機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算準(zhǔn)則

6-1

機(jī)械零件的工作能力準(zhǔn)則6-2

許用應(yīng)力和安全系數(shù)6-3

常用材料及其選擇第6章機(jī)械零件設(shè)計(jì)和計(jì)算概論一、機(jī)械零件常見(jiàn)失效形式二、強(qiáng)度準(zhǔn)則三、剛度準(zhǔn)則四、耐磨性準(zhǔn)則五、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則6-1機(jī)械零件的工作能力準(zhǔn)則失效：?jiǎn)适Чぷ髂芰蜻_(dá)不到設(shè)計(jì)要求的性能，不僅僅指破壞常見(jiàn)主要失效形式有：斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂表面點(diǎn)蝕：工作表面片狀剝落塑性變形：零件發(fā)生永久性變形過(guò)大彈性變形表面破壞過(guò)大振動(dòng)和噪聲、過(guò)熱等例如軸可能的失效形式：斷裂、塑性變形、過(guò)大彈性變形強(qiáng)度問(wèn)題剛度問(wèn)題耐磨性問(wèn)題Fn一、機(jī)械零件常見(jiàn)失效形式機(jī)械零件工作能力的最基本準(zhǔn)則強(qiáng)度：材料抵抗斷裂或殘余變形的能力強(qiáng)度準(zhǔn)則：工作應(yīng)力≤許用應(yīng)力 σ≤[σ]或τ≤[τ]針對(duì)失效形式：斷裂、疲勞破壞、殘余變形典型零部件：軸、齒輪、帶輪等正應(yīng)力：切應(yīng)力：極限應(yīng)力1、強(qiáng)度準(zhǔn)則外力使零件變形，其中引起塑性變形的外力作的功以零件內(nèi)部材料變形而存貯在零件內(nèi)。當(dāng)外力消除以后，應(yīng)力不均勻的能量要施放出來(lái)，引起了零件緩慢地變形，即殘余應(yīng)力作功，使原有加工精度逐漸喪失，直到能量全部施放出來(lái)為止，變形結(jié)束。

殘余變形:剛度：材料抵抗彈性變形的能力剛度準(zhǔn)則：實(shí)際變形量≤許用變形量彎曲剛度：撓度條件：y≤[y]傾角條件：θ≤[θ]扭曲剛度：扭角條件：j≤[j]針對(duì)失效形式：過(guò)大的彈性變形典型零部件：軸、蝸桿等2、剛度準(zhǔn)則耐磨性：零件抗磨損的能力磨損是相當(dāng)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程影響磨損的因素包括載荷的大小和性質(zhì)、滑動(dòng)速度、潤(rùn)滑劑的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)等具體有：磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、沖蝕磨損、微動(dòng)磨損針對(duì)失效形式：零件表面破壞典型零部件：齒輪、軸承、鏈等3、耐磨性準(zhǔn)則共振：當(dāng)機(jī)器的自振頻率與周期性干擾力變化頻率相同或整數(shù)倍時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振，此時(shí)振幅急劇增大，導(dǎo)致零件破壞或機(jī)器工作條件失常等振動(dòng)穩(wěn)定性：機(jī)器工作時(shí)振幅不能超過(guò)許可值針對(duì)失效形式：共振產(chǎn)生的工作失常典型零部件：軸等4、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則一、載荷二、應(yīng)力三、極限應(yīng)力四、許用應(yīng)力和安全系數(shù)6-3許用應(yīng)力和安全系數(shù)載荷：作用于零件上的力或力矩工作載荷：機(jī)器正常工作時(shí)所受的實(shí)際載荷名義載荷：理想工作條件下的載荷計(jì)算載荷：作用于零件的實(shí)際載荷，考慮各種附加載荷計(jì)算載荷=K×名義載荷載荷系數(shù)一、載荷靜應(yīng)力：不隨時(shí)間改變或變化緩慢的應(yīng)力變應(yīng)力：隨時(shí)間作周期性或非周期性變化的應(yīng)力變應(yīng)力：穩(wěn)定變應(yīng)力（隨時(shí)間作周期性）、不穩(wěn)定變應(yīng)力（非周期性循環(huán)變應(yīng)力）穩(wěn)定變應(yīng)力：對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力、脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力、非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力tstssminsmaxsm二、應(yīng)力以正應(yīng)力s為例最大應(yīng)力:

smax=sm+sa最小應(yīng)力:

smin應(yīng)力幅:

sa平均應(yīng)力:

sm循環(huán)特征:rtssminsmaxsm應(yīng)力參數(shù)應(yīng)力表達(dá)：

s+1（t+1）最大應(yīng)力:

smax最小應(yīng)力:

smin應(yīng)力幅:

sa平均應(yīng)力:

sm循環(huán)特征:rtssm靜應(yīng)力應(yīng)力表達(dá)：

s0（t0）最大應(yīng)力:

smax最小應(yīng)力:

smin應(yīng)力幅:

sa平均應(yīng)力:

sm循環(huán)特征:rsmts脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力應(yīng)力表達(dá)：

s-1（t-1）最大應(yīng)力:

smax最小應(yīng)力:

smin應(yīng)力幅:

sa平均應(yīng)力:

sm循環(huán)特征:rts對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力1靜應(yīng)力下的極限應(yīng)力與材料性能有關(guān)脆性材料取強(qiáng)度極限sB(tB)塑性材料取屈服極限sS(tS)sBes玻璃鋼灰口鑄鐵esspsSsBABCDE三、極限應(yīng)力疲勞極限：材料經(jīng)過(guò)N次應(yīng)力循環(huán)不發(fā)生破壞的應(yīng)力最大值sr(tr)各種材料的sr可從有關(guān)手冊(cè)中查取有限壽命區(qū)無(wú)限壽命區(qū)2變應(yīng)力下的極限應(yīng)力變應(yīng)力條件下零件的失效形式:疲勞斷裂.裂紋斷裂的斷口形狀見(jiàn)書(shū)p71.許用應(yīng)力：設(shè)計(jì)零件時(shí)所依據(jù)的條件應(yīng)力安全系數(shù)↑→許用應(yīng)力↓→結(jié)構(gòu)笨重安全系數(shù)↓→許用應(yīng)力↑→不夠安全許用應(yīng)力極限應(yīng)力安全系數(shù)四、許用應(yīng)力和安全系數(shù)1查許用應(yīng)力表根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)制成表格選取2部分系數(shù)法(已知極限應(yīng)力)S=S1S2S3S1：計(jì)算載荷和應(yīng)力準(zhǔn)確性系數(shù)（1~1.5)S2：材料的均勻系數(shù)（鑄鐵:1.5~2.5,鋼:1.2~1.5）S3：零件重要性系數(shù)（1~1.5)許用應(yīng)力確定一、常用材料二、熱處理方法三、材料力學(xué)性能指標(biāo)6-4常用材料及其選擇(p60)常用零件材料的力學(xué)性能等級(jí)和牌號(hào)1鑄鐵：含Ｃ＞2.06％→易成型、價(jià)廉、吸振、可靠性差灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵2鋼：含Ｃ量＜1.4％→常用碳素鋼：普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼合金鋼：綜合機(jī)械性能好，但較貴合金鋼的優(yōu)良性能取決于化學(xué)成份及熱處理鑄鋼：含Ｃ→（0.15～0.6）％→易成型3有色金屬合金：有特殊性能，價(jià)昂→少用鋁合金、銅合金（黃銅、青銅）、軸承合金4非金屬材料：工程塑料、橡膠、燒結(jié)材料、復(fù)合材料…一、常用材料材料牌號(hào)見(jiàn)書(shū)p63頁(yè).1退火2正火3淬火4回火5表面熱處理二、熱處理方法1退火降低硬度、提高韌性、細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力(鍛造、焊接)3淬火（蘸火）提高硬度和耐磨性、但內(nèi)應(yīng)力增大，會(huì)發(fā)脆，應(yīng)再回火正火(空冷)退火(爐冷)回火加熱保溫淬火時(shí)間溫度2正火用于處理低中碳鋼，代替低中碳鋼的退火。提高硬度，增加韌性，易于切削，減少應(yīng)力4回火

消除淬火后的內(nèi)應(yīng)力，以獲得零件所需的性能，提高韌性低溫回火：高強(qiáng)度、高硬度及良好的耐磨性(100-250)中溫回火：高彈性、硬度中等(300-450)高溫回火：強(qiáng)度、塑性、韌性都較好(調(diào)質(zhì)——淬火+高溫回火)(450-650)熱處理比較表面熱處理：表面增硬，芯部韌表面淬火法（火焰加熱、感應(yīng)加熱…）化學(xué)熱處理（滲碳、氮化、氰化、氧化）表面熱處理強(qiáng)度：彈性極限：sP抗拉強(qiáng)度：sB屈服強(qiáng)度：sS(s0.2)硬度：HBS:布氏硬度硬度機(jī)壓頭為淬火鋼球，不能測(cè)太硬的材料，一般HBS<450HRC:洛氏硬度