第01章机械设计总论jiang.ppt
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1、机机 械械 设设 计计 He who questions nothing learns nothing 必读书: 1. 机械设计 彭文生,李志明主编 高教出版社 2002年8月 2. 机械设计习题集 候玉英,孙立鹏主编 高教出版社 2002年7月 参考书: 1. 机械设计 彭文生等主编 华中科技大学出版社 2. 机械设计 濮良贵,纪名刚主编 高教出版社 3. Machine design. Andrew D.Dimarogoneas. John Wiley & Sons.Inc. 2001 成绩考核方式: 平时成绩20%30% 其中: 课堂小测验和考勤(团体和个人) 实验及实验报告 作 业 考
2、试70%80% 江连会: 13163235670 1-1 概 述 1-3 机械零件的强度计算 1-2 机械设计的基本要求、机械零件的 工作能力和计算准则 机器(Machine) 主要是指机械装置。如电动 机、内燃机、机床、汽车、火车、飞机、轮船、起重 运机械、冶金矿山机械、轻纺食品机械等等。 机械设计(Machine Design) 即为各种机械 装置的设计,机械设计是为了满足机器的某些特定 功能而进行的创造性过程,设计是创造性的劳动, 设计的本质在于创新。本课程主要介绍机械设计中 的一些基础知识。 机械(Machinery) 是机器和机构统称。 1-1 概 述 内燃机 机械设计课程的研究对象
3、机械 破碎机 带 传 动 齿轮传动 蜗杆传动 螺纹联接 轴 键 联 接 轴承 联轴器 通用机械零部件的工作原理、特点、选用及设计计算 机械设计课程的研究内容: 链 传 动 通用的零 部件系指 传动 零件 轴类 零件 联接 零件 蜗杆传动 齿轮传动 链 传 动 v v 主动轮1 传动带3从动轮2 n2 n1 12 带传动 螺纹联接 键 联 接 花 键 联 接 轴 滚动 轴承 一)先修课课程:机械原理、机械制图图、工程力学、金属工艺艺学 、互换换性与技术测术测 量等。 二本课课程需用到的先修课课程及学习习方法 二)正确的学习方法: 1紧密联系生产实际。 2由薄到厚,由厚到薄。 3把握每章的重点及分
4、析处处理问题问题 的思路和基本方法。 两个着重、 两个不强调 1)着重基本概念的理解和基本设计方法的掌握, 不强调系统的理论分析; 2)着重理解公式建立的前提、意义和应用, 不强调对公式的具体理论推导。 5其他要求:环保、噪音、外观等 一机械设计的基本要求 1实现预定的功能,工作可靠; 2经济性好,设计和制造周期短、成本低,产品生产 效率高、能耗低维护管理费用少; 3操作方便,运行安全; 4标准化、系列化程度高:以便简化设计工作,提高 产品质量; 1-2 机械设计的基本要求、机械零件 的工作能力和计算准则 二机械零件的工作能力及计算准则 一)机械零件的工作能力 零件的工作能力 是指在一定的运动
5、、载荷和环境情况 下,在预定的使用期限内,不发生失效的安全工作限度。 二)机械零件的主要失效形式: 过过大弹弹性变变形零件的刚刚度不够够引起 塑性变变形工作应应力超过过材料的屈服极限S引 起 2变变形 疲劳劳断裂工作应应力超过过零件的疲劳劳极限r引 起 过载过载 断裂工作应应力超过过材料的强度极限B引 起1断裂 压溃压溃 、过过度磨损损零件接触表面上的压应压应 力p 过过大 胶 合 零件工作温升t过高引起 表面疲劳损坏零件表面接触应力H过大引起 3表面 失效 计算准则 用于计算并确定零件基本尺寸的主要依 据。对于具体的零件,应根据它们的主要失效形式,采用 相应的计算准则。常用的计算准则有: 三
6、)机械零件的计计算准则则 1强度准则则 针对针对 零件断裂、塑性变变形或表面疲劳损劳损 坏失效 强度 指零件在载载荷作用下抵抗断裂或塑性变变形的能力。 强度是保证证零件工作能力的最基本要求。若零件的强度不够够,不 仅仅因为为零件的失效使机械不能正常工作,还还可能导导致安全事故 。 强度的计算准则为: MPa 或 针对断裂或塑性变形 H H 针对表面疲劳损坏 2刚度准则 针对过大弹性变形 刚刚度 指零件在一定载载荷作用下抵抗过过大弹弹性变变形的 能力。刚刚度是保证证机器正常工作,提高机床加工产产品质质量 的基本要求。 刚刚度的计计算准则为则为 : y y ; ; 式中,y、和 分别为零件工作时的
7、挠度、偏转角 和扭转角; 计计算准则则 由刚度计算所得零件剖面尺寸,一般要比强度计算的大,所 以,一般满足刚度要求的零件往往也能同时满足强度要求。 3耐磨性准则 针对过度磨损、胶合破坏 耐磨性 指零件在载荷作用下相对运动的两 零件接触界的抗磨损能力。耐磨性是保证有相 对运动的零件正常工作的基本要求。其验算式 为: p p 防止过度磨损 pv pv 防止胶合破坏 P-工作表面的压强 MPa V-零件的滑动速度 4振动和噪声准则 针对高速机械的振动失稳(即共振 ) 当零件的固有振动频率f等于或趋近于零件的强迫振动频 率fp时,将产生共振。这不仅影响机械正常工作,甚至造成 破坏性事故,而振动又是产生
8、噪声的主要原因。 防止共振的条件为:f p 087 f 或 f p 118 f 式中,f 零件的固有振动频率,取决于零件的质量和 刚度 f p 零件受激振源作用引起的强迫振动频率 计计算准则则 机械设计应满足的要求很多,但强度要求是所有 零件都必须满足的首要条件,而强度计算必需确定 作用于零件上的载荷和应力。 一载荷和应力的类型 一)载荷 静载荷 大小和方向均不随时间变化(或 变化极缓慢)的载荷 变载荷 大小或方向随时间变化的载荷. 1-3 机械零件的强度计算 循环变载荷-循环变化的载荷 稳定循环载荷 不稳定循环载荷 静应力 大小和方向均不随时间变化(变 化极缓慢)的应力 变应力 大小和方向,
9、或大小或方向随时 间变化的应力 二) 应力 变应力 稳定循环变应力: T 不随时间变化 不稳定循环变应力: T 之一随时间变化 随机变应力: 变化无规律 三)变应力参数及典型变应力 1. 变应力参数: 最大应力:max 最小应力:min 应力循环特征:用来表示应力的变化情况 r=min/max 2. 典型变应力及应力循环特征r 平均应力 : 应力幅 : max m min a a t 应力类型 a)静应力:r= +1 变应力特例 b)非对称循环变应力r 在(+1-1)间变化 max m min a a t t =常数 c)对称循环变应力r= -1 t amax min d)脉动循环变应力r=
10、0 t a a max m 二机械零件的强度条件式 静应力作用下过载断裂、塑性变形 二)零件强度条件式: = lim / S 材料的极限应力 安全系数 脆性材料制造的零件:lim =b 塑性材料制造的零件:lim =S 1静应力作用下 零件极限应力 2变应变应 力作用下零件极限应应力 lim = rN 疲劳劳极限 一)零件的失效形式 变应变应 力作用下疲劳劳破坏约约占零件损损坏事故中的80% 。 3.安全系数S的取值对值对 零件的结结构尺寸、工作可靠性均 有影响,设计时应设计时应 根据零件的重要性、零件材料的质质量、载 荷计计算准确性等方面,合理选选取,具体数值值可参考设计资设计资 料。 三机
11、械零件材料的疲劳极限 描述应力循环次数N和疲劳极限rN间关系的曲线,其横坐标为应力循环 次数N,纵坐标为疲劳极限rN 疲劳曲线 无限寿命区 rN 有限寿命区 N 0 rN1 N1 rN2 N2 rN N N0 r 一) N 疲劳劳曲线线 D D点以后的疲劳曲线呈一水 平线,代表着无限寿命区, 其方程为: 由于ND很大,所以在作疲劳试验时,常规定一个 循环次数N0(称为循环基数),用N0及其相对应的疲劳 极限r来近似代表ND和 r,于是有: 机械零件的疲劳大多发生在s N曲线D点以前,可用下式描 述: 有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限rN的关系为: 式中, r、N0及m的值由材料试验确定。 N
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