第九章機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論

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1、第九章　 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論 0－1 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述 機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求:性能好、效率高、安全可靠、操作方便等。 機(jī)械零件的失效：因某種原因不能正常工作時(shí); 機(jī)械零件的工作能力(承載能力）:在不發(fā)生失效的條件下,零件所能安全工作的限度； 零件的失效形式 斷裂或塑性變形 過大的彈性變形 工作表面的過度磨損或損傷 發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)；聯(lián)接的松弛 摩擦傳動(dòng)的打滑等 主要失效原因:強(qiáng)度、剛度、耐磨性、穩(wěn)定性和溫度的影響等方面的問題； 強(qiáng)度條件：計(jì)算應(yīng)力<許用應(yīng)力; 剛度條件:變形量〈許用變形量 防止失效的判定條件 計(jì)算量＜許用量 工作能力計(jì)算準(zhǔn)則 4)

2、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 5) 繪制工作圖并標(biāo)注必要的技術(shù)條件 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)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5） 繪制工作圖并標(biāo)注必要的技術(shù)條件 計(jì)算方法： 校核計(jì)算、設(shè)計(jì)計(jì)算 第二節(jié) 　機(jī)械零件的強(qiáng)度 基本概念 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 名義應(yīng)力:按名義載荷計(jì)算所得之應(yīng)力 載荷系數(shù)K:考慮各種附加載荷因素的影響 計(jì)算載荷載荷系數(shù)與名義載荷的乘積 計(jì)算應(yīng)力按名義載荷計(jì)算所得之應(yīng)力 強(qiáng)度判

3、定條件 一、應(yīng)力的種類o t σ σ=常數(shù) 靜應(yīng)力: 　 σ=常數(shù) 變應(yīng)力： σ隨時(shí)間變化 平均應(yīng)力: 應(yīng)力幅: 變應(yīng)力的循環(huán)特性： -１脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 -1 0 +1 靜應(yīng)力 脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 -1 0 +1 靜應(yīng)力 ，對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 0，脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力 +1，靜應(yīng)力 循環(huán)變應(yīng)力　 T σmax σmin σa σa σm o t σ σmax σmin σa σa o t σ r =+1 循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力

4、 o t σ σm σa σa σmin 脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力 二、靜應(yīng)力下的許用應(yīng)力 靜應(yīng)力下,零件材料的破壞形式:斷裂或塑性變形 塑性材料，取屈服極限σS 作為極限應(yīng)力,許用應(yīng)力為:[σ]= σS／S 脆性材料:取強(qiáng)度極限σB 作為極限應(yīng)力,許用應(yīng)力為:[σ］= σB／S 三、變應(yīng)力下的許用應(yīng)力 變應(yīng)力下，零件的損壞形式是疲勞斷裂.疲勞斷裂具有以下特征: 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) 疲勞斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂； 3) 疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結(jié)果。 1、疲勞曲線 應(yīng)

5、力σ與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)Ｎ　之間的關(guān)系曲線稱為：疲勞曲線 由圖可知:應(yīng)力越小，試件能經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)就越多。試驗(yàn)表明，當(dāng) Ｎ>N0以后,曲線趨于水平，可認(rèn)為在無限次循環(huán)時(shí)試件將不會(huì)斷裂。 當(dāng)N>N0　時(shí)， 試件將不會(huì)斷裂。 N0 N O σ σ-1 σ-1N N N0 —-循環(huán)基數(shù)，N０ 對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為：疲勞極限 用σ-1表示材料在對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下的彎曲疲勞極限. 當(dāng)N＜N０ 時(shí)， 有近似公式： 對(duì)應(yīng)于N　的彎曲疲勞極限： 2、許用應(yīng)力 在變應(yīng)力，應(yīng)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突變、絕對(duì)尺寸和表面狀態(tài)等影晌，為此引人應(yīng)力集中系數(shù)kσ

6、、尺寸系數(shù)εσ和表面狀態(tài)系數(shù)β等。 當(dāng)應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變化時(shí)，許用應(yīng)力為: 當(dāng)應(yīng)力是脈動(dòng)循環(huán)變化時(shí),許用應(yīng)力為： 四、安全系數(shù) S↑，可能不安全 典型機(jī)械的 S 可通過查表求得，無表可查時(shí),按以下原則取: １）靜應(yīng)力下,塑性材料的零件：S =1。2～1.5 　 　　 　 鑄鋼件：S =1。5～２.5 ２）靜應(yīng)力下，脆性材料，如高強(qiáng)度鋼或鑄鐵: 　 　 　 　 　 　 　S =3～４ 3)變應(yīng)力下,　 　 　S　=1。3~1.7　 材料不均勻，或計(jì)算不準(zhǔn)時(shí)取：　S =1。7～２.5 第三節(jié)

7、機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度 若兩個(gè)零件在受載前是點(diǎn)接觸或線接觸.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，零件強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度. 齒輪、凸輪、滾動(dòng)軸承等 失效形式常表現(xiàn)為： 疲勞點(diǎn)蝕 后果:減少了接觸面積、損壞了零件的光滑表面、降低了承載能力、引起振動(dòng)和噪音. 接觸疲勞強(qiáng)度的判定條件為： 金屬剝落出現(xiàn)小坑 第四節(jié)　機(jī)械零件的耐磨性 運(yùn)動(dòng)副摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。磨損會(huì)逐漸改變零件尺寸和摩擦表面形狀。 零件抗磨損的能力稱為耐磨性 磨損↑間隙↑、精度↓、效率↓、 振動(dòng)↑、沖擊↑、噪音↑ 據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有8

8、０%的損壞零件是因磨損而報(bào)廢的. 磨損的主要類型?。? 1）磨粒磨損 2）粘著磨損(膠合磨損) ３)疲勞磨損(疲勞點(diǎn)蝕) 4）腐蝕磨損 實(shí)用耐磨計(jì)算是限制運(yùn)動(dòng)副的壓強(qiáng)p，即： p　≤ ［p］ 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，還應(yīng)考慮運(yùn)動(dòng)副單位時(shí)間單位接觸面積的發(fā)熱量 f?。?v 。在摩擦系數(shù)一定的情況下，可將　p v　值與許用的 [p ｖ]　值進(jìn)行比較。即: ｐ?。?≤ ［ｐ v ] 第五節(jié) 機(jī)械制造常用材料及其選擇 一、金屬材料 常用金屬材料 鑄鐵:含碳量＞2% 鋼:含碳量≤ 2％ 銅合金 1、鑄鐵:灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等?！? 特點(diǎn)：良好的液態(tài)

9、流動(dòng)性，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件。較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本低廉 磨損的主要類型 ： 1）磨粒磨損 ２）粘著磨損(膠合磨損)　 ３)疲勞磨損(疲勞點(diǎn)蝕） 4)腐蝕磨損 特點(diǎn)：與鑄鐵相比,鋼具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性。可用熱處理方法改善其力學(xué)性能和加工性能。　 零件毛坯獲取方法:鍛造、沖壓、焊接、鑄造等. 應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛. 選用原則： 　優(yōu)選碳素鋼,其次是硅、錳、硼、釩類合金鋼。 3、銅合金 種類 青銅——含錫青銅、不含錫青銅 黃銅——銅鋅合金,并含有少量的錳、鋁、鎳 軸承合金（巴氏合金） 特點(diǎn)：具有良好的塑性和液態(tài)流動(dòng)性。青銅合金

10、還具有良好的減摩性和抗腐蝕性。 零件毛坯獲取方法：輾壓、鑄造 應(yīng)用:應(yīng)用范圍廣泛 二、非金屬材料 1、橡膠 橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。常用作聯(lián)軸器或減震器的彈性元件、帶傳動(dòng)的膠帶等。硬橡膠可用于制造用水潤(rùn)滑的軸承襯。 ２、塑料 塑料的比重小，易于制成形狀復(fù)雜的零件,而且各種不同塑料具有不同的特點(diǎn)，如耐蝕性、絕熱性、絕緣性、減摩性、摩擦系數(shù)大等，所以近年來在機(jī)械制造中其應(yīng)用日益廣泛。 ３、其它非金屬材料：皮革、木材、紙板、棉、絲等。 選材因素：用途、工作條件、物理、化學(xué)、機(jī)械工藝性能、經(jīng)濟(jì)性 各種材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能可在相關(guān)國(guó)標(biāo)、行標(biāo)和機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查

11、得。　 為了材料供應(yīng)和生產(chǎn)管理上的方便，應(yīng)盡量縮減材料的品種 第六節(jié)　公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先系數(shù) 一、 公差與配合 互換性：零件在裝配時(shí)，不需要選擇和附加加工的就能滿足預(yù)期技術(shù)與使用要求的特性。　 基本尺寸：由設(shè)計(jì)圖紙給定的零件理論尺寸；為確定值。 實(shí)際尺寸：制造加工后測(cè)量所得零件尺寸；由于測(cè)量有誤差，所以實(shí)際尺寸并非真值。相對(duì)于基本尺寸而言，總是有誤差。 尺寸公差:最大極限尺寸與最小極限尺寸之差；即允許的尺寸變動(dòng)量. 配合：基本尺寸相同，相互結(jié)合的孔與軸公差帶之間的關(guān)系 配合類型 間隙配合：孔>軸，用于可動(dòng)聯(lián)接，如活動(dòng)鉸鏈 過渡配合：可能有間隙，也可能具有過

12、盈。用于要求具有良好的同軸性而又便于拆裝的靜聯(lián)接，如齒輪與軸; 過盈配合:孔＜軸，用于靜聯(lián)接，如火車輪與軸 最小間隙：　 Xmiｎ?。健】譵in—軸ｍax 最大間隙： 　Xmaｘ =　孔mａx-軸ｍｉn 最小過盈:　Ymｉn = 孔ｍax—軸miｎ 最大過盈： Yｍａx =　孔min-軸max 間隙配合 孔公差帶 軸公差帶 孔公差帶 軸公差帶 Xmax Xmin Xmax Xmin= 0 過盈配合 孔公差帶 軸公差帶 孔公差帶 軸公差帶 Ymax Ymax Ymin= 0 Ymin 過渡配合 孔公差帶 軸公差帶 孔公

13、差帶 軸公差帶 孔公差帶 Ymax Xmax Ymax Xmax Ymax 軸公差帶 Xmax 配合基準(zhǔn)制 基孔制配合 基軸制配合 基孔制配合：孔是基準(zhǔn)孔，下偏差EI=０，　代號(hào)為:H ,通過改變軸的公差帶來或得各種不同的配合特性. H 零線 D 孔公差 k js h g e f r p m s 間隙配合 過渡配合 過盈配合 基軸制配合：軸是基準(zhǔn)軸,上偏差es＝0， 代號(hào)為:ｈ，通過改變孔的公差帶來或得各種不同的配合特性。 零線 h D 軸公差 K JS H G E F R P M S 間隙配

14、合 過渡配合 過盈配合 二、 　表面粗糙度 定義:零件表面的微觀幾何形狀誤差稱為表面粗糙度 特征：加工后零件表面留下的微細(xì)而凹凸不平的刀痕。 評(píng)定參數(shù)：輪廓算術(shù)平均偏差?a?a取樣長(zhǎng)度l內(nèi),被測(cè)輪廓上各點(diǎn)至輪廓中線偏居絕對(duì)值的算術(shù)平均值： 輪廓峰谷線 輪廓峰頂線 輪廓峰高 yp 輪廓谷深 yv 中線 l y x 第七節(jié) 機(jī)械零件的工藝性 及標(biāo)準(zhǔn)化 一、工藝性 零件設(shè)計(jì)要求 使用要求-—具備所要求的工作能力; 制造要求——制造工藝可行,成本低; 零件工藝性良好的標(biāo)志: 在具體的生產(chǎn)條件下，零件要便于加工且費(fèi)用低。 工藝性的基本要

15、求: １）　毛坯選擇合理 制備方法 單件或小批量生產(chǎn)時(shí)，選用棒料、板材、型材或焊件。 應(yīng)用于大批量生產(chǎn)。 用型材 焊接 鍛造 鑄造 2)　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理 3)　合理的制造精度和表面粗糙度 4)　盡量減小零件的加工量 二、標(biāo)準(zhǔn)化 定義:標(biāo)準(zhǔn)化是在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、科學(xué)及管理等社會(huì)實(shí)踐中,對(duì)重復(fù)事務(wù)和概念,通過制定、發(fā)布和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，以獲得最佳秩序和效益. 內(nèi)容: 1）產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化 　 將同一類產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等依次分檔,制成系列化產(chǎn)品,以較少的規(guī)格品種滿足用戶的廣泛要求。 2)零部件的通用化　 將用途、結(jié)構(gòu)相近的零部件（如軸承、螺栓等），經(jīng)過統(tǒng)一后實(shí)現(xiàn)互換; 3)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化 要保證產(chǎn)品產(chǎn)品質(zhì)量合格和穩(wěn)定，就必須做好設(shè)計(jì)、加工工藝、裝配檢驗(yàn)、包裝儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化。 意義: 1)制造上可以實(shí)現(xiàn)專業(yè)化大批量生產(chǎn)，既可提高產(chǎn)品質(zhì)量,又能降低成本； 2）設(shè)計(jì)方面可減少設(shè)計(jì)工作量； 3)管理維修方面可減少庫(kù)存量，便于更換損壞的零件。 不足之處，敬請(qǐng)諒解 7 / 7