機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第九章

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（二）開(kāi)課單位：機(jī)械基礎(chǔ)中心主講教師:李凌志參考書(shū)目1.《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》楊可楨、程光蘊(yùn)主編.高等教育出版社.第五版2.《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》陳秀寧、施高義主編.高等教育出版社.第二版1、學(xué)期成績(jī)?cè)u(píng)定：2、課程要求：A：獨(dú)立完成作業(yè)B：按時(shí)交作業(yè)，遲交無(wú)成績(jī)C：作業(yè)總量不足2/3，取消考試資格D：點(diǎn)名3次不到者取消考試資格A：期末考試成績(jī)（70％）B：課后作業(yè)（20％）C：實(shí)驗(yàn)成績(jī)（10％）機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)例第9章機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論§9-1機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述一、機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求在滿足預(yù)期功能的前提下，性能好（使用功能）、效率高、成本低（經(jīng)濟(jì)性好），在預(yù)定使用期限內(nèi)安全可靠、操作方便、維修簡(jiǎn)單和造型美觀等。概括為：所設(shè)計(jì)的機(jī)械零件既要工作可靠，又要成本低廉。二、機(jī)械零件的失效1、失效：機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作時(shí)，稱為失效。（完不成規(guī)定的功能或達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的性能時(shí)）2、工作能力：在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度，稱為工作能力。通常此限度是對(duì)載荷而言，又稱為承載能力。三、機(jī)械零件失效的原因1、因強(qiáng)度不夠發(fā)生斷裂或塑性變形2、因剛度不夠產(chǎn)生過(guò)大的彈性變形3、因材料的耐磨性不足或潤(rùn)滑不良而使工作表面的過(guò)度磨損或損傷4、發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)5、連接的松弛6、摩擦傳動(dòng)的打滑四、機(jī)械零件工作能力的判定條件計(jì)算量≤許用量五、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的步驟1、擬定零件的計(jì)算簡(jiǎn)圖；2、確定作用在零件上的載荷；3、選擇合適的材料；4、根據(jù)零件可能出現(xiàn)的失效形式，選用相應(yīng)的判定條件，確定零件的形狀和尺寸；5、繪制工作圖并標(biāo)注必要的技術(shù)條件。以上過(guò)程為設(shè)計(jì)計(jì)算，反之為校核計(jì)算?！?-2機(jī)械零件的強(qiáng)度一、強(qiáng)度概論1、名義載荷：在理想的平穩(wěn)工作條件下作用在零件上的載荷（不考慮動(dòng)載荷的影響）。2、載荷系數(shù)K：綜合考慮零件在實(shí)際工作中承受的各種附加載荷所引入的系數(shù)。3、計(jì)算載荷：載荷系數(shù)與名義載荷的乘積。4、名義應(yīng)力與計(jì)算應(yīng)力按照名義載荷用力學(xué)公式求得的應(yīng)力稱為名義應(yīng)力；按照計(jì)算載荷求得的應(yīng)力稱為計(jì)算應(yīng)力。5、強(qiáng)度條件（許用應(yīng)力法或安全系數(shù)法）許用應(yīng)力法：σ≤[σ]或τ≤[τ]σ－計(jì)算正應(yīng)力

[σ]=σlim/S，零件材料的許用正應(yīng)力τ－計(jì)算切應(yīng)力

[τ]=τlim/S，零件材料的許用切應(yīng)力

安全系數(shù)法：S是危險(xiǎn)截面處的安全系數(shù)極限應(yīng)力一般都是在簡(jiǎn)單的應(yīng)力狀態(tài)下測(cè)得的二、應(yīng)力的種類靜應(yīng)力：不隨時(shí)間變化的應(yīng)力變應(yīng)力：隨時(shí)間變化的應(yīng)力循環(huán)變應(yīng)力：具有周期性的變應(yīng)力非循環(huán)變應(yīng)力：不具有周期性的變應(yīng)力σtOσmaxσtσminσaσmOT變應(yīng)力的描述參數(shù)：最大應(yīng)力σmax

最小應(yīng)力σmin

平均應(yīng)力σm

應(yīng)力幅σa

循環(huán)特性r

r

＝－1，對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力r

＝0，脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力r

＝＋1，靜應(yīng)力-1<r<1，非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。σtTTσmaxσtσminσaσmOT三、靜應(yīng)力條件下的許用應(yīng)力1、靜應(yīng)力下零件的失效形式：

脆性材料：斷裂塑性材料：塑性變形2、靜應(yīng)力下的許用應(yīng)力：塑性材料：取材料的屈服極限σS

作為極限應(yīng)力脆性材料：取材料的強(qiáng)度極限σB

作為極限應(yīng)力四、變應(yīng)力條件下的許用應(yīng)力1、變應(yīng)力下零件的失效形式：疲勞斷裂疲勞斷裂斷口形式其它斷裂斷口形式其特征為：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)象是在零件的表面或表層形成微裂紋，這種裂紋隨著應(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)的截面積不以承受外載荷時(shí)，零件就突然斷裂。疲勞斷裂與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（即使用期限或壽命）密切相關(guān)。2、疲勞曲線疲勞曲線：表示應(yīng)力σ與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系曲線N0－循環(huán)基數(shù)σr－材料的疲勞極限通常，用σ-1表示材料在對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力下的彎曲疲勞極限。疲勞曲線的左半部（N<N0）可用如下方程表示：式中：σ-1N為對(duì)應(yīng)于循環(huán)次數(shù)N的疲勞極限，C為常數(shù)，m為隨應(yīng)力狀態(tài)而不同的冪指數(shù)，對(duì)應(yīng)于受彎的鋼制材料m=9。從上式可求得對(duì)應(yīng)于循環(huán)次數(shù)N的彎曲疲勞極限kN——壽命系數(shù)3、變應(yīng)力下的許用應(yīng)力變應(yīng)力下，取材料的疲勞極限作為極限應(yīng)力。同時(shí)還應(yīng)考慮零件的切口和溝槽等截面尺寸突變、絕對(duì)尺寸和表面狀態(tài)等影響，引入有效應(yīng)力集中系數(shù)kσ、尺寸系數(shù)εσ和表面狀態(tài)系數(shù)β等。對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力下，許用應(yīng)力：脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力下，許用應(yīng)力：式中：S為安全系數(shù)；為材料的脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限；kσ、εσ及β的數(shù)值可在材料力學(xué)或有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得。五、安全系數(shù)根據(jù)上式可知，安全系數(shù)定得正確與否對(duì)零件尺寸有很大的影響。如果安全系數(shù)定得過(guò)大將使結(jié)構(gòu)笨重；如果定得過(guò)小，又可能不安全。根據(jù)使用的部門不同，本書(shū)中采用查表法。沒(méi)有專門的表格時(shí)，可參考下述原則選擇安全系數(shù)。1、靜應(yīng)力下（1）塑性材料：

一般情況下：S=1.2~1.5；塑性較差的材料（σS/σB>0.6）或鑄鋼件S=1.5~2.5。（2）脆性材料：S=3~4。2、變應(yīng)力下S=1.3~1.7；若材料不夠均勻、計(jì)算不夠準(zhǔn)確取S=1.7~2.5?！?-3機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度一、強(qiáng)度分類：

整體強(qiáng)度：零件受載時(shí)是在較大體積內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力，這種應(yīng)力狀態(tài)下的零件強(qiáng)度稱為整體強(qiáng)度。

接觸強(qiáng)度：零件在受載前是點(diǎn)或線接觸，受載后，由于變形其接觸處為一小面積，通常此面積甚小而表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力卻很大，這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力，這時(shí)零件的強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度。機(jī)械零件在周期性接觸應(yīng)力的作用下，首先在表層產(chǎn)生初始疲勞裂紋，然后裂紋逐漸擴(kuò)展，終于使表層金屬呈小片剝落下來(lái)，而在零件表面形成一些小坑，這種現(xiàn)象稱為疲勞點(diǎn)蝕。接觸應(yīng)力作用下的失效形式：疲勞點(diǎn)蝕二、接啊觸應(yīng)力兩圓柱肉體接觸計(jì)算依據(jù)室：彈性力團(tuán)學(xué)的赫茲汽公式接觸疲秒勞強(qiáng)度暴的判定廟條件為藏：式中σHli或m為由實(shí)趣驗(yàn)測(cè)得艘的材料收的接觸對(duì)疲勞極解限，對(duì)尋于鋼，習(xí)其經(jīng)驗(yàn)仗公式為抽：σHli愉m=2.矛76H逐B(yǎng)S-施70炒MPa安全系數(shù)SH可取等于霞或稍大于將1。說(shuō)明兩圓莊柱體上接吃觸應(yīng)力大蹤蝶小相等方依向相反且覆左右對(duì)稱夕兩側(cè)迅速莊降低。作互業(yè)9-1悔1，9-13明顯的榮塑性變厚形斷裂謝謝觀裂看/歡迎下閃載BYF菌AITH依IM披EAN取AVI盯SION疑OF剖GOOD團(tuán)ONE齊CHE妙RISH刷E