文档介绍：第9章机械零件设计概论
§9-1 机械零件设计概论
§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
§9-6 公差与配合、表面粗糙度和优先数系
§9-7 机械零件的工艺性及标准化
长沙交通学院专用
§9-1 机械零件设计概论
机械设计应满足的要求:
在满足预期功能的前提下,性能好、效率高、成本低,在预定使用期限内安全可靠,操作方便、维修简单和造型美观等。
机械零件的失效:
机械零件曲于某种原因不能正常工作时,称为失效。
工作能力----在不发生失效的条件下,零件所能安全工作的限度。通常此限度是对载荷而言,所以习惯上又称为:
承载能力。
零件的失效形式: 断裂或塑性变形; 过大的弹性变形; 工作表面的过度磨损或损伤; 发生强烈的振动;联接的松弛; 摩擦传动的打滑等。如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带传动等。机械零件虽然有多种可能的失效形式,归纳起来最主要的为
长沙交通学院专用
对于各种不同的失效形式,也各有相应的工作能力判定条件
强度条件:计算应力<许用应力;
机械零件设计的步骤:
1)拟定零件的计算简图;
5) 绘制工作图并标注必要的技术条件。
防止失效的判定条件是:
计算量<许用量
----工作能力计算准则。
2) 确定作用在零件上的载荷;
3) 选择合适的材料;
4) 根据零件可能出现的失效形式,选用相应的判定
条件,确定零件的形状; 注意,零件尺寸的计算值一般并不是最终采用的数值,设计者还要根据制造零件的工艺要求和标谁、规格加以圆整
失效原因: 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等
原因。
刚度条件:变形量<许用变形量;
长沙交通学院专用
载荷系数K----考虑各种附加载荷因素的影响。
名义载荷-----在理想的平稳工作条件下作用在零件上
的载荷。
§9-2 机械零件的强度
计算载荷-----载荷系数与名义载荷的乘积。
计算应力-----按名义载荷计算所得之应力:
名义应力-----按名义载荷计算所得之应力。
强度判定条件:
σ、τ
[σ]=、[τ]-----许用应力
S-----安全系数
σlim、τ lim -----极限应力,由实验方法测定。
然而在机器运转时,零件还会受到各种附加载荷,通常用引入
长沙交通学院专用
一、应力的种类
o
t
σ
σ=常数
σmax
脉动循环变应力
r =0
σm
静应力: σ=常数
变应力: σ随时间变化
平均应力:
应力幅:
T
σmax
σmin
σa
σa
σm
循环变应力
o
t
σ
变应力的循环特性:
σmax
σmin
σa
σa
对称循环变应力
r =-1
o
t
σ
----脉动循环变应力
----对称循环变应力
-1
= 0
+1
----静应力
o
t
σ
σa
σa
σmin
r =+1
静应力是变应力的特例
长沙交通学院专用
二、静应力下的许用应力
静应力下,零件材料的破坏形式:断裂或塑性变形
塑性材料,取屈服极限σS 作为极限应力,许用应力为:
脆性材料:取强度极限σB 作为极限应力,许用应力为:
三、变应力下的许用应力
变应力下,零件的损坏形式是疲劳断裂。疲劳断裂具有以下特征:
1)疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限
低,甚至比屈服极限低;
2) 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂;
3) 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。它的初期现象是在零件表面或表层形成微裂纹,这种微裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展,直至余下的未断裂的截面积不足以承受外载荷时,就突然断裂。疲劳断裂不同于一般静力断裂,它是损伤到一定程度后,即裂纹扩展到一定程度后,才发生的突然断裂。所以疲劳断裂是与应力循环次数(即使用期限或寿命)有关的断裂。
不管脆性材料或塑性材料,
长沙交通学院专用
1、疲劳曲线
N
O
σ
σ-1
N0
σ-1N
N
由图可知:应力越小,试件能经受的循环次数就越多。试验表明,当 N>N0以后,曲线趋于水平,可认为在无限次循环时试件将不会断裂。
应力σ与应力循环次数N 之间的关系曲线称为:疲劳曲线
当N>N0 时,
试件将不会断裂。
N0 ----循环基数
N0 对应的应力称为:
当N<N0 时, 有近似公式:
对应于N 的弯曲疲劳极限:
疲劳极限
用σ-1表示材料在对称循环应力下的弯曲疲劳极限。
长沙交通学院专用
2、许用应力
在变应力,应取材料的疲劳极限作为极限应力。同时还应考虑零件的切口和沟槽等截面突变、绝对尺寸和表