文档介绍：机械设计基础第章机械零件设计概论东莞理工学院田君§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东莞理工学院田君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;东莞理工学院田君载荷系数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、τlim-----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,通常用引入东莞理工学院田君一、应力的种类otσσ=常数σmax脉动循环变应力r=0σm静应力:σ=常数变应力:σ随时间变化平均应力:应力幅:Tσmaxσminσaσaσm循环变应力otσ变应力的循环特性:σmaxσminσaσa对称循环变应力r=-1otσ----脉动循环变应力----对称循环变应力-1=0+1----静应力otσσaσaσminr=+1静应力是变应力的特例东莞理工学院田君二、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,东莞理工学院田君1、疲劳曲线NOσσ-1N0σ-1NN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。东莞理工学院田君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、绝对尺寸和表面状态等影晌,为此引人应力集中系数kσ、尺寸系数εσ和表面状态系数β等。当应力是对称循环变化时,许用应力为:当应力是脉动循环变化时,许用应力为:σ0为材料的脉动循环疲劳极限,S为安全系数。以上各系数均可机械设计手册中查得。以上所述为“无限寿命”,有限寿命时,用σ-1N代入得:东莞理工学院田君四、安全系数安全系数定得正确与否对零件尺寸有很大影响1)静应力下,塑性材料的零件:S=~ 铸钢件:S=~↑典型机械的S可通过查表求得。无表可查时,按以下原则取:→零件尺寸大,结构笨重。S↓→可能不安全。2)静应力下,脆性材料,如高强度钢或铸铁:S=3~43)变应力下,S=~,或计算不准时取:S=~§9-3机械零件的接触强度若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后,由于变形其接触处为