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
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§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
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对于各种不同的失效形式,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;
防止失效的而制定的判定条件是:计算量<许用量
----工作能力计算准则。
机械零件设计计算的步骤:
1)拟定零件的计算简图; 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 5) 绘制工作图并标注必要的技术条件。
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;
校核计算:根据实物和经验数据初步拟定零件结构和尺寸,再用相关的判定条件进行判定
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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。
名义应力---按名义载荷计算所得应力。计算应力---按名义载荷计算所得应力:
许用应力法:
[σ]=、[τ]-----许用应力
S---安全系数;[S]---许用安全系数
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
当机械零件按强度条件判定时,可采用许用应力法或者安全系数法:
安全系数法:
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§9-2 机械零件的强度
简单应力状态下的极限应力可以后实验方法测得;对于
复杂应力状态下工作的零件,则应根据材料力学中所述
的强度理论确定其强度条件。许用应力取决于应力的种
类、零件材料的极限应力和安全系数等。
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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:周期性的变应力。
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
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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:
对于静应力下的组织均匀的脆性材料,如淬火后低温回火的高强度钢,还应考虑应力集中的影响;对于内部组织的不均匀性已远大于外部应力集中的影响的脆性材料,计算时不考虑应力集中。
退火:将钢加热到一定温度,并保温到一定时间后,随炉缓慢冷却的热处理方法。主要用来消除内应力、降低硬度,便于切削。
正火:将钢加热到一定温度,保温一定时间后,空冷或风冷的热处理方法。可消除内应力,降低硬度,便于切削加工;对一般零件,也可作为最终热处理,提高材料的机械性能。
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二、静应力下的许用应力
淬火:将钢加热到一定温度,保温一定时间后,浸入到淬火介质中快速冷却的热处理方法。可提高材料的硬度和耐磨性,但存在很大的内应力,脆性也相应增加。淬火后一般需回火。淬火还可提高其抗腐蚀性。
调质:淬火后加高温回火的热处理方法。可获得强度、硬度、塑性、韧性等均较好的综合力学性能,广泛应用于较为重要的零件设计中。
表面淬火:迅速将零件表面加热到