機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)

機(jī)械設(shè)計(jì)第一章機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)概述第十節(jié)機(jī)械零件的工藝性和設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算第六節(jié)非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算第五節(jié)對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算第四節(jié)靜應(yīng)力下機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算第三節(jié)機(jī)械零件的主要失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則第二節(jié)機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟

本章目錄上一頁(yè)下一頁(yè)退出總目錄機(jī)械:第一節(jié)概述原動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)工作機(jī)控制器機(jī)械零件：制造單元構(gòu)件：運(yùn)動(dòng)單元通用零件專用零件一、機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序制定設(shè)計(jì)工作計(jì)劃方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)試制、試驗(yàn)、鑒定定型產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)聯(lián)接零件設(shè)計(jì)：螺紋聯(lián)接、鍵軸系零部零件設(shè)計(jì)：軸、滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承、聯(lián)軸器、離合器

其他零部零件設(shè)計(jì)：彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)新方法傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)：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(jì)的基本知識(shí)、基本理論和基本技能第二節(jié)機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟類型選擇受力分析選擇材料確定計(jì)算準(zhǔn)則理論設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精確校核繪制零件工作圖編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書‘第三節(jié)機(jī)械零件的主要失效形式及計(jì)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(shí)例螺栓斷裂零件失效實(shí)例齒輪輪齒的斷裂零件失效實(shí)例齒輪齒面的損傷:點(diǎn)蝕零件失效實(shí)例齒輪齒面的損傷:磨損零件失效實(shí)例齒輪輪齒的塑性變形零件失效實(shí)例二、機(jī)械零件的計(jì)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(jì)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(jì)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(shí)間和次數(shù).二、機(jī)械零件的計(jì)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(jiǎn)單的計(jì)算公式,通常用條件性計(jì)算：二、機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則5.振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則振動(dòng)激勵(lì)源：載荷的變動(dòng)、偏心等固有振動(dòng)頻率：機(jī)械結(jié)構(gòu)自身的特性當(dāng)振動(dòng)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(jì)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(jì)算載荷靜載荷與變載荷靜載荷:載荷的大小、方向不隨時(shí)間變化.變載荷:載荷的大小、方向隨時(shí)間變化時(shí)間/方向載荷時(shí)間/方向載荷名義載荷原動(dòng)機(jī)傳動(dòng)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(jì)算載荷2.應(yīng)力的分類(1)靜應(yīng)力:不隨時(shí)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(shí)間變化或緩慢變化。１、靜應(yīng)力:σt0σmaxσmσmin２、穩(wěn)定變應(yīng)力隨時(shí)間顯著變化且幅度穩(wěn)定。脈動(dòng)循環(huán)對(duì)稱循環(huán)非對(duì)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(jì)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(jì)算零件的工作應(yīng)力一般用材料力學(xué)的方法計(jì)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(jì)算應(yīng)力，再考慮載荷系數(shù)K，得到計(jì)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(jì)算不十分準(zhǔn)確時(shí),[S]值加大20%~50%計(jì)算不十分準(zhǔn)確時(shí).[S]值加大50%~100%安全系數(shù)選擇參考用表第五節(jié)對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的

疲勞強(qiáng)度計(jì)算一、疲勞曲線及疲勞極限疲勞斷裂的三個(gè)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(diǎn)：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(duì)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(jì)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(duì)稱循環(huán)應(yīng)力零件疲勞強(qiáng)度計(jì)算材料的零件的材料/零件疲勞曲線A’B’三對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力零件疲勞強(qiáng)度計(jì)算有限壽命區(qū)AB段：第六節(jié)非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算Bam-10/2BCA45°O0/2材料的疲勞極限圖sDECA45°45°O0/2-10/2上一頁(yè)下一頁(yè)退出材料疲勞極限圖的簡(jiǎn)化----謝林森折線法M1M2BB非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算OA’C’E’D’零件疲勞極限圖的簡(jiǎn)化----謝林森折線法sDE’C’A’45°Oa-1M2M1簡(jiǎn)單加載復(fù)雜加載簡(jiǎn)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(jiǎn)單加載情況下疲勞強(qiáng)度計(jì)算非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下疲勞強(qiáng)度計(jì)算:疲勞極限應(yīng)力:如果交點(diǎn)在E附近,則需要同時(shí)計(jì)算疲勞強(qiáng)度和靜強(qiáng)度.靜強(qiáng)度計(jì)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(jì)，累計(jì)到達(dá)臨界值時(shí)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(dú)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(jì)算Nmaxn44321n2n1n3O上一頁(yè)下一頁(yè)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(jì)算上一頁(yè)下一頁(yè)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(yè)下一頁(yè)退出規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力下的疲勞強(qiáng)度計(jì)算:應(yīng)力:有多個(gè)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(jì)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(jì)算ABOM′M第九節(jié)