東北大學(xué)機(jī)械設(shè)計課件第1章機(jī)械設(shè)計的基礎(chǔ)知識

第一章機(jī)械設(shè)計的基礎(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)計的標(biāo)準(zhǔn)化第九節(jié)機(jī)械零件的材料及選用原那么第八節(jié)雙向變應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算第七節(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)度計算第四節(jié)靜應(yīng)力下機(jī)械零件的強(qiáng)度計算第三節(jié)機(jī)械零件的主要失效形式及計算準(zhǔn)那么第二節(jié)機(jī)械零件設(shè)計的一般步驟

本章目錄上一頁下一頁退出總目錄1-電動機(jī)2-V帶傳動3-齒輪傳動4-聯(lián)軸器5-卷筒6-運(yùn)輸膠帶7-控制系統(tǒng)膠帶運(yùn)輸機(jī)舉例機(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第一節(jié)概述零件與構(gòu)件舉例一、機(jī)械設(shè)計的一般程序制定設(shè)計工作方案方案設(shè)計技術(shù)設(shè)計施工設(shè)計試制、試驗、鑒定定型產(chǎn)品設(shè)計第一節(jié)概述二、機(jī)器應(yīng)滿足的根本要求〔設(shè)計階段〕1.具有預(yù)定功能的要求2.經(jīng)濟(jì)性要求3.平安性要求4.可靠性要求5.操作使用方便的要求第一節(jié)概述三、本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)內(nèi)容:機(jī)械設(shè)計的根底知識聯(lián)接零件設(shè)計：螺紋聯(lián)接、軸轂聯(lián)接軸系零部零件設(shè)計：軸、滾動軸承、滑動軸承、聯(lián)軸器、離合器

其它零部件設(shè)計：彈簧機(jī)械設(shè)計新方法傳動零件設(shè)計：帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動、摩擦傳動第一節(jié)概述本課程的性質(zhì):專業(yè)技術(shù)根底課本課程的任務(wù):使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計的根本知識、根本理論和根本技能第一節(jié)概述第二節(jié)機(jī)械零件設(shè)計的一般步驟類型選擇受力分析選擇材料確定計算準(zhǔn)那么理論設(shè)計計算結(jié)構(gòu)設(shè)計精確校核繪制零件工作圖編寫設(shè)計計算說明書‘第三節(jié)機(jī)械零件的主要失效形式及計算準(zhǔn)那么1.整體斷裂2.外表破壞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)械零件的計算準(zhǔn)那么1.強(qiáng)度準(zhǔn)那么2.剛度準(zhǔn)那么3.壽命準(zhǔn)那么4.耐磨性準(zhǔn)那么5.振動穩(wěn)定性準(zhǔn)那么第三節(jié)機(jī)械零件的主要失效形式及計算準(zhǔn)那么第三節(jié)機(jī)械零件的主要失效形式及計算準(zhǔn)那么1.強(qiáng)度準(zhǔn)那么第三節(jié)機(jī)械零件的主要失效形式及計算準(zhǔn)那么2.剛度準(zhǔn)那么第三節(jié)機(jī)械零件的主要失效形式及計算準(zhǔn)那么3.壽命準(zhǔn)那么疲勞壽命計算腐蝕和磨損第三節(jié)機(jī)械零件的主要失效形式及計算準(zhǔn)那么4.耐磨性準(zhǔn)那么第三節(jié)機(jī)械零件的主要失效形式及計算準(zhǔn)那么5.振動穩(wěn)定性準(zhǔn)那么1.提高零件制造精度；2.提高回轉(zhuǎn)件動平衡精度；3.增加阻尼系統(tǒng)；4.提高材料或結(jié)構(gòu)的衰減系數(shù)；5.采用減振、隔振裝置等都可改善零件的振動穩(wěn)定性。第四節(jié)靜應(yīng)力下機(jī)械零件的強(qiáng)度計算一、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力學(xué)公式名義載荷P、M、T、F第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計算計算載荷第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計算2.應(yīng)力的分類應(yīng)力靜應(yīng)力不隨時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)力第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計算對稱循環(huán)脈動循環(huán)非對稱循環(huán)tσo不隨時間變化或緩慢變化。σmax=σmin=σmσa=0靜應(yīng)力:第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計算σt0穩(wěn)定變應(yīng)力第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計算σmaxσmσminσa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－σaσt0σt0σt0第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計算非穩(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)度計算二、靜應(yīng)力下機(jī)械零件的強(qiáng)度判據(jù)第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計算三、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)度計算四、計算應(yīng)力復(fù)雜應(yīng)力——按強(qiáng)度理論計算常用到第一、三、四強(qiáng)度理論單向應(yīng)力〔拉伸、壓縮、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)〕——危險剖面上的最大應(yīng)力為計算應(yīng)力第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計算五、許用平安系數(shù)與許用應(yīng)力原那么：不同的機(jī)器制造部門，常制定有自己的許用平安系數(shù)或許用應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)。在保證機(jī)器平安可靠的前提下,盡可能減小許用平安系數(shù)或提高許用應(yīng)力。第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計算無標(biāo)準(zhǔn)可循時，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)力的計算不十分準(zhǔn)確時,[S]值加大20%~50%計算不十分準(zhǔn)確時.[S]值加大50%~100%五、許用平安系數(shù)與許用應(yīng)力第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計算影響許用平安系數(shù)的因素：1.載荷和應(yīng)力計算的準(zhǔn)確性；2.材料機(jī)械性能數(shù)據(jù)的可靠性；3.零件的重要性等五、許用平安系數(shù)與許用應(yīng)力第四節(jié)靜應(yīng)力機(jī)械零件的強(qiáng)度計算第五節(jié)對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算一、疲勞曲線及疲勞極限疲勞斷裂的三個階段：1.形成初始裂紋2.裂紋擴(kuò)展3.瞬斷疲勞斷口疲勞破壞的特點：1.循環(huán)應(yīng)力屢次反復(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、外表狀態(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；第五節(jié)對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算有限壽命區(qū)無限壽命區(qū)ABCσ－1疲勞曲線〔HB≤350〕〔HB>350〕第五節(jié)對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算注意:2.N>N0KN=1；1.m由疲勞曲線決定。一般設(shè)計中，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.第五節(jié)對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算o103107Nσ－10.5σB0.9σB近似的疲勞曲線第五節(jié)對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算二、影響零件疲勞強(qiáng)度的因素1.應(yīng)力集中2.絕對尺寸3.外表狀態(tài)第五節(jié)對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算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

算第五節(jié)對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算無限壽命設(shè)計——B/C/段第五節(jié)對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算三

對

稱

循

環(huán)

應(yīng)

力

下

疲

勞

強(qiáng)

度

計

算無限壽命疲勞強(qiáng)度條件為：三

對

稱

循

環(huán)

應(yīng)

力

下

疲

勞

強(qiáng)

度

計

算第五節(jié)對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算三

對

稱

循

環(huán)

應(yīng)

力

下

疲

勞

強(qiáng)

度

計

算有限壽命設(shè)計——A/B/段第五節(jié)對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算三

對

稱

循

環(huán)

應(yīng)

力

下

疲

勞

強(qiáng)

度

計

算第五節(jié)對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算有限壽命疲勞強(qiáng)度條件為：第六節(jié)非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算

B

a

m

-1

0/2BCA45°45°O

0/2疲勞極限線圖

sDECA45°45°O

0/2

-1

0/2第六節(jié)非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算材料的謝林森折線圖第六節(jié)非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算直線AE的方程為：直線DE的方程為：OA/C/E/D第六節(jié)非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算零件的簡化疲勞極限線圖二非對稱循環(huán)應(yīng)力下疲勞強(qiáng)度計算第六節(jié)非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算

sDE/C/A/45°O

a

-1M2M1M12加載方式

m

aE/N1M1(/rm,

/ra)A/DMNC(m,

a)OθθP第六節(jié)非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算OM1的直線方程為第六節(jié)非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算零件無限壽命疲勞強(qiáng)度計算第六節(jié)非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算射線與DE/相交射線與A/E/相交射線交點在E/附近第六節(jié)非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算等效應(yīng)力：就是將非對稱循環(huán)變應(yīng)力從強(qiáng)度相等的角度等效折算成對稱循環(huán)變應(yīng)力。

m

aE/N1M1(/rm,

/ra)A/DMNC(m,

a)OθθP第六節(jié)非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算等效的工作應(yīng)力

第六節(jié)非對稱循環(huán)應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算零件有限壽命疲勞強(qiáng)度計算第七節(jié)規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算線性疲勞損傷積累理論

當(dāng)材料承受高于疲勞極限的應(yīng)力時，每一循環(huán)都使材料產(chǎn)生一定量的損傷，而這種損傷是可以積累的，當(dāng)損傷積累到臨界值時即發(fā)生疲勞破壞。Miner理論材料在各個應(yīng)力下的疲勞損傷是獨(dú)立進(jìn)行的，并且總損傷可以線性地累加起來。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)度計算規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力與σ-N曲線第七節(jié)規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算Miner方程

小于σ-1的應(yīng)力可認(rèn)為對材料不起損傷作用，故計算時可不考慮；當(dāng)大于σ-1的各級應(yīng)力對材料的壽命損傷率之和等于1時，材料即發(fā)生疲勞破壞。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)度計算規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力下的疲勞強(qiáng)度計算代入Miner方程第七節(jié)規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算如果材料沒到達(dá)破壞任選一應(yīng)力水平為基準(zhǔn),如選第七節(jié)規(guī)律性非穩(wěn)定應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算疲勞強(qiáng)度條件為：對于零件，有關(guān)疲勞強(qiáng)度計算公式均適用，只是等效應(yīng)力由前面的公式確定，σ-1用σ-1c代替，材料常數(shù)m用第八節(jié)雙向變應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算雙向應(yīng)力ABOM/MB/A/第八節(jié)雙向變應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算零件的計算平安系數(shù)為根據(jù)式1-21第八節(jié)雙向變應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算疲勞強(qiáng)度條件為第九節(jié)機(jī)械零件的材料及選用原那么1使用要求2工藝要求3經(jīng)濟(jì)性要求機(jī)械零件的材料：主要有鋼、鑄鐵、銅合金，其次是非金屬材料〔如高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料等〕，其中最常用的是鋼。選用原那么：第十節(jié)機(jī)械零件的工藝性和設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化1.造型簡單合理結(jié)構(gòu)和形狀越復(fù)雜，制造、裝配和維修越困難，本錢也越高。在滿足使用要求的情況下，幾何形狀應(yīng)盡量簡單，最好為平面或圓柱面。2.合理選擇毛坯種類零件毛坯可用鑄造、鍛造、軋制、焊接等方法制造。如大件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且批量生產(chǎn)，宜采用鑄件。3.鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性設(shè)計中壁厚要均勻，過渡要平緩，以防止產(chǎn)生縮孔及裂紋；

應(yīng)有適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)斜度及拔模斜度以便于取模，保證鑄件質(zhì)量；鑄件各個面的交界處應(yīng)采用圓角結(jié)構(gòu)；為了加強(qiáng)剛度，在受力點處常采用加強(qiáng)肋。第十節(jié)機(jī)械零件的工藝性和設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化第十節(jié)機(jī)械零件