机械设计基础 教学课件 作者 王凤良第六章 第6章.pptVIP

─ 平均应力； ─应力幅值 * §6.1 机械零件的主要失效形式 §6.2 机械零件的工作能力及其设计准则 §6.3 机械零件设计的一般步骤 §6.4 机械零件的强度计算 §6.5 接触应力和接触强度的概念 §6.6 机械零件的耐磨性 §6.7 机械制造常用的材料及其选择原则 §6.8 机械零件的工艺性及标准化 §6.9 标准化、通用化、系列化的概念和意义 第6章 机械设计概论 机械零件的失效： 机械零件曲于某种原因不能正常工作时，称为失效。 工作能力----在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上又称为： 承载能力。 例如：发生强烈的振动；联接的松弛; 摩擦传动的打滑等。 §6.1 机械零件的主要失效形式 整体断裂; 过大的残余变形; 工作表面的过度磨损或损伤; 破坏正常的工作条件; 零件的失效形式 如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带传动等。机械零件虽然有多种可能的失效形式，归纳起来最主要的为 机械零件失效的实例： 齿轮轮齿折断 轴承内圈破裂 轴承外圈塑性变形 轮齿塑性变形 齿面接触疲劳 轴瓦磨损 失效原因: 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等 原因。 统计结果显示： 断裂仅占4.79%; 腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%。 --主要失效原因。 ▲ 失效：机械零件丧失正常工作能力。 ▲工作能力：在不发生失效的条件下，在规定期限内，零件所能工作的限度，称为零件的工作能力，通常这个限度是对载荷而言，所以又称承载能力。 §6.2 机械零件的工作能力及其设计准则 6.2.1 机械零件的工作能力 ▲ 强度准则 ▲ 刚度准则 6.2.2 机械零件的设计准则 ▲ 寿命准则 ▲ 振动稳定性准则 ▲ 可靠性准则 ---确保零件不发生断裂破坏或过大的 塑性变形，是最基本的设计准则。 ----确保零件不发生过大的弹性变形。 ---通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。 ----高速运转机械的设计应注重 此项准则。 ----当计及随机因素影响时，仍应确 保上述各项准则。 强度准则是指零件中的应力不得超过许用值。 一、强度准则 即： σ ≤ σlim σlim ----材料的极限应力 脆性材料： σlim = σB (强度极限) 塑性材料： σlim = σS (屈服极限) 为了安全起见，引入安全系数S，得： σ ≤ σlim/S 或 σ ≤[σ] S为大于1的数，S过大小都不好。 ----许用应力 二、刚度准则 ----是指零件在力作用下的弹性变形量不得超过许用值。即： y ≤[y] 三、寿命准则 影响零件使用寿命的因素主要是腐蚀、磨损和疲劳，前两者还没有成熟的计算方法，工程中通常是求出使用寿命时的疲劳极限作为计算的依据。 四、振动稳定性准则 保证机器中受激振零件的固有频率与激振源的频率错开， 即要求： 0.85 f fp 或 1.15 f fp 如果不满足条件，可采取如下措施： ▲改变零件及系统刚性； ▲增减支承； ▲调整支承的位置； ▲隔离激振源 ； ▲采用阻尼元件以减小零件的振幅。 五、可靠性准则 可靠度的定义： 对件数为N0的一批零件进行试验，经过时间t之后有N件仍能正常工作，则该零件在该试验环境条件下工作时间t的可靠度定义为： R= N / N0 若t↑ → R ↓ → N↓ ----R是时间的函数。 若在时间t+dt内，又有dN个零件失效，则dt内零件的失效的比率定义为： ---失效率 “-”表示dN的增大将使N减少。 分离变量并积分得： ▲ 避免在预定寿命期内失效的要求 ▲ 结构工艺性要求 ▲ 经济性要求 ▲ 质量小的要求 ▲ 可靠性要求 机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求： 6.3.1 机械零件设计应满足的基本要求 §6.3 机械零件设计的一般步骤 1) 根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构。 2) 根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。 3) 根据零件的工作条件及对零件的特殊要求(如高温 环境等)选择适当的材料。 4) 根据零件的失效形式，确定零件的计算准则，通过计算，确定零件的基本尺寸。 5) 6) 7) 6.3.2 机械零件设计的一般步骤 建立计算模型 写出计算说明书 画出零件工作图 校 核 计 算 计算零件上的载荷 确定计算准则 选择零件的材料 确定零件的基本尺寸 结 构 设 计 零件的设计流程图： 载荷 静载荷:不随时间变化或变