精密机械设计1-精密机械设计的基础.pptVIP

第1章 精密机械设计的基础知识 第一章 精密机械设计的基础 周怡琳 主要内容 第一节 概 述 第二节 零件的工作能力及其计算 第三节 零件与机构的误差估算和精度 第四节 工艺性 第五节 标准化.系列化.通用化 第六节 零件的设计方法及其发展 第一节 概 述 一、设计精密机械时应满足的基本要求 功能要求－首先满足 例：仪器的监测、控制功能，自动显示、记录功能，数据处理功能，打印功能，误差校正、补偿功能 可靠性要求 精密机械在一定时间内和一定的使用条件下有效地实现预期的功能，要求其工作安全可靠，操作维修方便。 精度要求 如：支承的回转精度、导轨的导向精度 经济性要求 零件结构简单、节省材料、工艺性好，尽量采用标准尺寸和标准件。 外观要求 二、精密机械设计的一般步骤 设计过程的类型 开发性设计 利用新原理、新技术设计新产品 适应性设计 保留原有产品的原理及方案不变，只对个别零部件进行重新设计 变参数设计 保留原有产品的功能、原理方案和结构，仅改变零、部件的尺寸或结构布局形成系列产品 二、精密机械设计的一般步骤 新产品开发设计的4个阶段（图1－1） 调查决策阶段 调查 决策 研究设计阶段 功能设计－前期开发 技术设计－后期开发 试制阶段 投产销售阶段 第二节 零件的工作能力及其计算 一、强度 零件抵抗外载荷作用的能力 强度不足：零件断裂、塑性变形，丧失工作能力而失效 (一) 载荷和应力 在计算零件强度时，需要根据作用在零件载荷的大小、方向和性质及工作情况 ，确定零件中的应力。 按随时间变化分为 静载荷和静应力 变载荷和变应力 一、强度 静载荷和静应力 不随时间变化或变化缓慢的载荷和应力 例如：重力 一、强度 2. 变载荷和变应力 定义： 随时间作周期性变化的载荷和应力。 变应力既可由变载荷产生，也可由静载荷产生。 应力循环：应力作周期性变化，一个周期所对应的应力变化 一、强度 平均应力σm，应力幅度σa，循环特性r，最大应力σmax，最小应力σmin的关系 r=-1, 对称循环 r≠-1，非对称循环 r=0， 脉动循环 一、强度 计算强度时，载荷分为 名义载荷 在稳定和理想的工作条件下作用在零件上的载荷 计算载荷 为提高零件的工作可靠性，考虑影响零件强度的各种因素，将名义载荷乘以某些系数，作为计算时采用的载荷。 一、强度 (二) 零件的整体强度 零件整体抵抗载荷作用的能力称为整体强度 判断零件整体强度的方法 零件在载荷作用下产生应力与许用应力相比较 零件在载荷作用下的实际安全系数与许用实际安全系数相比较 一、强度 讨论 1.静应力下的强度的判断 可用以上任一种方法 塑性材料：取屈服极限σs或τs作为极限应力 脆性材料：取强度极限σb或τb作为极限应力 材料缺少屈服极限数据时，取强度极限作为极限应力，但安全系数应取大一些。 一、强度 2.变应力下的强度的判断 疲劳断裂 定义：变应力作用下零件的一种失效形式，不仅与变应力大小有关，也与应力循环的次数有关 表面无缺陷的金属材料疲劳断裂过程分2阶段 变应力作用下，表面开始滑移形成初始裂纹 变应力作用下，初始裂纹扩展以致断裂 实际，由于材料具有缺陷，材料疲劳断裂过程只经过第二阶段。 零件应力集中也造促使表面裂纹生成和扩展 一、强度 疲劳极限，σrN 概念：循环特性r一定，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力 应力疲劳曲线 循环次数N与疲劳极限σrN的关系曲线 分类 当循环次数N超过某一值N0后，疲劳极限不再降低，曲线趋于水平； N0，循环基数 疲劳曲线没有水平部分：有色金属、高硬度合金钢 一、强度 一、强度 有明显水平部分的疲劳曲线分两个区域 N≥N0，无限寿命区，疲劳极限＝常数＝ σr N≤N0，有限寿命区，疲劳极限随循环次数N的减小而增大 循环次数N的疲劳极限 一、强度 讨论 无限寿命：零件承受变应力低于疲劳极限σr时，工作应力总循环次数可大于N0，但并不意味着零件永远不会失效。 零件处于变应力状态下工作时，通常以材料的疲劳极限σr作为极限应力σlim，然后用KL来考虑零件实际应力循环次数N的影响。 提高零件疲劳强度的措施 应力屈服极限高和细晶粒组织的材料； 零件截面形状的变化应平缓，减小应力集中； 改善零件表面质量，如：减小表面粗糙度，进行表面强化处理 减少材料的冶金缺陷，如：采用真空冶炼，使非金属夹杂物减少。 一、强度 (三) 零件的表面强度 表面接触强度 接触应力：两零件在接触区产生的局部应力 疲劳点蚀： 失效形式：循环接触应力作用下，表面产生疲劳裂纹，扩展导致表层小块金属剥落。 点蚀使零件表面失去正确的形状，降低工作精度，引起附加动载荷，产生噪声和振动，并降低零件的使