機(jī)械零件的主要失效形式軸的斷裂零件失效實例螺栓斷裂零件失效實例齒輪輪齒的斷裂零件失效實例齒輪齒面的損傷:點蝕零件失效實例齒輪齒面的損傷:磨損零件失效實例齒輪輪齒的塑性變形零件失效實例二、機(jī)械零件的計算準(zhǔn)則1.強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度是指零件抵抗破壞的能力.強(qiáng)度準(zhǔn)則:工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力二、機(jī)械零件的計算準(zhǔn)則2.剛度準(zhǔn)則剛度是指零件抵抗彈性變形的能力.剛度準(zhǔn)則:彈性變形量小于許用變形量.二、機(jī)械零件的計算準(zhǔn)則3.壽命準(zhǔn)則壽命:在規(guī)定條件下零件完成規(guī)定功能不發(fā)生失效的工作時間和次數(shù).二、機(jī)械零件的計算準(zhǔn)則4.耐磨性準(zhǔn)則耐磨性：零件工作表面抵抗磨損的能力磨損尚無簡單的計算公式,通常用條件性計算：二、機(jī)械零件的計算準(zhǔn)則5.振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則振動激勵源：載荷的變動、偏心等固有振動頻率：機(jī)械結(jié)構(gòu)自身的特性當(dāng)振動頻率與固有頻率接近或相同產(chǎn)生共振，應(yīng)當(dāng)避免：第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計算一、載荷及應(yīng)力的分類1.載荷的分類①靜載荷與變載荷②名義載荷與計算載荷靜載荷與變載荷靜載荷:載荷的大小、方向不隨時間變化.變載荷:載荷的大小、方向隨時間變化時間/方向載荷時間/方向載荷名義載荷原動機(jī)傳動機(jī)工作機(jī)額定功率在理想工作條件工作阻力名義載荷P、M、T、F計算載荷2.應(yīng)力的分類(1)靜應(yīng)力:不隨時間變化或緩慢變化(2)變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力非穩(wěn)定變應(yīng)力有規(guī)律非穩(wěn)定變應(yīng)力無規(guī)律非穩(wěn)定變應(yīng)力tσo不隨時間變化或緩慢變化。１、靜應(yīng)力:σt0σmaxσmσmin２、穩(wěn)定變應(yīng)力隨時間顯著變化且幅度穩(wěn)定。脈動循環(huán)對稱循環(huán)非對稱循環(huán)σtoσtoσto3、非穩(wěn)定變應(yīng)力有規(guī)律非穩(wěn)定變應(yīng)力無規(guī)律非穩(wěn)定變應(yīng)力σotσot周期二、靜應(yīng)力下機(jī)械零件的強(qiáng)度判據(jù)強(qiáng)度條件：計算安全系數(shù)：三、極限應(yīng)力塑性材料：脆性材料：四、應(yīng)力計算零件的工作應(yīng)力一般用材料力學(xué)的方法計算。根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)和材料性質(zhì)（塑性、脆性）選用合適的強(qiáng)度理論計算應(yīng)力，再考慮載荷系數(shù)K，得到計算應(yīng)力常用到第一、三、四強(qiáng)度理論五、許用安全系數(shù)與許用應(yīng)力原則：不同的機(jī)器制造部門，常制定有自己的許用安全系數(shù)或許用應(yīng)力規(guī)范。在保證機(jī)器安全可靠的前提下,盡可能減小許用安全系數(shù)或提高許用應(yīng)力。塑性材料脆性材料σs/σB0.45~0.550.55~0.70.7~0.9鑄件[S]1.2~1.51.4~1.81.7~2.21.6~2.53~4說明如載荷和應(yīng)力的計算不十分準(zhǔn)確時,[S]值加大20%~50%計算不十分準(zhǔn)確時.[S]值加大50%~100%安全系數(shù)選擇參考用表第五節(jié)對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的

疲勞強(qiáng)度計算一、疲勞曲線及疲勞極限疲勞斷裂的三個階段：1.形成初始裂紋2.裂紋擴(kuò)展3.瞬斷1.形成初始裂紋2.裂紋擴(kuò)展3.瞬斷疲勞破壞的特點：1.循環(huán)應(yīng)力多次反復(fù)作用下產(chǎn)生；2.無宏觀的、明顯的塑性變形跡象；4.對材料的組成、零件的形狀、尺寸、表面狀態(tài)、使用條件非常敏感。3.循環(huán)應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的靜強(qiáng)度極限；有限壽命區(qū)無限壽命區(qū)ABCσ－1材料的疲勞曲線（HBS≤350）（HBS>350）注意:1.當(dāng)N>N0

,取N=N0，KN=1；2.m由材料的疲勞曲線決定。鋼制零件受彎曲應(yīng)力，m=9;3.N0<103,按靜應(yīng)力問題處理σ－1No103107N0.4~0.5σB0.9σB材料的近似疲勞曲線如果材料沒有實驗曲線,可以構(gòu)造近似曲線:BA直線二、影響零件疲勞強(qiáng)度的因素1.應(yīng)力集中2.絕對尺寸3.表面狀態(tài)材料：標(biāo)準(zhǔn)試樣。零件：多種多樣,與標(biāo)準(zhǔn)樣件不一致.處理方法:把材料的數(shù)據(jù)修正來計算零件的σ－1（103）cA有限壽命區(qū)無限壽命區(qū)BCσ－1（103）103三對稱循環(huán)應(yīng)力零件疲勞強(qiáng)度計算材料的零件的材料/零件疲勞曲線A’B’三對稱循環(huán)應(yīng)力零件疲勞強(qiáng)度計算有限壽命區(qū)AB段：第六節(jié)非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算Bam-10/2BCA45°O0/2材料的疲勞極限圖sDECA45°45°O0/2-10/2上一頁下一頁退出材料疲勞極限圖的簡化----謝林森折線法M1M2BB非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算OA’C’E’D’零件疲勞極限圖的簡化----謝林森折線法sDE’C’A’45°Oa-1M2M1簡單加載復(fù)雜加載簡單加載和復(fù)雜加載M1和M2位置不同，極限數(shù)值不同。maE’N1M1(rm,ra)A’BMNC’(m,a)O簡單加載情況下疲勞強(qiáng)度計算非對稱循環(huán)應(yīng)力下疲勞強(qiáng)度計算:疲勞極限應(yīng)力:如果交點在E附近,則需要同時計算疲勞強(qiáng)度和靜強(qiáng)度.靜強(qiáng)度計算:疲勞損傷累積：高于材料疲勞的極限的工作應(yīng)力，每循環(huán)一次都產(chǎn)生一定量損傷，損傷可以累計，累計到達(dá)臨界值時發(fā)生疲勞破壞。線性疲勞損傷積累：

不同應(yīng)力的損傷是獨立進(jìn)行，可以線性累加。一、

線性疲勞損傷積累理論第七節(jié)規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算Nmaxn44321n2n1n3O上一頁下一頁退出分目錄ABCσ-1N2N1N3損傷度：小于σ-1的應(yīng)力不產(chǎn)生損傷。Miner方程式：二規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力下的疲勞強(qiáng)度計算上一頁下一頁退出分目錄如果材料未達(dá)到破壞任選一應(yīng)力水平為基準(zhǔn),如選上一頁下一頁退出規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力下的疲勞強(qiáng)度計算:應(yīng)力:有多個應(yīng)力水平產(chǎn)生損傷的應(yīng)力:大于無限壽命的持久極限計算損傷度:明確ni

Ni

意義代入Miner方程式，求解。第八節(jié)雙向變應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算ABOM′M第九節(jié)