《機械設計基礎 第4版》 課件 5機械零件設計概論

學習指導

第五章機械零件設計概論

一、主要內容1、機械零件的強度及設計準則；2、機械零件的常用材料及其選擇；3、機械零件的結構工藝性和標準化。二、重點與難點1、機械零件的失效形式及設計準則；2、機械零件的常用材料及其選擇；4、機械零件的結構工藝性。3、機械零件的常用熱處理方式；機械設計應滿足的要求是：在滿足預期使用功能的前提下，應性能好、效率高、成本低，在預定使用期內安全可靠，操作方便，維修簡單和造型美觀。本章主要介紹機械零件的強度及設計準則、常用材料及其選擇及機械零件的結構工藝性和標準化。一、機械零件的主要失效形式

第一節(jié)機械零件的強度及設計準則

失效：

當機械零件由于某種原因而喪失正常工作能力。失效形式：斷裂、塑性變形、過大的彈性變形、表面失效(如磨損、疲勞點蝕、膠合、塑性流動、壓潰和腐蝕)等，以及正常條件下引起的失效，如帶傳動中的打滑、受壓桿件的失穩(wěn)等。工作能力：零件不發(fā)生失效時的安全工作限度。

二、機械零件的設計準則

設計計算準則——設計機械零件時，保證零件不產生失效所依據的基本準則。1.強度準則2.剛度準則在載荷作用下,零件抵抗彈性變形的能力。在載荷作用下,零件抵抗破壞的能力。y—按各種求變形量的理論或實驗方法來確定的彈性變形量?！堋堋?.壽命準則影響零件壽命的主要因素是腐蝕、磨損和疲勞。

4.振動穩(wěn)定性準則5.可靠性準則可靠性是指系統(tǒng)或零件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的程度。可靠性通常用可靠度Rt來度量，它是指系統(tǒng)或零件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的概率。

一、常用材料1、材料的分類和應用見表5-12、金屬材料的力學性能1)強度是指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力。屈服點和抗拉強度是表征強度的主要指標。第二節(jié)機械零件的常用材料及其選擇

2)剛度是指材料抵抗彈性變形的能力。彈性模量E是表征強度的主要指標。3)塑性是指在外力作用下金屬產生塑性變形而不產生斷裂的能力。（1）伸長率試件拉斷后單位長度內產生殘余伸長的百分數(shù)。（2）收縮率試件拉斷后截面面積相對收縮的百分數(shù)。伸長率和收縮率是表征塑性的主要指標。4)硬度是指材料抵抗壓入物壓陷的能力，也可說是材料對局部塑性變形的抵抗能力。工程上常用洛氏硬度和布氏硬度來表示材料的硬度值。（1）韌性在沖擊載荷作用下,金屬材料抵抗破壞的能力。（2）疲勞強度金屬材料受到交變載荷作用時，會產生交變應力，即使其應力未超過，當應力循環(huán)次數(shù)增加到某一數(shù)值N后，材料也會產生斷裂，這種現(xiàn)象叫做金屬的疲勞。5)韌性和疲勞強度3、鋼的熱處理熱處理是將鋼在固態(tài)范圍內施以不同形式的加熱、保溫和冷卻，從而改變(或改善)其組織結構以達到預期性能的操作工藝。1)退火將鋼件加熱到臨界溫度以上，經保溫一段時間后隨熱處理爐緩慢冷卻(或埋入砂中和石灰石中冷卻)至以下，然后在空氣中冷卻。降低鋼的硬度，改善切削性能，細化鋼的晶粒，減少組織的不均勻性，消除工件在鍛造、鑄造過程中出現(xiàn)的內應力。2)正火將鋼件加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間后從爐中取出在空氣中冷卻。3)淬火和回火淬火將鋼件加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間，在水、鹽水或油中急速冷卻?；鼗饘⒋慊鸷蟮墓ぜ訜岬脚R界溫度以下,保溫一段時間后在空氣、水或油中冷卻。淬火的目的是為了提高鋼的硬度和強度?；鼗鸷笥捕取姸嚷杂薪档?，但消除了內應力和脆性。淬火和高溫回火結合在一起的熱處理叫做調質處理。

4)表面淬火使工件表面獲得高硬度和耐磨性，而內部仍保持足夠的塑性和韌性。其方法是利用火焰或高頻感應電流迅速加熱表面，然后立即淬火，此時熱量未能傳到工件內部，故淬火只在表面層進行。5)表面化學熱處理化學熱處理是將鋼件放在某種化學介質中，通過加熱、保溫、冷卻的方法使介質中的某些元素滲入鋼件表面，改變了表面層的化學成分，從而使其表面具有與內部不同的特殊性能。（1）滲碳；（2）滲氮；（3）液體碳氮共滲。1.使用要求二、材料的選擇2.工藝要求3.經濟要求零件應滿足環(huán)境條件、工作溫度、磨損的程度、載荷與應力的性質及大小、零件的重要性等要求?；ズ附?，則其材料應有良好的鑄造性能或焊接性能，在結構上也要適應鑄造或焊接的要求。材料的經濟性主要表現(xiàn)在材料的相對價格、加工費用和使用維護費等幾個方面。在滿足使用要求的前提下，應盡量選用價格較低的材料。一、機械零件的結構工藝性1.選擇合理的毛坯；標準化帶來的優(yōu)越性表現(xiàn)為：第三節(jié)機械零件的結構工藝性和標準化

2.結構要簡單，便于加工；3.便于安裝、維修。二、機械零件設計中的標準化3.采用了標準結構及零、部件，可以簡化設計工作，縮短設計周期，有利于設計者把經歷用在關鍵零、部件的設計上，從而提