机械第九章机械零件设计概论.ppt
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1、第九章 机械零件设计概论,第九章机械零件设计概论,9-1机械零件设计概述 9-2机械零件的强度 9-3 机械零件的接触强度 9-4机械零件的耐磨性 9-5机械制造常用材料及其选择 教学基本要求与重点,一、失效分析. 1.失效的定义:各种机械零件在运行中由于某种原因不能正常工作。 2、机械零件设计的中心问题: 如何保证零件在预期的寿命内不失效。零件不发生失效时的安全工作限度称为工作能力。 3、失效形式 1).断裂:占总失效的5 零件在(拉、压、弯、扭)的载荷作用下,B(材料的强度极限)就可能发生断裂。 疲劳断裂 过载,9-1机械零件设计概述,3、失效形式: 1)断裂:占总失效的5 2)过大的残余
2、变形 在载荷的作用下S则产生残余变形。,3)零件的表面破坏:占74 表面磨损 4)接触疲劳 在接触变应力长期作用下,产生点蚀 5)腐蚀 在有害介质中,如 柴油机缸套 生锈 6)正常工作条件破坏引起的失效 动压滑动轴承:缺油、轴承油膜破坏 带传动:过载打滑 高速回转零件:共振,二、设计机械零件时应满足的基本要求 总要求:避免失效、提高效益。 在预定的使用期限内(预定寿命)不失效 例如: 齿轮转动寿命15年、每年300天、两班制720h 为使机械零件具有预定寿命,从零件的工作能力出发要求零件具有一定的强度、刚度和寿命。 强度:材料抵抗负载的机械性能。 使零件具有适当的强度是设计时必须满足的最基本要
3、求。 刚度:承受单位载荷时的变形。 对精密零件或弹性变形过大会影响机器工作性能。 寿命:在特定条件下,零件工作持续时间称为零件寿命。由于质量、磨损、腐蚀等原因,零件达不到预期寿命。,三、机械零件的计算准则,即设计计算应满足的条件或设计计算依据。 1.强度准则 lim/s= 2. 刚度准则: 弹性变形允许极限值。例yy。 3.寿命准则: LnLn 滚动轴承 4.可靠性准则: 机械性设计可靠度 R(t)=N/N。 N。总数 N滚动轴承失效数106 转 R(t)=0.90,四、机械零件的设计方法 1.传统的设计方法 1)理论设计 依据人们长期总结出的设计理论和实验数据进行的设计。 .设计计算,可以简
4、化成简单力学模型。 根据零件的工作情况和工作能力准则确定计算公式。 拟订安全条件(或y) 计算零件危险剖面的尺寸。 根据结构工艺要求和尺寸协调原则进行结构设计 AF/ 如:齿轮传动、螺栓联接,.校核计算:结构复杂应力分布复杂的零件 先参考已有实物、图纸和经验数据,初步拟订零件的结构布局和有关尺寸。 根据工作能力准则校核危险剖面尺寸,2)经验设计,类比设计 根据已有的某类零件的设计和使用实践。归纳出经验关系式,或根据本人经验进行零件的结构设计。 对关键部分进行校核 如:箱体、机架、齿轮结构、带轮机构 3)模型实验设计 做成小模型、小样机,经过各种检验和反复修改,使用于尺寸巨大,结构复杂的重型整体
5、零件或特别重要的设计。,2.现代设计方法: CAD计算机辅助设计、优化设计、有限元法等。,五、机械零件设计的一般步骤 1.选取零件的类型和结构; 要求设计人员对各种零件的类型、优缺点、特性、使用范围有透彻了解。 2.受力分析 根据机器运动简图、工作要求、计算作用于零件上的载荷 3.选取材料 根据工作条件,对零件的特殊要求 4.失效分析,确定计算准则 通过计算确定立功脑筋基本尺寸或主要参数 5.进行零件的结构设计 绘出零件的工作图,标出必要的技术条件,说明书。,一、载荷和应力: 1.载荷 a.静载荷:不随时间变化或变化缓慢的载荷。 b.动载荷:随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷。 在设计计算
6、中,常把载荷分为名义载荷和计算载荷。 Fc=K*FTc=K*T 2.应力 静应力:不随时间而变的应力。 变应力:不断随时间变化的应力。 大多数零件都是处于变应力状态下工作。,9-2机械零件的强度,二、静应力作用下的强度计算,calim/S 其中:ca-计算应力 lim-极限应力 S-安全系数 1.工作应力:按材料力学的计算公式求出的作用在零件剖面上的产生应力。 例如:拉伸应力,弯曲应力b,扭剪应力。 2.计算应力:零件危险剖面上如呈现复杂应力状态时,按某一强度理论求出的与单向拉伸具有同等破坏作用的应力。 lim-极限应力。对于塑性材料用屈服极限s,脆性材料用强度极限b 。 S-安全系数。极限应
7、力与许用应力的比值S=lim/。 3.如果危险剖面上呈现单向应力状态时,工作应力就是计算应力。,三、变应力时机械零件的强度计算:,1.变应力的种类:,循环特性:r=min/max,对称循环变应力r=-1 m=0 a=max=-1,脉动变应力r=0 , m=a min=0 max=a+m,非对称循环变应力-1r0, 0r1,2.变应力下的破坏形式:,疲劳破坏,A、疲劳断裂的特征: 1)疲劳断裂的最大应力远比静应力下的强度极限低,甚至比屈服极限低。 2)其疲劳断口为无明显塑性变形的脆性突称然断裂。 3)疲劳断裂是损伤的积累。 形成过程:表面初始裂纹裂纹扩展断裂。 其断口有明显的光滑区和粗糙区。 零
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