文档介绍：第2章机械及机械零件设计基础知识
机械设计的基本要求和一般设计程序
机械零件的主要失效形式和工作能力
机械零件的设计准则和一般设计步骤
机械零件的材料及选择
摩擦、磨损与润滑
机械零件的结构工艺性及标准化
本章概要:机械设计是指规划和设计实现预期功能的新机械或改进原有机械的性能。本章扼要阐明机械设计中的共同性问题,如机械设计的基本要求和一般设计程序;机械零件的主要失效形式和设计准则;机械零件的材料等。介绍摩擦、磨损与润滑,零件的结构工艺性及标准化等机械零件设计所需的基础知识。
机械设计的基本要求和一般设计程序
机械设计的基本要求
机械设计的一般设计程序
机械设计应满足的基本要求:①功能要求②可靠性与安全性要求③经济性要求④社会性要求⑤其它特殊要求。
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。
产品规划
概念设计
构形设计
编制技术文件
技术审定和产品鉴定
机械零件的主要失效形式和工作能力
零件的失效形式:
①断裂;
②过大的弹性变形或塑性变形;
③工作表面损伤失效(腐蚀、磨损和接触疲劳);
④发生强烈的振动;联接的松弛; 摩擦传动的打滑等。
失效并不简单地等同于零件的破坏。
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
机械零件的失效:
机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时,称为失效。
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;
防止失效的判定条件是:
计算量<许用量
----工作能力计算准则。
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;
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。
计算载荷-----载荷系数与名义载荷的乘积。
计算应力-----按计算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。
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
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。
工作载荷-----在某种工作条件下零件实际承受的载荷。.
机械零件的工作能力
许用应力和极限应力、接触应力
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
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:
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,
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