機械零件設計概述課件

1、機械零件設計概述PPT課件第十章第十章 機械零件設計概論機械零件設計概論第一節(jié)第一節(jié) 機械零件的工作能力和設計準則機械零件的工作能力和設計準則第二節(jié)第二節(jié) 機械零件常用材料及其選擇原則機械零件常用材料及其選擇原則第三節(jié)第三節(jié) 機械的潤滑機械的潤滑第四節(jié)第四節(jié) 機械零件的工藝性及標準化機械零件的工藝性及標準化機械零件設計概述PPT課件 工作能力：工作能力：在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度。對載荷而言，即為承載能力。 失效：失效：機械零件由于某種原因不能正常工作稱為失效。第一節(jié)第一節(jié) 機械零件的工作能力及計算準則機械零件的工作能力及計算準則 計算準則：計算準則：針對零件的不同失效形式建

2、立的判定零件工作能力的條件，稱為設計準則。常用設計準則有強度準則、剛度準則、耐磨性準則和振動穩(wěn)定性準則等。 設計應滿足的要求設計應滿足的要求 ：既要可靠，又要成本低，避免在預定壽命期內失效。 零件常見失效形式有斷裂，表面失效（接觸疲勞、表面壓潰、磨損、膠合），過大的塑性變形，過大的彈性變形，振動失穩(wěn)，打滑和滑移等。機械零件設計概述PPT課件一、強度一、強度 (一)載荷 名義載荷：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稱為名義載荷。 計算載荷：計算載荷：機器運轉時，除名義載荷外，還會受到有各種附加載荷的作用，其影響用載荷系數k（工況系數）來估計。載荷系數（k1）與名義載荷的乘積，稱

3、為計算載荷。機械零件的設計計算是根據計算載荷進行的。 強度強度： 零件承受載荷后，抵抗破壞的能力。 變載荷：變載荷：大小和方向隨時間變化的載荷。機械零件的工作能力及計算準則機械零件的工作能力及計算準則 靜載荷：靜載荷：大小和方向不隨時間變化的載荷。機械零件設計概述PPT課件 零件受載時，在本體內產生應力為整體強度問題。整體強度包括拉壓、彎曲、扭轉、剪切等幾種類型。若零件整體強度不足，就會產生斷裂或過大的塑性變形，造成零件失效。設計時必須滿足的強度條件為： 、 （二） 整體強度（三）表面強度 零件受載時，在傳力接觸表面上產生應力為表面強度問題。零件的表面強度包括擠壓強度和接觸強度兩種類型。 擠壓

4、強度：擠壓強度：通過面接觸傳力時會產生擠壓應力p，它可能使零件表面壓潰破壞，造成失效。 設計時應滿足的強度條件為：ppAF機械零件的工作能力及計算準則機械零件的工作能力及計算準則 擠壓破壞首先在強度較弱的材料表面產生，所以式中p值應取兩零件中許用擠壓應力較小者。機械零件設計概述PPT課件 接觸強度：接觸強度：兩零件通過點、線接觸（高副）傳遞載荷時，受載后由于彈性變形其接觸區(qū)為一很小面積，表層產生的局部應力很大，稱為接觸應力，其最大值用H表示。這時零件的強度稱為接觸強度。 設計時應滿足的強度條件為：HH機械零件的工作能力及計算準則機械零件的工作能力及計算準則機械零件設計概述PPT課件212111

5、111EEFnH222b(1bEFbEFnnH418. 0)2122121式中，為綜合曲率半徑，21212EEEEEE為綜合彈性模量，對于鋼或鑄鐵，可取泊松比1=2=0.3 ，其值為：機械零件的工作能力及計算準則機械零件的工作能力及計算準則 由彈性力學的分析可知，當兩個軸線平行的圓柱體相互接觸并受壓時，其最大接觸應力H發(fā)生在接觸區(qū)的中線上，其值1 、2為材料的泊松比；E1、 E2為材料的彈性模量；機械零件設計概述PPT課件SlimSlimHHlimSH 許用應力是設計零件時所依據的條件應力，是強度條件的判據。它取決于應力的種類、零件材料的極限應力和安全系數等。合理的許用應力可使零件在具有足夠強

6、度的同時輕巧、緊湊和經濟。計算法是確定許用應力的主要方法。其公式為：lim為極限正應力；機械零件的工作能力及計算準則機械零件的工作能力及計算準則（四）許用應力lim為極限剪應力；Hlim為接觸疲勞極限應力；S為安全系數；SH為材料的接觸疲勞安全系數。機械零件設計概述PPT課件 安全系數：安全系數：極限應力與許用應力的比值稱為安全系數。機械零件的工作能力及計算準則機械零件的工作能力及計算準則S3為考慮零件的重要性系數，一般取S3=11.5。S2為考慮材料機械性能均勻性系數，對鍛鋼或軋鋼件S2=1.21.5；對鑄鐵件取S2=1.52.5；S1為考慮載荷及計算應力的準確性系數，一般取S1=11.5；

7、 安全系數可用查表法和部分系數法確定。部分系數法也是一種比較常用的方法，一般用于無可靠資料直接確定安全系數的情況下?？偘踩禂凳且詭讉€影響因素系數的連乘積來確定的。即： S=S1S2S3機械零件設計概述PPT課件 剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。 剛度對于某些彈性變形超過一定數值后，會影響機器工作質量的零件尤為重要。二、二、 剛度剛度機械零件的工作能力及計算準則機械零件的工作能力及計算準則式中 y、 、 分別為零件的撓度、扭轉角和偏轉角； y、 、分別為其對應的許用值，其按零件的使用要求來確定。剛度條件：yy； ； ；機械零件設計概述PPT課件三、耐磨性三、耐磨性 實際應用中，常用

8、限制壓強p來控制磨損和限制pv值（v為磨擦副相對運動速度）來控制發(fā)熱量，即機械零件的工作能力及計算準則機械零件的工作能力及計算準則 耐磨性是指作相對運動的零件表面在載荷作用下抵抗磨損的能力。p為許用壓強；pv為pv的許用值，其值由摩擦副材料確定。 耐磨性條件為： pp， pvpv機械零件設計概述PPT課件 四、四、 振動穩(wěn)定性振動穩(wěn)定性 在高速機械中，當機械零件的固有頻率與周期性載荷的頻率（機器內的激振源頻率）的整數倍相同或接近時，就會產生共振。共振時振幅急劇增大，這種現象稱為失去振動穩(wěn)定性。零件一但失去振動穩(wěn)定性，將喪失工作能力，甚至斷裂而釀成重大事故。機械零件的工作能力及計算準則機械零件的

9、工作能力及計算準則 避免共振的措施：消除引起振動的根源，如改變機械零件自身的固有頻率，裝設消振器，改變外界周期性載荷的頻率或消除外界周期性載荷等。機械零件設計概述PPT課件第二節(jié)第二節(jié) 機械零件常用材料及其選用原則機械零件常用材料及其選用原則鋼鋼（含量1.4）碳素鋼(普通、優(yōu)質碳素鋼)、合金鋼、鑄鋼。鑄鐵鑄鐵:（含2.06）易成型、價廉、吸振、可靠性差。有色金屬有色金屬：有特殊性能(減摩、抗腐、電）。非金屬非金屬：塑料、橡膠。一、常用材料一、常用材料常用材料的分類和應用表機械零件設計概述PPT課件二、選用原則二、選用原則 1、使用要求機械零件常用材料及其選用原則機械零件常用材料及其選用原則 5

10、)當零件要求重量輕時，應選用輕合金、塑料或高強度材料 4)當零件以耐磨性為主要要求時，可選用減摩、耐磨材料； 3)當零件以剛度為主要要求時，可選用一般強度的材料； 2)當零件受拉伸載荷、剪切載荷、沖擊載荷、變載荷或受力后產生交變應力時，應選用鋼材；受壓零件可選用鑄鐵； 1)當零件所受的載荷大或要求尺寸小時，可選擇強度較高的材料；零件所選用的材料應與所受載荷相適應。機械零件設計概述PPT課件 2、工藝要求 零件所選用的材料應與制造工藝相適應。機械零件常用材料及其選用原則機械零件常用材料及其選用原則 3、經濟性要求 在機械產品成本中，材料成本一般占1/3以上。因而，在滿足使用要求的前提下，應盡量選

11、用價格低廉的材料，這是零件材料選用時應遵循的普遍原則。除此而外還有： 2）對精度高、需要切削加工的零件，宜選用切削性能好的材料。 1）當零件形狀比較復雜或尺寸較大時，如箱、殼、架、蓋等宜選用鑄造性能好的鑄鐵、鑄鋼或焊接性能好的材料； 1）設計組合式零件，以節(jié)約貴重金屬，降低材料成本；機械零件設計概述PPT課件 2）采用精鑄、精鍛等無切削或少切削加工工藝，以提高材料利用率，對于大批量生產可大幅度降低成本； 3）考慮生產費用，以降低成本。鑄鐵比鋼便宜，但對單件或小批量生產，鑄模的費用相對較大，故選用鋼板焊接反而有利，因為省去了模具費用； 4）零件選用的材料牌號、品種、規(guī)格應盡可能少。以求生產準備、

12、采購供應方便，降低成本。機械零件常用材料及其選用原則機械零件常用材料及其選用原則常用材料的相對價格機械零件設計概述PPT課件 一、摩擦的類型及潤滑的作用一、摩擦的類型及潤滑的作用 （一）摩擦的類型（一）摩擦的類型 按接觸表面潤滑情況，摩擦可分為干摩擦、液體摩擦和邊界摩擦等。按接觸表面潤滑情況，摩擦可分為干摩擦、液體摩擦和邊界摩擦等。 1 1）干摩擦）干摩擦 一般金屬或非金屬摩擦表面直接接觸不加入任何潤滑劑時產一般金屬或非金屬摩擦表面直接接觸不加入任何潤滑劑時產生的摩擦稱為干摩擦。生的摩擦稱為干摩擦。 2 2）液體摩擦）液體摩擦 加入潤滑劑后，在摩擦表面形成一層油膜（或固體潤滑加入潤滑劑后，在摩

13、擦表面形成一層油膜（或固體潤滑膜），則可大大減小其摩擦。膜），則可大大減小其摩擦。 3 3）邊界摩擦）邊界摩擦 如果潤滑油膜不能將兩接觸表面完全隔開，這時的潤滑狀如果潤滑油膜不能將兩接觸表面完全隔開，這時的潤滑狀態(tài)稱為邊界摩擦。態(tài)稱為邊界摩擦。 綜上所述，液體摩擦是最理想的情況。在一般機器中，摩擦表面多處于綜上所述，液體摩擦是最理想的情況。在一般機器中，摩擦表面多處于干摩擦、液體摩擦和邊界摩擦的混合狀態(tài)，稱為非液體摩擦或混合摩擦。干摩擦、液體摩擦和邊界摩擦的混合狀態(tài)，稱為非液體摩擦或混合摩擦。第三節(jié)第三節(jié) 機械的潤滑機械的潤滑機械零件設計概述PPT課件 （二）機械潤滑的作用 潤滑的作用大致可歸

14、納為： 1）減磨作用。減輕零件表面的摩擦、磨損和功率損耗； 2）降低溫升作用。一方面是減小摩擦使發(fā)熱量減少；另一方面是潤滑油流過摩擦表面帶走摩擦產生的一部分熱量； 3）清洗作用。潤滑油流過摩擦表面時，帶走磨損落下的金屬細屑和污物； 4）防銹作用。吸附于零件表面的油膜，可保護零部件表面免遭銹蝕。機械的潤滑機械的潤滑機械零件設計概述PPT課件 二、潤滑劑二、潤滑劑 生產中常用的潤滑劑包括潤滑油、潤滑脂、固體潤滑劑和氣體潤滑劑等幾大類。 1.潤滑油的主要性能指標 粘度粘度 體現了液體摩擦狀態(tài)下潤滑油內部摩擦阻力的大小。油粘度愈大，工作阻力愈大，但承載能力也愈大。粘度隨溫度升高而降低。 油性油性 又稱

15、潤滑性，是指潤滑油中的極性物質分子吸附于金屬表面而形成一層堅韌的油膜的能力。這層油膜如果對金屬表面的吸附力大，不易破裂，則潤滑油的油性就好。油性受溫度的影響，溫度過高，吸附油膜會被分解破壞。機械的潤滑機械的潤滑機械零件設計概述PPT課件機械的潤滑機械的潤滑 2. 潤滑脂的主要性能指標 針入度針入度 又稱穿入度或稠度，它表征潤滑脂的軟硬、稠度和流動性。 滴點滴點 是把潤滑脂放入滴點儀中，在規(guī)定的條件下加熱，潤滑脂開始滴下第一滴時的溫度稱為滴點。滴點表征著潤滑脂的耐熱能力。工作溫度應低于滴點1520。 潤滑脂也稱黃油，是一種稠化的潤滑油，其稠化劑皂基不同，性能也不同。有鈣基潤滑脂、鈉基潤滑脂、鋰基

16、潤滑脂、鋁基潤滑脂等。機械零件設計概述PPT課件機械的潤滑機械的潤滑 三、潤滑劑的選用原則三、潤滑劑的選用原則 在設備事故中，潤滑事故占很大比重，而潤滑劑選擇不當又是造成潤滑事故的一個重要因素，選用潤滑劑的基本原則是： 1）載荷大時，宜選用粘度或稠度大的潤滑油或脂。粘度愈大，油膜強度愈高，承載能力愈大； 2）轉速高時，宜選用粘度或稠度低的潤滑油或脂，以避免過大的運動阻力和發(fā)熱； 3）工作溫度高時，宜選用粘度或稠度大的潤滑油或脂，以保證在工作溫度下要求的粘性。 總之，重載、低速和高溫宜選用粘度或稠度大的油或脂；輕載、高速和低溫宜選用粘度或稠度小的油或脂。在實用中，不少機器的潤滑劑是根據使用經驗來

17、確定的。機械零件設計概述PPT課件 第四節(jié)第四節(jié) 機械零件的工藝性及標準化機械零件的工藝性及標準化 一、工藝性一、工藝性 機械零件應具有良好的工藝性，即在一定的生產條件下，能用最少的時間、設備、工具、勞動量以及一般的加工方法生產出來。 1）選擇合理的毛坯種類 零件的毛坯可以是鑄件、鍛件、焊件、沖壓件等。毛坯種類的選擇一般取決于生產批量、材料、尺寸大小和加工可能性等。 2）零件結構形狀應盡量簡單 設計零件時應采用簡單的平面、圓柱面等組成零件的形狀。并使加工表面數目和加工面積最小。 3）合理選擇制造精度和表面粗糙度 制造精度和表面粗糙度選得越高，加工費用就越高。因此，選擇要合理，以滿足使用要求為原則。 4）機械零件的結構應便于拆裝，并盡量減少裝配工作量。機械零件設計概述PPT課件機械零件的工藝性及標準化機械零件的工藝性及標準化 二、標準化二、標準化 標準化是指對零件的品種、規(guī)格、質量、技術條件和檢驗、試驗方法等由國家或行業(yè)制定的一些強制性（或推薦性）統(tǒng)一標準。 設計時應貫徹標準化的原則。推行標準化的意義在于： 1、可使通用零、部件采用先進的工藝方法進行專業(yè)化大批量生產，既能降低成本，又能提高質量。 2、設計中直接采用標準件，可減少設計工作量，降低設計成本；標準件可以外購且標準件具有互