機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)

一、機(jī)械零件的主要(zhǔyào)失效形式（一）整體(zhěngtǐ)斷裂失效：由于某種原因，機(jī)械零件不能正常工作稱(chēng)為失效。機(jī)械零件的失效形式主要有：（二）過(guò)大的殘余變形過(guò)載斷裂：零件受外載荷作用時(shí)，由于某一危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力超過(guò)零件的強(qiáng)度極限而發(fā)生。疲勞斷裂：零件受變應(yīng)力作用時(shí)，危險(xiǎn)截面上發(fā)生。作用于零件上的應(yīng)力超過(guò)了材料的屈服極限（塑性變形）機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)1精品資料（四）破壞正常工作條件引起(yǐnqǐ)的失效（三）零件(línɡjiàn)的表面破壞腐蝕：發(fā)生在金屬表面的一種電化學(xué)或化學(xué)侵蝕現(xiàn)象。磨損：兩個(gè)接觸表面在作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中表面物質(zhì)喪失或轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。接觸疲勞：零件表面受接觸變應(yīng)力的長(zhǎng)期作用產(chǎn)生裂紋或微粒剝落的現(xiàn)象。2精品資料零件發(fā)生哪種形式的失效，與很多因素(yīnsù)有關(guān)。但有人對(duì)1378項(xiàng)失效所做的分析結(jié)果顯示，由于腐蝕、磨損和各種疲勞破壞引起的失效占73.88%，斷裂引起的失效占4.79%。從中可以看出零件失效的主要原因是腐蝕、磨損和疲勞。3精品資料二、設(shè)計(jì)(shèjì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求（六）質(zhì)量(zhìliàng)?。ㄒ唬?qiáng)度（二）剛度（三）壽命及可靠性（四）結(jié)構(gòu)工藝性（五）經(jīng)濟(jì)性斷裂、殘余變形統(tǒng)屬于強(qiáng)度不足引起彈性變形4精品資料三、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)(shèjì)準(zhǔn)則0．85＞P或1.15＜P

(一)強(qiáng)度(qiángdù)準(zhǔn)則(二)剛度準(zhǔn)則(四)振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則y≤[y](三)壽命準(zhǔn)則5精品資料(五)可靠性準(zhǔn)則(zhǔnzé)可靠(kěkào)度的概念有一批某種零件，其件數(shù)為N0，在一定的工作條件下進(jìn)行試驗(yàn)。在t時(shí)間后仍有N件在正常地工作，則此零件在該工作環(huán)境條件下工作t時(shí)間的可靠度R可表示為失效率失效率曲線（浴盆曲線）6精品資料四、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)(shèjì)方法(一)理論(lǐlùn)設(shè)計(jì)(二)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)(三)模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)計(jì)算2、校核計(jì)算7精品資料五、機(jī)械零件設(shè)計(jì)(shèjì)的一般步驟機(jī)械零件的設(shè)計(jì)大體要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟：

1)根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)。為此，必須對(duì)各種零件的不同類(lèi)型、優(yōu)缺點(diǎn)、特性與使用范圍等，進(jìn)行綜合對(duì)比并正確選用。

2)根據(jù)機(jī)器的工作要求，計(jì)算作用在零件上的載荷。

3)根據(jù)零件的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)和所受載荷，分析零件可能的失效形式，從而確定零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。4)根據(jù)零件的工作條件及對(duì)零件的特殊要求(例如高溫或在腐蝕性介質(zhì)中工作等)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧?cáiliào)。5)根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算，確定出零件的基本尺寸。8精品資料6)根據(jù)工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化等原則進(jìn)行(jìnxíng)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

7)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)完成后，必要時(shí)進(jìn)行(jìnxíng)詳細(xì)的校核計(jì)算，以判定結(jié)構(gòu)的合理性。

8)畫(huà)出零件的工作圖，并寫(xiě)出計(jì)算說(shuō)明書(shū)。9精品資料六、機(jī)械零件的強(qiáng)度(qiángdù)名義載荷—在理想的平穩(wěn)工作條件(tiáojiàn)下作用在零件上的載荷計(jì)算載荷—載荷系數(shù)與名義載荷的乘積載荷系數(shù)—機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，零件會(huì)受到各種附加載荷的影響（一）載荷的分類(lèi)靜載荷：不隨時(shí)間變化的載荷。變載荷：隨時(shí)間變化的載荷。1）循環(huán)變載荷a)穩(wěn)定循環(huán)變載荷b)不穩(wěn)定循環(huán)變載荷2）隨機(jī)變載荷10精品資料隨機(jī)(suíjī)變應(yīng)力靜應(yīng)力—不隨時(shí)間(shíjiān)變化的應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力（二）應(yīng)力分類(lèi)變應(yīng)力—隨時(shí)間變化的應(yīng)力不穩(wěn)定變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力11精品資料穩(wěn)定循環(huán)(xúnhuán)變應(yīng)力的基本參數(shù)和種類(lèi)a)基本參數(shù)應(yīng)力(yìnglì)循環(huán)特性最大應(yīng)力最小應(yīng)力平均應(yīng)力應(yīng)力幅b)穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力種類(lèi)：-1<

γ<+1——不對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力γ=+1——靜應(yīng)力γ=–1——對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力γ=0——脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力12精品資料（三）靜應(yīng)力(yìnglì)時(shí)機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算1、單向(dānxiànɡ)應(yīng)力下塑性材料零件的強(qiáng)度條件：或2、復(fù)合應(yīng)力時(shí)塑性材料零件的強(qiáng)度條件：按第三或第四強(qiáng)度理論對(duì)彎扭復(fù)合應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算第三強(qiáng)度理論

第四強(qiáng)度理論13精品資料3、脆性(cuìxìng)材料與低塑性材料脆性材料(cáiliào)極限應(yīng)力：（強(qiáng)度極限）

1）單向應(yīng)力狀態(tài)強(qiáng)度條件：或

失效形式：斷裂復(fù)合應(yīng)力計(jì)算安全系數(shù)為：或14精品資料2）復(fù)合應(yīng)力下工作(gōngzuò)的零件按第一(dìyī)強(qiáng)度理論：15精品資料疲勞斷裂具有以下(yǐxià)特征：變應(yīng)力下，零件的損壞(sǔnhuài)形式是疲勞斷裂1）疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限低，甚至比屈服極限低；2）不管脆性材料或塑性材料，其疲勞斷口均表現(xiàn)為無(wú)明顯塑性變形的脆性突然斷裂；3）疲勞斷裂是損傷的積累，它的初期現(xiàn)象是在零件表面或表層形成微裂紋，這種微裂紋隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展，直至余下的未裂開(kāi)的截面積不足以承受外載荷時(shí)，零件就突然斷裂。（四）變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算16精品資料疲勞破壞的機(jī)理：損傷的累積影響因素：不僅與材料性能有關(guān)，零件的表層缺陷、截面尺寸突變、應(yīng)力集中部位(bùwèi)等，變應(yīng)力的循環(huán)特性，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，應(yīng)力幅都對(duì)疲勞極限有很大影響。1、σ—N疲勞曲線：σ—N疲勞曲線在疲勞曲線的左半部（N＜N0）循環(huán)(xúnhuán)基數(shù)鋼m=9——拉、彎應(yīng)力、剪應(yīng)力17精品資料2、影響(yǐngxiǎng)機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的主要因素應(yīng)力(yìnglì)集中有效應(yīng)力集中系數(shù)零件尺寸尺寸系數(shù)表面狀態(tài)表面狀態(tài)系數(shù)3、許用應(yīng)力（五）安全系數(shù)1、靜應(yīng)力下，塑性材料以屈服極限為極限應(yīng)力。S=1.2～1.5；對(duì)于塑性較差的材料

S=1.5～2.5

2、靜應(yīng)力下，脆性材料以強(qiáng)度極限為極限應(yīng)力，取較大的安全系數(shù)。S＝3～43、變應(yīng)力下，以疲勞極限作為極限應(yīng)力S=1.3～1.7或S=1.7～2.518精品資料1、干摩擦(mócā)粘附(zhānfù)理論：按表面潤(rùn)滑情況，將摩擦分為以下幾種狀態(tài)兩摩擦表面間不加任何潤(rùn)滑劑七、機(jī)械零件的摩擦、磨損與潤(rùn)滑劑（一）摩擦狀態(tài)19精品資料2、邊界摩擦(mócā)（邊界潤(rùn)滑）兩摩擦表面間有潤(rùn)滑油存在，由于潤(rùn)滑油與金屬表面的吸附作用(zuòyòng)，因而在金屬表面上形成極薄的邊界油膜。邊界油膜厚約0.1~0.4μm

20精品資料摩擦(mócā)是在流體內(nèi)部的分子之間進(jìn)行，不會(huì)有磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦(mócā)狀態(tài)。3、流體摩擦(mócā)(流體潤(rùn)滑)4、混合摩擦(混合潤(rùn)滑)摩擦表面處于邊界摩擦與流體摩擦的混合狀態(tài)時(shí)，稱(chēng)為混合摩擦。21精品資料1、機(jī)械零件磨損(mósǔn)的三個(gè)階段磨合階段穩(wěn)定(wěndìng)磨損階段劇烈磨損階段磨合的作用摩擦表面輪廓峰的形狀變化表面材料被加工硬化（二）磨損類(lèi)型磨損曲線22精品資料（1）粘附磨損（2）磨粒磨損（3）疲勞磨損（疲勞點(diǎn)蝕）（4）流體(liútǐ)磨粒磨損和流體(liútǐ)侵蝕磨損（沖蝕磨損）（5）機(jī)械化學(xué)磨損（腐蝕磨損）（6）微動(dòng)磨損（復(fù)合磨損）2、磨損(mósǔn)分類(lèi)根據(jù)磨損機(jī)理分類(lèi)23精品資料潤(rùn)滑劑分為氣體、液體(yètǐ)、半固體和固體4種類(lèi)型1、潤(rùn)滑油有機(jī)油(jīyóu)、礦物油、化學(xué)合成油潤(rùn)滑油的性能指標(biāo)：（1）粘度（2）潤(rùn)滑性(油性)（3）極壓性

（4）閃點(diǎn)（5）凝點(diǎn)（6）氧化穩(wěn)定性（三）潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑的目的在于降低摩擦功耗，減少磨損，同時(shí)還起到冷卻、吸振、防銹等作用。24精品資料1）動(dòng)力(dònglì)粘度粘性(zhānxìnɡ)定律：潤(rùn)滑油流動(dòng)的阻力或潤(rùn)滑油流動(dòng)的內(nèi)摩擦力在流體中任意點(diǎn)處的切應(yīng)力均與該處流體的速度梯度成正比。

——國(guó)際單位

Pa·s（帕·秒）（1）粘度厘米克秒制單位是P（泊）25精品資料2）運(yùn)動(dòng)(yùndòng)粘度我國(guó)石油產(chǎn)品是用運(yùn)動(dòng)粘度(zhāndù)標(biāo)定的國(guó)際單位制中單位是厘米克秒制單位是St（斯）或cSt

26精品資料（2）潤(rùn)滑性(油性(yóuxìng))是指潤(rùn)滑油中極性分子與金屬表面吸附(xīfù)形成一層邊界油膜的能力。（3）極壓性潤(rùn)滑油中加入含硫、氯、磷的有機(jī)極性化合物后，油中極性分子在金屬表面生成抗磨、耐高壓的化學(xué)反應(yīng)邊界膜的性能。

（4）閃點(diǎn)

油汽遇火焰即能發(fā)出閃光時(shí)的最低溫度。（5）凝點(diǎn)

在規(guī)定條件下，潤(rùn)滑油不能再自由流動(dòng)時(shí)所達(dá)到的最高溫度。

（6）氧化穩(wěn)定性

在高溫氣體中時(shí)，會(huì)發(fā)生氧化并生成硫、氯、磷的酸性化合物。這是一些膠狀沉積物，不但腐蝕金屬，而且加劇零件的磨損。27精品資料2、潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑脂是由潤(rùn)滑油和各種(ɡèzhǒnɡ)稠化劑（如鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂）混合稠化而成。鈣基潤(rùn)滑脂，它有耐水性，常用(chánɡyònɡ)于60℃以下的各種機(jī)械設(shè)備中軸承的潤(rùn)滑。鈉基潤(rùn)滑脂可用于115～145℃以下，但不耐水。鋰基潤(rùn)滑脂性能優(yōu)良，耐水，在-20～150℃范圍內(nèi)廣泛使用，可以代替鈣基、鈉基潤(rùn)滑脂。3、固體潤(rùn)滑劑石墨、二硫化鉬、聚氯乙烯樹(shù)脂等潤(rùn)滑脂性能指標(biāo)：（1）錐(針)入度(或稠度)它標(biāo)志著潤(rùn)滑脂內(nèi)阻力的大小和流動(dòng)性的強(qiáng)弱。（2）滴點(diǎn)滴點(diǎn)決定了潤(rùn)滑脂的工作溫度。28精品資料八、機(jī)械零件的材料(cáiliào)及選用（一）機(jī)械零件常用材料

1、金屬材料

黑色金屬

有色金屬(yǒusèjīnshǔ)

2、非金屬材料

高分子材料

陶瓷材料

復(fù)合材料銅、鋁、鋅及其合金塑料、橡膠及合成纖維用于密封件、滾動(dòng)軸承和切削刀具基體相和增強(qiáng)相組成鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵鑄鋼碳鋼與合金鋼29精品資料（二）材料選用原則(yuánzé)

1、載荷、應(yīng)力的大小和性質(zhì)

2、零件的工