孫志禮 機(jī)械設(shè)計(jì)課件01第一章機(jī)械設(shè)計(jì)

第一章機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識第一節(jié)概述第十節(jié)機(jī)械零件的工藝性和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化第九節(jié)機(jī)械零件的材料及選用原則第八節(jié)雙向變應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算第七節(jié)規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算第六節(jié)非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算第五節(jié)對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算第四節(jié)靜應(yīng)力下機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算第三節(jié)機(jī)械零件的主要失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則第二節(jié)機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟

本章目錄上一頁下一頁退出總目錄機(jī)械:第一節(jié)概述原動機(jī)傳動機(jī)工作機(jī)控制器機(jī)械零件：制造單元構(gòu)件：運(yùn)動單元通用零件專用零件概述一、機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序制定設(shè)計(jì)工作計(jì)劃方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)試制、試驗(yàn)、鑒定定型產(chǎn)品設(shè)計(jì)二、機(jī)器應(yīng)滿足的基本要求1.具有預(yù)定功能的要求2.經(jīng)濟(jì)性要求3.安全性要求4.可靠性要求5.操作使用方便的要求三、本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)內(nèi)容:機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識聯(lián)接零件設(shè)計(jì)：螺紋聯(lián)接、鍵軸系零部零件設(shè)計(jì)：軸、滾動軸承、滑動軸承、聯(lián)軸器、離合器

其他零部零件設(shè)計(jì)：彈簧機(jī)械設(shè)計(jì)新方法傳動零件設(shè)計(jì)：帶、鏈、齒輪、蝸桿本課程的性質(zhì):專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課本課程的任務(wù):使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的基本知識、基本理論和基本技能第一節(jié)概述第二節(jié)機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟類型選擇受力分析選擇材料確定計(jì)算準(zhǔn)則理論設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精確校核繪制零件工作圖編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書‘第三節(jié)機(jī)械零件的主要失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則1.整體斷裂2.表面破壞3.變形量過大4.功能失效一、機(jī)械零件的主要失效形式二、機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則1.強(qiáng)度準(zhǔn)則2.剛度準(zhǔn)則3.壽命準(zhǔn)則4.耐磨性準(zhǔn)則5.振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算一、載荷及應(yīng)力的分類1.載荷的分類①靜載荷與變載荷②名義載荷與計(jì)算載荷名義載荷原動機(jī)傳動機(jī)工作機(jī)額定功率在理想工作條件工作阻力公式名義載荷P、M、T、F計(jì)算載荷2.應(yīng)力的分類應(yīng)力靜應(yīng)力:不隨時(shí)間變化或緩慢變化變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力非穩(wěn)定變應(yīng)力有規(guī)律非穩(wěn)定變應(yīng)力無規(guī)律非穩(wěn)定變應(yīng)力tσo不隨時(shí)間變化或緩慢變化。σmax=σmin=σmσa=0靜應(yīng)力:第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算σtoσmaxσmσmin穩(wěn)定變應(yīng)力第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算穩(wěn)定變應(yīng)力脈動循環(huán)r=0對稱循環(huán)r=－1非對稱循環(huán)－1<r<1σm=σa=σmax/2,σmin=0σmax=σa=－σmin,σm=0σmax=σm+σaσmin=σm－σaσtoσtoσto第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算非穩(wěn)定變應(yīng)力有規(guī)律非穩(wěn)定變應(yīng)力無規(guī)律非穩(wěn)定變應(yīng)力σotσot周期第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算二、靜應(yīng)力下機(jī)械零件的強(qiáng)度判據(jù)三、極限應(yīng)力塑性材料：脆性材料：第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算四、計(jì)算應(yīng)力常用到第一、三、四強(qiáng)度理論靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算五、許用安全系數(shù)與許用應(yīng)力原則：不同的機(jī)器制造部門，常制定有自己的許用安全系數(shù)或許用應(yīng)力規(guī)范。在保證機(jī)器安全可靠的前提下,盡可能減小許用安全系數(shù)或提高許用應(yīng)力。無規(guī)范可循時(shí)，可參照表1-3塑性材料脆性材料σs/σB0.45~0.550.55~0.70.7~0.9鑄件[S]1.2~1.51.4~1.81.7~2.21.6~2.53~4說明如載荷和應(yīng)力的計(jì)算不十分準(zhǔn)確時(shí),[S]值加大20%~50%計(jì)算不十分準(zhǔn)確時(shí).[S]值加大50%~100%許用安全系數(shù)與許用應(yīng)力第五節(jié)對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算一、疲勞曲線及疲勞極限疲勞斷裂的三個(gè)階段：1.形成初始裂紋2.裂紋擴(kuò)展3.瞬斷疲勞破壞的特點(diǎn)：1.循環(huán)應(yīng)力多次反復(fù)作用下產(chǎn)生；2.無宏觀的、明顯的塑性變形跡象；4.對材料的組成、零件的形狀、尺寸、表面狀態(tài)、使用條件非常敏感。3.循環(huán)應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的靜強(qiáng)度極限；有限壽命區(qū)無限壽命區(qū)ABCσ－1疲勞曲線（HB≤350）（HB≤350）注意:1.N>N0KN=1；2.m由疲勞曲線決定。一般設(shè)計(jì)中，鋼制零件受彎曲應(yīng)力，m=9;3.N0<103按靜應(yīng)力問題處理;4.近似的疲勞曲線.Nσ－1No1031070.5σB0.9σB近似的疲勞曲線二、影響零件疲勞強(qiáng)度的因素1.應(yīng)力集中2.絕對尺寸3.表面狀態(tài)σ－1（103）cσ－1cA有限壽命區(qū)無限壽命區(qū)BCσ－1σ－1（103）103三對稱循環(huán)應(yīng)力下疲勞強(qiáng)度計(jì)算三對稱循環(huán)應(yīng)力下疲勞強(qiáng)度計(jì)算三對稱循環(huán)應(yīng)力下疲勞強(qiáng)度計(jì)算無限壽命疲勞強(qiáng)度計(jì)算：三對稱循環(huán)應(yīng)力下疲勞強(qiáng)度計(jì)算有限壽命疲勞強(qiáng)度計(jì)算：第六節(jié)非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算Bam-10/2BCA45°45°O0/2一、疲勞極限線圖不同r下疲勞極限值sDECA45°45°O0/2-10/2上一頁下一頁退出謝林森折線圖非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算直線AE方程：直線DE方程：將平均應(yīng)力折合為應(yīng)力幅的等效系數(shù)OD非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算直線A'E'方程零件疲勞極限線圖二、非對稱循環(huán)應(yīng)力下疲勞強(qiáng)度計(jì)算sDECA45°Oa-1M2M1maE'N1M1(rm,ra)A'BMNC'(m,a)O非對稱循環(huán)應(yīng)力下疲勞強(qiáng)度計(jì)算非對稱循環(huán)應(yīng)力下疲勞強(qiáng)度計(jì)算非對稱循環(huán)應(yīng)力下疲勞強(qiáng)度計(jì)算零件疲勞強(qiáng)度為：零件靜強(qiáng)度為：以上為非對稱循環(huán)應(yīng)力下，零件無限壽命疲勞強(qiáng)度計(jì)算非對稱循環(huán)應(yīng)力下疲勞強(qiáng)度計(jì)算非對稱循環(huán)應(yīng)力下零件有限壽命計(jì)算：計(jì)算思想：將r化為r=-1，引入等效應(yīng)力一線性疲勞損傷積累理論第七節(jié)規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算Nmaxn44321n2n1n3OABCσ-1N2N1N3上一頁下一頁退出分目錄線性疲勞損傷積累理論二規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力下的疲勞強(qiáng)度計(jì)算上一頁下一頁退出分目錄如果材料沒達(dá)到破壞任選一應(yīng)力水平為基準(zhǔn),如選(1-37)(1-38)(1-39)上一頁下一頁退出(1-40)(1-41)規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力下的疲勞強(qiáng)度計(jì)算第八節(jié)雙向變應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算

ABOM’M雙向變應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算第九節(jié)機(jī)械零件的材料及選用原則1使用要求2工藝要求3經(jīng)濟(jì)性要求滿足機(jī)械零件的使用要求機(jī)械零件的使用要求一般包括以下幾個(gè)方面：1)承受零件工作裁荷的能力，如強(qiáng)度、剛度等；2)在零件工作條件下．保持足夠使用性能的能力，如機(jī)械零在一定的運(yùn)動速度、工作環(huán)境(溫度、潮濕、腐蝕性等)中能保持原有性能的能力；3)長期可靠地維持原有工作性能的能力，如機(jī)械零件的疲勞壽命、耐磨性、可靠性等；4)特殊要求，如重量、美觀等。滿足使用要求的選材和熱處理方法要滿足使用要求，設(shè)計(jì)者需根據(jù)具體要求進(jìn)行分析，選擇材料和熱處理。如：要求受力較大、有較大沖擊裁荷，而且要求重量輕的零件，應(yīng)采用高強(qiáng)度合金鋼制造，并經(jīng)過熱處理；要求耐磨性好的摩擦副，應(yīng)采用淬火鋼與銅合金相配；要求精度高的零件，應(yīng)采用尺寸穩(wěn)定性好的合金鋼制造，如合金工具鋼。滿足工藝性要求在滿足使用要求的前提下，考慮機(jī)械零件的毛坯制造、機(jī)械加工和修理方便，按照機(jī)械零件的形狀復(fù)雜程度、生產(chǎn)批量和各種制造方法的特點(diǎn)，選擇機(jī)械零件的材料，設(shè)計(jì)它的結(jié)構(gòu)。如：生產(chǎn)批量較大，形狀復(fù)雜的機(jī)座，可采用鑄鐵件；受力較大時(shí)應(yīng)采用鑄鋼件；生產(chǎn)批量較小，則以選用型鋼或型鋼與鑄鋼組合焊接件較合理；如果材料為有色金屑，生產(chǎn)批量很大，可以考慮采用壓鑄件。不同加工方法杠桿的結(jié)構(gòu)形狀熱處理機(jī)械零件性能的影響熱處理對改善機(jī)械零件的性能有很大的作用，必須按照使用和工藝要求，綜合考慮，選擇材料和熱處理。如：滾動導(dǎo)軌要求有很高的表面硬度，可以采用20鋼滲碳淬火，或40Cr鋼整體淬火，38CrMoAlA滲氮處理。20鋼比40Cr鋼容易進(jìn)行機(jī)械加工，滲碳淬火熱處理工藝比較復(fù)雜，38CrMoAlA滲氮處理變形較小，但硬化層較薄，不適用于承受較大沖擊載荷的場合因此應(yīng)按具體情況選擇。滿足經(jīng)濟(jì)性要求在選擇材料時(shí)，應(yīng)該考慮：材料價(jià)格不同材料的加工(包括熱處理)成本由于加工困難引起的廢品率增加是否能夠及時(shí)供應(yīng)采用組合結(jié)構(gòu)以節(jié)約合金鋼和有色金屬（貴重）例如：蝸輪輪緣用銅合金制造，輪芯采用鑄鐵或碳鋼制造，以節(jié)約貴重金屬。采用塑料塑料零件重量輕、加工方便、耐腐蝕、利于大量生產(chǎn)、彈性較大，可以設(shè)計(jì)成具有特殊性能的零件結(jié)構(gòu)。第十節(jié)機(jī)械零件的工藝性和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化

一、機(jī)械零件的工藝性在一定的生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)條件下，花費(fèi)勞動量最小，加工、裝配及維修費(fèi)用最少，這樣的零件就認(rèn)為具有良好的工藝性。要求：造型簡單合理合理選擇毛坯種類鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性機(jī)械加工工藝性零部件的裝配工藝性零部件的維修工藝性第十節(jié)機(jī)械零件的工藝性和設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化

機(jī)械加工工藝性機(jī)械零件的工藝性機(jī)械加工工藝性機(jī)械零件的工藝性機(jī)械加工工藝性機(jī)械零件的工藝性裝配結(jié)構(gòu)構(gòu)工藝性機(jī)械零件的工藝性裝配結(jié)構(gòu)構(gòu)工藝性機(jī)械零件的工藝性裝配結(jié)構(gòu)構(gòu)工藝性機(jī)械零件的工藝性裝配結(jié)構(gòu)構(gòu)工藝性鑄造工藝性（1）說明：避免縮孔，減輕重量，增加強(qiáng)度和剛度。不合理結(jié)構(gòu)改進(jìn)后結(jié)構(gòu)鑄造工藝性（2）說明：避免產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力和出現(xiàn)收縮裂紋。不合理結(jié)構(gòu)改進(jìn)后結(jié)構(gòu)焊接工藝性（1）說明：不開坡口，工藝簡單。不合理結(jié)構(gòu)改進(jìn)后結(jié)構(gòu)焊接工藝性（2）上圖：未焊的一側(cè)不受拉應(yīng)力，焊縫受力好。下圖：焊縫不在應(yīng)力集中處，焊縫應(yīng)力小，強(qiáng)度高。不合理結(jié)構(gòu)改進(jìn)后結(jié)構(gòu)模鍛工藝性（1）說明：形狀對稱，有拔模斜度，便于鍛造。不合理結(jié)構(gòu)改進(jìn)后結(jié)構(gòu)模鍛工藝性（2）說明：正確選擇分模線，便于鍛造。不合理結(jié)構(gòu)改進(jìn)后結(jié)構(gòu)熱處理工藝性（1）說明：將尖角、棱角倒圓或倒角，可減小應(yīng)力集中，避免淬火時(shí)裂紋。不合理結(jié)構(gòu)改進(jìn)后結(jié)構(gòu)熱處理工藝性（2）說明：加開工藝孔，減輕剖面厚薄不均的程度，減小淬火時(shí)變形。不合理結(jié)構(gòu)改進(jìn)后結(jié)構(gòu)裝配工藝性（2）說明：避免兩平面或園柱面同時(shí)接觸，既可以降低非配合面的加工精度，又方便裝拆。不合理結(jié)構(gòu)改進(jìn)后結(jié)構(gòu)二機(jī)械設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化在不同類型、不同規(guī)格、不同用途的各種機(jī)械中，有許多零件是相同的。將這些零件按照尺寸、結(jié)構(gòu)、材料、檢驗(yàn)等要求加以標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，使之成為設(shè)計(jì)者共同遵守的準(zhǔn)則。