楊可楨機械設計chap9 機械零件設計概論

Chap9

機械零件設計概論

學習內(nèi)容學習要求學習重點設計要求設計準則材料選擇了解設計要求掌握設計準則了解材料選擇及工藝性要求設計準則09-1機械零件設計概述一、機械設計的基本要求

1滿足社會需求（最基本前提和出發(fā)點）

2可靠性的要求

（

衡量產(chǎn)品質(zhì)量指標）3經(jīng)濟性要求

4安全性要求

1二、機械設計的類型

開發(fā)性設計：機械產(chǎn)品的工作原理和具體結(jié)構(gòu)等完全未知的情況下，應用成熟的科學技術(shù)或經(jīng)過實驗證明是可行的新技術(shù)，開發(fā)設計新產(chǎn)品，這是一種完全創(chuàng)新的設計。適應性設計：對現(xiàn)有機械產(chǎn)品的工作原理、設計方案不變的前提下，僅作局部變更或增加附加功能，在結(jié)構(gòu)上作相應調(diào)整，使產(chǎn)品更能滿足使用要求。變形設計：機械產(chǎn)品的工作原理和功能結(jié)構(gòu)不變，為了適應工藝條件或使用要求，改變產(chǎn)品的具體參數(shù)和結(jié)構(gòu)。29-1機械零件設計概述三、機械設計的一般過程產(chǎn)品的開發(fā)性設計過程大致包括規(guī)劃設計、方案設計、技術(shù)設計、施工設計及改造設計等五個階段。四、零件的失效形式和計算準則

為了保證零件能正常工作，在設計零件時應首先進行零件的失效分析，預估失效的可能性，采取相應措施，其中包括理論計算，計算所依據(jù)的條件稱為計算準則，常用的計算準則有：強度、剛度，接觸強度、耐磨性等。39-2機械零件的強度一、強度準則

強度是機械零件抵抗斷裂、表面疲勞破壞或過大塑性變形等失效的能力。強度要求是保證機械零件能正常工作的基本要求，其典型的計算公式為：σ≤[σ]，[σ]=σlim/S

τ≤[τ]，[τ]=τlim/S

式中：σ.τ——零件的工作正應力、切應力[σ]，[τ]——材料的許用正應力、許用切應力

σlim，τlim——材料的極限正應力、極限切應力

S——安全系數(shù)

許用應力取決于應力的種類、零件材料的極限應力和安全系數(shù)等，下面只研究正應力。τ4二、應力種類1靜應力：不隨時間變化的應力。如擰緊螺母的應力。2變應力：隨時間變化的應力。周期性變化的變應力為循環(huán)變應力。循環(huán)特性：平均應力：應力幅：r=-1時，對稱循環(huán)變應力r=0時，脈動循環(huán)變應力r=+1時，靜應力9-2機械零件的強度5三、靜應力下的許用應力靜應力下材料的失效形式：斷裂或塑性變形。

2.脆性材料：取強度極限σB

為極限應力：1.塑性材料：取屈服極限σS

為極限應力：四、變應力下的許用應力變應力下，零件的失效形式：疲勞斷裂現(xiàn)象：微裂紋→脆性突然斷裂疲勞斷裂與應力循環(huán)次數(shù)（使用期限或壽命）有關(guān)。9-2機械零件的強度61.疲勞曲線橫坐標：N，縱坐標：σN0

——循環(huán)基數(shù)σ-1——彎曲疲勞極限N<N0時，m—隨應力狀態(tài)而不同的冪指數(shù)，取值如下：鋼材：受彎曲疲勞和拉壓疲勞時，m=6～20，N0=（1～10）×106

初步計算時，鋼制中等尺寸零件：m=9，N0=5×106

鋼制大尺寸零件：m=9，N0=107

9-2機械零件的強度72.許用應力

變應力下的極限應力：疲勞極限對稱循環(huán)變應力：脈動循環(huán)變應力：五、安全系數(shù)S除查表法，安全系數(shù)選擇原則：（1）靜應力，塑性材料以屈服極限為極限應力，S=1.2～1.5

塑性較差或鑄鋼件，S=1.5～2.5（2）靜應力，脆性材料以強度極限為極限應力，如高強度鋼或鑄鐵件S=3～4（3）變應力，以疲勞極限為極限應力，S=1.3～1.7

材料不均勻，計算不精確時，S=1.7～2.5（4）S=S1·

S2

·

S3

S1——準確性；S2——性能不均勻性；S3——重要性8一、定義：接觸應力：兩個琴件在受載前是點接觸或線接觸，受載后，由于變形此面積表層產(chǎn)生的局部應力，這種應力稱為接舢應力，此時零件強度為接觸強度。如齒輪、滾動軸承等表現(xiàn)形式：20μm處產(chǎn)生初始疲勞裂紋→擴展→剝落→小坑→疲勞點蝕9-3機械零件的接觸強度9二、最大接觸強度σH

以兩柱接觸為例，中線處最大接觸應力為：9-3機械零件的接觸強度接觸疲勞強度的判定件：σH≤[σH]，以較軟材料為準。經(jīng)驗公式：＝2.76HBS一70MPa109-4機械零件的耐磨性一、定義磨損：運動副中，摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象。耐磨性：零伴抗磨損的能力。據(jù)統(tǒng)汁，約有80％的損壞零件是因磨損而報廢的。二、磨損種類

磨粒磨損：硬質(zhì)顆?；蛴驳耐狗?，在摩擦過程中引起的材料脫落現(xiàn)象。

粘著磨損（膠合）：有粗糙度，材料產(chǎn)生塑性流動。接觸處發(fā)生粘著，滑動時會使接觸表面村料由一個表面轉(zhuǎn)移到另一個表面。

疲勞磨損（點蝕）：高副中，如凸輪、齒輪等，受載時出現(xiàn)表層金屬小片狀剝落，表面形成小坑。

腐燭磨損：化學反應或電化學反應的磨損三、磨損準則(1)實用耐磨計算是限制運動副的壓強：p≤[p]

(2)相對運動速度較高時，還應考慮運動副的發(fā)熱量fpv，計算條件為：pv≤[pv]119-5機械零件的剛度與耐熱性剛度準則：

剛度是指零件在載荷的作用下，抵抗彈性變形的能力。剛度準則要求零件在載荷作用下的彈性變形y在許用的極限值[y]之內(nèi)，其表達式為：

y

≤[y]

耐熱性準則:機械零部件在高溫工作條件下，由于過度受熱，會引起潤滑油失效、氧化、膠合、熱變形、硬度降低等問題，使零件失效或機械精度降低。因此，為了保證零部件在高溫下正常工作，應合理設計其結(jié)構(gòu)及合理選擇材料，必要時須采用水冷或氣冷等降溫措施。

材料力學性能見表9-112一、公差與配合9-6公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先系數(shù)1公差：零件兩個極限尺寸之差。2配合：同一基本尺寸的孔與軸結(jié)合有間隙、過盈、過渡配合三種。目的：保證零件互換性基孔制配合13二、表面粗糙度

9-6公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先系數(shù)零件表面的微觀幾何形狀誤差，主要指刀痕。表面粗糙度的評定參數(shù)之一是輪廊算術(shù)平均偏差Ra

：14三、優(yōu)先系數(shù)9-6公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先系數(shù)用來使型號、直徑．轉(zhuǎn)速、承載量和功率等量值得到合理的分級。

GB321一80

規(guī)定的優(yōu)先效系有四種基本系列，

R5系列，公比為

R10系列，公比為=1.25,如齒輪的模數(shù)，P57

R20系列,公比為=1.12

R40系列,公比為=1.0615一、工藝性9-6機械零件的工藝性及標準化

二、標準化（1）產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化——系列化產(chǎn)品；（2）零部件的通用化——通用互換；（3）產(chǎn)品質(zhì)量標準化——競爭力（1）毛坯選擇合理（2）結(jié)構(gòu)簡單合理（3）規(guī)定適當?shù)闹圃炀燃氨砻娲植诙葮藴实念愋停篒SO，

GB（GB/T），JB，地方標