1、2机械设计总论

0机械零件设计第一章机械设计总论机械零件设计2006年9月陈少克1机械零件设计第一章机械设计总论机械设计总论机械传动设计总论带传动螺旋传动链传动齿轮传动蜗杆传动轴滚动轴承滑动轴承联轴器和离合器轴系结构设计螺纹联接弹簧机械设计FFFFFF2机械零件设计第一章机械设计总论•本章的学习要点机械零件设计步骤机械零件的工作能力和计算准则机械中的摩擦、磨损和润滑设计机器的基本原则和设计程序3机械零件设计第一章机械设计总论本课程中“设计”的含义是指机械装置的实体设计，涉及零件的应力、强度的分析计算，材料的选择、结构设计，考虑加工工艺性、标准化以及经济性、环境保护等。§1机械设计概述一、课程性质《机械零件设计》是机械类专业的一门技术基础课，是初步掌握机械设计能力的必然环节。4机械零件设计第一章机械设计总论机器组成：原动机传动装置—工作机—控制系统辅助系统（如仪表、照明等）轿车组成：5机械零件设计第一章机械设计总论任何机器都是由许多零件组合而成的。6机械零件设计第一章机械设计总论部件：为完成同一使命而协同工作的许多零件的组合。零件：组成机器的不可拆的基本单元（即制造的基本单元）。如：滚动轴承、联轴器。7机械零件设计第一章机械设计总论用途专用零部件：只在一定类型机器中使用的零件，如曲轴。通用零部件：各种机器中普遍使用的零部件，如齿轮、螺栓。标准件：制定了国家标准，并由专门工厂生产的零部件。如：滚动轴承、螺栓等。8机械零件设计第一章机械设计总论二、任务(1)掌握通用机械零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，具有机械系统的综合设计能力，能进行一般机械传动部件和简单机械装置的设计；(2)培养机械设计的创新能力；(3)具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资科的能力；(4)初步建立正确的设计思想方法和工作方法(5)学习一些机械设计的实验方法；(6)对机械设计的新发展有所了解。9机械零件设计第一章机械设计总论三、机械设计的一般程序机械设计是一个创新与借鉴相结合的过程，一般程序如下：明确任务调研——方案设计——技术设计——施工设计——投产试验修改10机械零件设计第一章机械设计总论五、设计机器的一般步骤设计准备达成目标首先应明确设计任务、设计要求及其工作条件，针对设计任务和要求进行分析调研，查阅有关资料，有条件的可参观有相似机械装置的现场或实物。方案设计根据分析调研结果，选择原动机、传动装置和执行机构及它们之间的联接方式，拟定若干可行的总体设计方案。11机械零件设计第一章机械设计总论总体设计对所拟定的设计方案进行必要的计算，如总传动比和各级传动比、各轴的受力、转矩、转速、功率等，并对执行机构和传动机构进行初步设计，进行分析比较，择优确定一个正确合理的设计方案，绘制传动装置和执行机构的总体方案简图。结构设计针对整机或某一部件，如部分传动装置或执行机构等，进行详细设计，根据各个零部件的强度、刚度、寿命和结构要求，确定其结构尺寸和装配关系，并根据整机运转要求，进行箱体和附件设计，完成装配图样设计和零件图样设计，编写计算说明书、使用说明书、标准件明细表等其他技术文件。12机械零件设计第一章机械设计总论六、课程内容和要求1、课程内容主要介绍通用机械零件的常用设计方法2、课程学习方法(1)系统性(2)综合性(3)工程性(4)典型性13机械零件设计第一章机械设计总论3、课程安排(1)讲课48学时(2)实验12学时，由实验室负责。4、要求(1)实验、平时作业不能缺，否则没成绩。(2)课堂纪律、考勤(3)课堂回答5、成绩(1)期末考试（闭卷）60%(2)实验20%(3)作业、平时表现20%14机械零件设计第一章机械设计总论7、答疑每周一次集中答疑,周三下午,机电楼房306电话：82902253，136230365836、参考书目1．《机械设计》邱宣怀高等教育出版社2．《机械设计》陈东电子工业出版社3.《机械原理与设计课程设计》王三民机械工业出版社4.《机械设计综合课程设计》王之栎、王大康机械工业出版社15机械零件设计第一章机械设计总论§2机械零部件设计一、设计机械零件时应满足的基本要求1、满足功能要求（强度、刚度、寿命）；2、满足工艺性要求（便于加工、装配）；3、能保证使用者安全，操作方便；4、外形美观；5、经济性要求（材料、加工方法、精度等级）6、有市场竞争能力16机械零件设计第一章机械设计总论二、机械零件的失效分析和计算准则•失效--零件丧失工作能力或达不到设计要求的性能。•常见失效形式--破裂或塑性变形；弹性变形过大；表面磨损、胶合；打滑；联接松动性。17机械零件设计第一章机械设计总论18机械零件设计第一章机械设计总论零件工作—→承受载荷—→载荷欲使零件失效零件据自身结构、材料反抗失效—→反抗失效＞失效—→解决办法：合理设计遵循设计准则•设计准则1、强度准则强度：零件抵抗断裂、塑变、疲劳破坏的能力。方法：1）][或][][][limS][][limS2）][limSS][limSS19机械零件设计第一章机械设计总论S——安全系数，S＞1—→S↑：安全，浪费材料S↓：经济，不安全2、刚度准则刚度：抵抗弹性变形的能力。][][，yy机床主轴等弹性变形过大将影响加工精度。20机械零件设计第一章机械设计总论3、寿命准则实际使用寿命大于或等于预期寿命，L≥[L]。4、温升准则Δt≤[Δt]21机械零件设计第一章机械设计总论§3机械零件的强度计算一、机械零件的疲劳强度1）载荷分类静载荷：不随时间变化或变化缓慢。动载荷：随时间变化。2）应力分类名义载荷与计算载荷。变应力静应力：r=1σt脉动循环：r=0σt0对称循环：r=-1σt0非对称循环tσ01、疲劳强度的基本知识22机械零件设计第一章机械设计总论3）稳定循环变应力的基本参数和种类a)基本参数应力循环特性ammaxammin2minmaxm2minmaxamaxminr最大应力最小应力平均应力应力幅11r23机械零件设计第一章机械设计总论b)稳定循环变应力种类：-1r+1——不对称循环变应力r=+1——静应力r=–1——对称循环变应力r=0——脉动循环变应力24机械零件设计第一章机械设计总论静应力只能由静载荷产生，变应力可能由变载荷或静载荷产生。aσ0tt0σa在变应力下，零件的主要失效形式为：疲劳破坏静应力由载荷产生，变应力由载荷产生。25机械零件设计第一章机械设计总论•1）断裂过程：①产生初始裂纹（应力较大处）•②裂纹尖端在切应力作用下，反复扩•展，直至产生疲劳裂纹。•2）断裂面：①光滑区（疲劳发展区）•②粗糙区（脆性断裂区）•3）无明显塑性变形的脆性突然断裂•4）破坏时的应力（疲劳极限）远小于材料的屈服极限2、材料的疲劳特性26机械零件设计第一章机械设计总论5）影响因素：不仅与材料性能有关，变应力的循环特性，应力循环次数，应力幅都对疲劳极限有很大影响。27机械零件设计第一章机械设计总论3、疲劳强度的基本理论)(NNNN—疲劳极限，循环变应力下应力循环N次后材料不发生疲劳破坏时的最大应力称为材料的疲劳极限疲劳寿命（N）—材料疲劳失效前所经历的应力循环次数N1）疲劳曲线：应力循环特性一定时，材料的疲劳极限与应力循环次数之间关系的曲线No—循环基数—持久极限28机械零件设计第一章机械设计总论（1）有限寿命区当N103(104)—低周循环，疲劳极限接近于屈服极限，按静强度计算29机械零件设计第一章机械设计总论当N103(104)——高周循环疲劳当时随循环次数↑疲劳极限↓043)10(10NN（2）无限寿命区0NNN——持久极限对称循环：脉动循环：001130机械零件设计第一章机械设计总论疲劳曲线方程))10(10(043NNCNNmmN0NmNKNN0mNNNK0——寿命系数∴疲劳极限31机械零件设计第一章机械设计总论几点说明：①No硬度≤350HBS钢，No=107≥350HBS钢，No=(10-25)x107有色金属(无水平部分)，规定当No25x107时,近似为无限寿命区②m—指数与应力与材料的种类有关。钢m=9——拉、弯应力、剪应力m=6——接触应力青铜m=9——弯曲应力m=8——接触应力32机械零件设计第一章机械设计总论2）材料的疲劳极限应力图—同一种材料在不同的应力循环特性下的疲劳极限图（图）am对任何材料（标准试件）而言，对不同的应力循环特性下有不同的持久极限，即每种应力循环特性下都对应着该材料的最大应力=，再由应力循环特性可求出和、maxminrmrmaxa以为横坐标、为纵坐标，即可得材料在不同应力循环特性下的极限和的关系图mmaa33机械零件设计第一章机械设计总论曲线上的点对应着不同应力循环特性下的材料疲劳极限A——对称疲劳极限点B——脉动疲劳极限点G——屈服极限点C——强度极限点01,s材料的简化极限应力线图，可根据材料的和三个试验数据和而作出451,0A)2,2(00Bamo45D0,sG疲劳强度线ma屈服强度线)(ams34机械零件设计第一章机械设计总论•AD上各点：如果不会疲劳破坏•DG上各点：如果不会屈服破坏amlimmaxsamlimmaxmaxsmax451,0A)2,2(00Bamo45D0,sG疲劳强度线ma屈服强度线)(amsAD段的方程为：1ma0012式中：－－等效系数，其值见教材P1135机械零件设计第一章机械设计总论（2）极限应力图的用途：在于根据确定非对称循环应力下的疲劳极限以计算安全系数。1（3）对于切应力，只需将各式中的换成即可。注：（1）疲劳曲线的用途：在于根据σ确定某个循环次数N下的条件疲劳极限σN36机械零件设计第一章机械设计总论3）零件的极限应力线图影响零件疲劳强度的主要因素有以下三个：（1）应力集中的影响机械零件上的应力集中会加快疲劳裂纹的形成和扩展。从而导致零件的疲劳强度下降。用应力集中系数、计入应力集中的影响。（、的值见教材或有关手册）kkkk37机械零件设计第一章机械设计总论（2）尺寸的影响零件的尺寸越大，在各种冷、热加工中出现缺陷，产生微观裂纹等疲劳源的可能性（机会）增大。从而使零件的疲劳强度降低。用尺寸系数、，计入尺寸的影响。（3）表面质量的影响表面质量：是指表面粗糙度及其表面强化的工艺效果。表面越光滑，疲劳强度可以提高。强化工艺（渗碳、表面淬火、表面滚压、喷丸等）可显著提高零件的疲劳强度。用表面状态系数计入表面质量的影响。38机械零件设计第一章机械设计总论影响疲劳强度的主要因素3综合影响系数试验证明：应力集中、尺寸和表面质量都只对应力幅有影响，而对平均应力没有明显的影响。（即对静应力没有影响）在计算中，上述三个系数都只计在应力幅上，故可将三个系数组成一个综合影响系数：kKkK零件的疲劳极限为：00111121''''KKKKemeaemeeaee39机械零件设计第一章机械设计总论σaeK11Ke11meeaeeK11A´D´G´Cσ0/2σSσmOADGKe11K20Smeae00121KKekK零件的极限应力线图meaeK1或40机械零件设计第一章机械设计总论4）单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算步骤：①根据零件载荷及结构情况，求σmin、σmax及σa、σm，并将其标在零件的极限应力线图中，如图中M、N点；②