機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件第4章-2024鮮版

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件第4章2024/3/281目錄contents機(jī)械設(shè)計(jì)概述機(jī)械零件的強(qiáng)度與剛度機(jī)械零件的摩擦、磨損與潤(rùn)滑機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度機(jī)械零件的可靠性設(shè)計(jì)2024/3/28201機(jī)械設(shè)計(jì)概述2024/3/283定義機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤(rùn)滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過(guò)程。分類根據(jù)不同的設(shè)計(jì)對(duì)象和要求，機(jī)械設(shè)計(jì)可分為新型設(shè)計(jì)、繼承設(shè)計(jì)和變型設(shè)計(jì)3類。機(jī)械設(shè)計(jì)的定義與分類2024/3/284機(jī)械設(shè)計(jì)努力的目標(biāo)是在各種限定的條件（如材料、加工能力、理論知識(shí)和計(jì)算手段等）下設(shè)計(jì)出最好的機(jī)械，即做出優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)需要綜合地考慮許多要求，一般有最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低的消耗和最少的環(huán)境污染。機(jī)械設(shè)計(jì)的重要性2024/3/285技術(shù)性能準(zhǔn)則剛度準(zhǔn)則振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則耐熱性準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則經(jīng)濟(jì)性準(zhǔn)則技術(shù)性能包括產(chǎn)品功能、制造和運(yùn)行狀況在內(nèi)的一切性能，既保證應(yīng)有的功能，又能正常工作。經(jīng)濟(jì)性指產(chǎn)品的制造成本和使用費(fèi)用最低，是機(jī)械設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題之一。強(qiáng)度是機(jī)械零部件抵抗斷裂或過(guò)量塑性變形等失效的能力。強(qiáng)度要求是保證機(jī)械零部件能正常工作的基本要求。剛度是指機(jī)械零部件在力的作用下的抵抗彈性變形的能力。剛度準(zhǔn)則要求零部件在正常工作時(shí)的彈性變形必須在允許的限度內(nèi)。對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)或剛度較小的機(jī)械，在工作時(shí)應(yīng)避免發(fā)生共振。振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則要求所設(shè)計(jì)的零部件的固有頻率與其工作時(shí)所受激振源的頻率錯(cuò)開(kāi)。機(jī)械零部件在高溫工作條件下，由于過(guò)度受熱，會(huì)引起潤(rùn)滑油失效、氧化、膠合、蠕變等問(wèn)題，導(dǎo)致失效或破壞。耐熱性準(zhǔn)則就是要求零部件具有足夠的耐熱性。機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原則2024/3/28602機(jī)械零件的強(qiáng)度與剛度2024/3/287強(qiáng)度是指材料在受到外力作用時(shí)，抵抗破壞的能力。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，強(qiáng)度通常指零件在承受載荷時(shí)抵抗斷裂或塑性變形的能力。強(qiáng)度定義強(qiáng)度計(jì)算是機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，其目的是確定零件在給定載荷下的應(yīng)力水平，以確保零件的安全運(yùn)行。強(qiáng)度計(jì)算通常包括靜強(qiáng)度計(jì)算和疲勞強(qiáng)度計(jì)算。靜強(qiáng)度計(jì)算主要考慮零件在靜載荷下的應(yīng)力分布和最大應(yīng)力值，而疲勞強(qiáng)度計(jì)算則考慮零件在交變載荷下的疲勞壽命和疲勞極限。強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度的概念及計(jì)算2024/3/288剛度定義剛度是指材料或結(jié)構(gòu)在受到外力作用時(shí)，抵抗變形的能力。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，剛度通常指零件在承受載荷時(shí)保持其原始形狀和尺寸的能力。剛度計(jì)算剛度計(jì)算是機(jī)械設(shè)計(jì)中的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其目的是確定零件在給定載荷下的變形量，以確保零件的正常運(yùn)行和滿足精度要求。剛度計(jì)算通常包括靜剛度計(jì)算和動(dòng)剛度計(jì)算。靜剛度計(jì)算主要考慮零件在靜載荷下的變形情況，而動(dòng)剛度計(jì)算則考慮零件在動(dòng)態(tài)載荷下的振動(dòng)特性和阻尼特性。剛度的概念及計(jì)算2024/3/289通過(guò)選用具有更高屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的材料，可以提高零件的強(qiáng)度和剛度。例如，合金鋼、鈦合金等高強(qiáng)度材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。選用高強(qiáng)度材料通過(guò)優(yōu)化零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以改善其應(yīng)力分布和變形情況，從而提高零件的強(qiáng)度和剛度。例如，增加零件的截面尺寸、采用合理的截面形狀、優(yōu)化連接方式等都可以提高零件的強(qiáng)度和剛度。優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)熱處理工藝可以改善材料的力學(xué)性能和加工性能，從而提高零件的強(qiáng)度和剛度。例如，淬火、回火、表面強(qiáng)化等熱處理工藝可以提高零件的硬度、耐磨性和抗疲勞性能。采用熱處理工藝通過(guò)加強(qiáng)零件的支撐和約束，可以減少其在受到外力作用時(shí)的變形和位移，從而提高零件的剛度和穩(wěn)定性。例如，增加支撐點(diǎn)、采用剛性連接等方式都可以提高零件的剛度和穩(wěn)定性。加強(qiáng)零件的支撐和約束提高零件強(qiáng)度與剛度的方法2024/3/281003機(jī)械零件的摩擦、磨損與潤(rùn)滑2024/3/2811兩個(gè)相互接觸的物體在相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的現(xiàn)象。根據(jù)摩擦表面的狀態(tài)，可分為干摩擦、邊界摩擦、混合摩擦和流體摩擦。摩擦的概念及分類摩擦的分類摩擦的概念2024/3/2812物體表面在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，由于機(jī)械作用、化學(xué)作用或電化學(xué)作用，使材料逐漸從表面分離出去的現(xiàn)象。磨損的概念根據(jù)磨損機(jī)理的不同，可分為磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損。磨損的分類磨損的概念及分類2024/3/2813潤(rùn)滑的作用與分類潤(rùn)滑的作用減少摩擦、降低磨損、冷卻降溫、防銹防腐、減震緩沖等。潤(rùn)滑的分類根據(jù)潤(rùn)滑劑的狀態(tài)，可分為液體潤(rùn)滑、半固體潤(rùn)滑、固體潤(rùn)滑和氣體潤(rùn)滑。根據(jù)潤(rùn)滑方式的不同，可分為浸油潤(rùn)滑、飛濺潤(rùn)滑、壓力潤(rùn)滑和噴霧潤(rùn)滑等。2024/3/281404機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度2024/3/2815VS指材料在交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過(guò)一定循環(huán)次數(shù)后發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。疲勞強(qiáng)度的分類根據(jù)交變應(yīng)力的不同，可分為彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、拉壓疲勞等。疲勞強(qiáng)度的定義疲勞強(qiáng)度的概念及分類2024/3/2816零件截面尺寸突然變化或存在缺陷時(shí)，會(huì)引起應(yīng)力集中，從而降低疲勞強(qiáng)度。應(yīng)力集中零件表面的粗糙度、裂紋、腐蝕等缺陷會(huì)降低疲勞強(qiáng)度。表面質(zhì)量高溫下材料的疲勞強(qiáng)度會(huì)降低，而低溫下則可能提高。溫度影響加載頻率越高，材料的疲勞強(qiáng)度越低。加載頻率影響疲勞強(qiáng)度的因素2024/3/2817通過(guò)改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)形狀、增大過(guò)渡圓角半徑、提高表面光潔度等措施來(lái)降低應(yīng)力集中。降低應(yīng)力集中提高表面質(zhì)量控制溫度降低加載頻率采用噴丸、滲碳淬火等表面強(qiáng)化處理，提高表面硬度、改善表面應(yīng)力狀態(tài)。避免零件在高溫或低溫環(huán)境下工作，或采取相應(yīng)措施來(lái)降低溫度對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。通過(guò)改進(jìn)工作條件或采用減振措施來(lái)降低加載頻率，從而提高疲勞強(qiáng)度。提高疲勞強(qiáng)度的方法2024/3/281805機(jī)械零件的可靠性設(shè)計(jì)2024/3/281903可靠性與維修性、耐久性的關(guān)系闡述三者之間的聯(lián)系與區(qū)別，以及在機(jī)械設(shè)計(jì)中的綜合考慮。01可靠性的定義指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。02可靠性的指標(biāo)主要包括可靠度、失效率、平均壽命等，用于定量描述產(chǎn)品的可靠性?？煽啃缘母拍罴爸笜?biāo)2024/3/2820預(yù)防性設(shè)計(jì)通過(guò)預(yù)測(cè)和預(yù)防潛在故障，提高產(chǎn)品的固有可靠性。在滿足功能要求的前提下，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零部件數(shù)量少、緊固件和連接件類型統(tǒng)一，以降低制造和維修成本，提高可靠性。對(duì)關(guān)鍵零部件或系統(tǒng)采用備份設(shè)計(jì)，以確保在部分失效時(shí)，整體功能仍能維持。針對(duì)產(chǎn)品所處的工作環(huán)境和使用條件，采取相應(yīng)的防護(hù)措施，以提高產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性。從人的生理、心理特征出發(fā)，優(yōu)化產(chǎn)品的操作界面和人機(jī)交互方式，降低人為失誤對(duì)可靠性的影響。簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)耐環(huán)境設(shè)計(jì)人機(jī)工程設(shè)計(jì)余度設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)的方法與步驟2024/3/2821可靠性試驗(yàn)與評(píng)估環(huán)境應(yīng)力篩選通過(guò)施加一定的環(huán)境應(yīng)力，加速潛在缺陷的暴露和排除，提高產(chǎn)品的使用可靠性?？煽啃栽鲩L(zhǎng)試驗(yàn)在產(chǎn)品研制過(guò)程中，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)、分析和改進(jìn)，逐步提高產(chǎn)品的可靠性水