第9章機械零件設計概論

第九章機械零件設計概論§9-1

概述本課—機械原理＋機械設計機械原理：機器、機構的組成、機構自由度計算常用機構。機械設計：常用通用機械零件的設計方法。機器或機構的設計零件→構件→機構→機器→機械§

9－2機械零件的失效形式及設計準則一、失效失效－機械零件不能正常工作失效形式：斷裂、塑性變形；過大的彈性變形；磨損、疲勞點蝕、膠合、壓潰和腐蝕等斷裂斷裂磨損磨損壓潰點蝕點蝕保證零件不產(chǎn)生失效所依據(jù)的設計準則零件工作能力準則：強度、剛度、耐磨性、耐熱性、振動穩(wěn)定性等二、零件工作能力準則1、強度(1)、載荷：皮帶運輸機靜載荷staticload皮帶運輸機離心水泵恒壓容器變載荷—石油鉆桿、抽油桿、井架、汽車底盤等As

=

F拉桿靜應力FF（2）應力

MPa

=N/mm2靜應力—應力不變變應力—應力隨時間變化tσ最小應力σmin平均應力σm最大應力σmaxF靜載荷→產(chǎn)生靜應力變載荷→產(chǎn)生變應力靜載荷→變應力？例：轉(zhuǎn)軸中彎曲應力應力循環(huán)特性rs

maxr

=

s

mintσ最小應力σmin平均應力σm最大應力σmax對稱循環(huán)r=-1,脈動循環(huán) r=

0任意循環(huán)s[s

]=

s

lim[t]=

tlimsS—安全系數(shù)（3）、強度—零件抵抗破壞的能力（A）靜強度—靜應力工作條件極限應力s

￡

[s

]t

￡

[t][σ][τ]—許用應力s

lim

tlim極限應力σ

lim塑性材料：σ

lim

=σ

s

屈服極限脆性材料：

σ

lim

=σ

B

強度極限（B

）疲勞強度—變應力條件下疲勞曲線：循環(huán)次數(shù)N，疲勞斷裂時變應力σ

maxrN有限壽命區(qū)：疲勞極限σ無限壽命區(qū)：疲勞極限σrσr—材料經(jīng)過

N0次應力循環(huán)，發(fā)生破壞的應力值。N0—循環(huán)基數(shù) N0=106—107圖9-5

疲勞曲線疲勞強度s

￡

[s

r

]k

Ss[s-1]=

es

bs

-1k

Srrsse

bs[s

]=對稱循環(huán)2、剛度—零件抵抗變形的能力撓度

y

≤

[y]偏轉(zhuǎn)角θ≤[θ]yθ3、耐磨性4、振動穩(wěn)定性—避免出現(xiàn)共振5、耐熱性—高溫下材料性能將有所變化，特別是承載能力將會降低。p

￡[

p]

pv

￡[

pv]三、機械零件設計步驟擬定計算簡圖確定零件工作載荷大小選材按零件工作能力準則設計零件主要尺寸繪制零件圖編制技術文件§9-3

常用材料一、金屬材料1、黑色金屬—鐵碳合金鋼—含碳量小于2%鑄鐵—含碳量大于2%機械性能—總體上，含碳量越大材料強度硬度提高、塑性下降。1）鋼：具有較高的強度、韌性、和塑性用途分：①結構鋼—制造各種機械零件、工程構件②工具鋼—制造各種刃具、模具、量具③特殊鋼—不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼。①碳素鋼—含碳量不超過0.7%普通碳素鋼—Q235（A3鋼)等優(yōu)質(zhì)碳素鋼—45等②合金鋼—鋼中添加合金元素。20Cr

40Cr

35CrMo

40CrNiMo

等,例如：鉆具，采用40CrNiMo制造。從化學成分分：③鑄鋼—ZG230-450（屈服強度—抗拉強度）2)鑄鐵—脆性材料，價格便宜。灰口鑄鐵HT150(抗拉強度150MPa

）球墨鑄鐵QT500-7（抗拉強度500MPa，拉伸率7%）2、有色金屬合金—減摩、耐腐蝕作用。黃銅=銅＋鋅—具有較好的塑性，可制造散熱器、油管、墊片、螺釘?shù)惹嚆~=銅＋非鋅合金（錫Sn,鉛Pb,鋁Al）—減摩性好、抗腐蝕性好軸承合金（巴氏合金）—制造滑動軸承襯二、非金屬材料橡膠—彈性好，吸振、密封等

塑料—易于制造形狀復雜零件。塑料齒輪、全塑料汽車。石棉、紙板等三、熱處理1、熱處理—鋼材加熱、保溫、冷卻，改變金屬性能。2、熱處理類型退火—隨爐冷卻—消除鍛造、焊接內(nèi)應力。正火—空氣冷卻，硬度強度提高，消除內(nèi)應力方面不如退火。淬火—水冷或油冷，硬度強度提高，脆性增加、存在較大內(nèi)應力回火—淬火后又加熱冷卻，消除內(nèi)應力和脆性。仍保持較高硬度、強度。調(diào)質(zhì)＝淬火＋高溫回火強度、硬度、塑性、韌性都較好的綜合力學性能。表面淬火（火焰加熱、感應電流加熱）滲碳—低碳鋼表面滲入碳元素—耐磨滲氮—鋼材表面滲入氮碳元素—耐磨氰化—碳氮共滲—耐磨四、如何選材1、滿足強度、剛度等要求。強度首要

剛度要求：剛度與彈性模量E有關,各鋼材E基本相同熱處理能否改變鋼材剛度？2、工藝性—鑄件適合外形復雜、批量生產(chǎn)，塑性差的材料不能沖壓、鍛打。3、經(jīng)濟性—受載小的鑄件可用鑄鐵，受載大的鑄件可用鑄鋼。單件箱體適合焊接。批量生產(chǎn)適合鑄造。齒輪單件生產(chǎn)適合仿形法，批量生產(chǎn)適合范成法?！?-4

工藝性與標準化一、工藝性定義：零件的結構既能滿足使用要求，又能在具體的生產(chǎn)條件下制造和裝配耗時、費用最少，這種結構就是符合工藝性要求的。1、毛坯選擇—鑄件、型材、沖壓、焊接2、結構盡量簡單，機床加工盡量方便、省時3、精度、粗糙度合理4、便于安裝維修二、標準化意義：制造上，專業(yè)化大量生產(chǎn)，降低成本。設計上，快速便捷。管理上，減少類型、便于更換。標準等級：國家標準GB、行業(yè)標準、地方標準