wCh0102-L绪论总论.ppt
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1、第一章 绪论,1-1 机械及机械设计,1-2 本课程的内容、性质与任务,1-3 特点及学习方法,概论 螺纹联接 轴毂联接 带传动 齿轮传动 蜗杆传动,链传动 轴 滑动轴承 滚动轴承 联轴器和离合器,机械设计,1-1 机械及机械设计,机械机器和机构的总称。,一、机械、机器和机构,零件,机器,通用零件,专用零件,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。,构件: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。,机械零件
2、 常用泛指零件和构件,机器的组成:,机器实例:,各部分协调动作的结果:,1-3本课程的性质和内容和特点,1-2 本课程的性质、内容和任务,一、本课程的性质和内容 本课程是研究机械装置和机械系统的设计问题,培养同学们具有机械设计能力的技术基础课,是机械类专业的一门非常重要的主干课。,本课程的基本教学内容主要是通用零件的设计和计算。,连接件,(螺纹连接、键连接等),传动件,(带、链、齿轮、蜗杆传动),轴系零部件,(轴、轴承、联轴器),二、课程的目标,1、掌握通用零件的设计原理、设计方 法和机械设计的一般规律;,2、掌握典型零件的实验方法;,3、具有运用标准、规范和设计资料 进行设计工作的能力。,4
3、、了解机械方案设计、现代设计理 论与方法。,涉及面广 关系多 与诸多先修课关系密切。 要求多 设计一个机器或零件时,应同时满足强度、刚度、耐磨性、工艺、等各方面的要求。 公式多 除了定义式以外,对于大多数公式着重于公式的应用,不强调公式的推导。 图表多 要求能看懂、会用,了解适用的范围和变化趋势。,实践性强不能单纯靠理论公式还要用经验或半经验公式,具体数据有时要进行圆整或取标准值,设计问题无统一答案-重视结构设计,便于加工、装配和维修,本课程的特点,1-3 本课程的特点及学习方法,课程的设置:,课程实验:6学时,课堂理论教学:718周,42学时。,1、 螺栓强度实验(2学时) 2*、带传动实验
4、(2学时) 3、轴系结构设计实验(2学时) 4、齿轮减速箱拆装实验(2学时) 设计实践(课程设计):22.5周。,2.1 机械设计的基本要求,第二章 机械设计总论,1.使用要求,3.劳动保护要求,4.环境保护要求,5.可靠性要求,1、强度、刚度、耐磨 性等,2、结构工艺性要求,3、经济性要求,(材料、质量),4、零件的可靠性要求,2.经济性要求,一、设计机器的基本要求:,零件应满足的要求:,二、机械零件的设计方法,2.经验设计,3.模型实验设计,4.现代设计方法:,可靠性设计,设计式,验算式,许用应力法,安全系数法,优化设计,1.理论设计,三、机械设计的一般程序,1、机器设计的一般程序,市场调
5、研 可行性研究,原理方案设计,技术设 计,试制试验,小批生 产试销,投产,设计任务书,定出最佳方案,装配图 零件图技术文件,样机评价改进,考核工艺性收集用户意见,产品销售,1)建立零件的受力模型,确定零件的计算载荷 2)选择零件的类型与结构 3)选择零件的材料 4)按可能的失效形式确定零件的计算准则,并确 定零件的基本尺寸,加以标准化和圆整 5)零件的结构设计 6)绘制零件的工作图,并编写计算说明书,2、机械零件设计的一般步骤,一、工作能力 失效:零件由于某种原因丧失正常工作能力。 工作能力:机械零件抵抗失效的能力。 影响工作能力的因素主要有:强度、刚度、稳定性、耐磨性以及温度等。,2.2 机
6、械零件设计应考虑的问题,1、强度,强度:零件抵抗断裂、塑变、疲劳破坏的能力。,方法:,S安全系数,S1,S:经济,不安全,挤压强度及刚度准则,、刚度,刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。如果零件的刚度不足,有些零件则会因为产生过大的弹性变形而失效。,例如:机床主轴的弹性变性过大将会影响所加工工件的精度。,零件材料的弹性模量E越大,则其刚度越大。,、振动稳定性,当作用在零件上的周期性外力的变化频率接近或等于零件的自激振动频率(固有频率)时,便发生共振,导致零件失效。这种现象称之为“失去振动稳定性”。,耐磨性计算,、摩擦学 (耐磨性计算),到目前为止对于磨损失效还没有一个完善的计算方法
7、。通常只进行条件性计算,通过限制影响磨损的主要因素防止产生过大的磨损量。,即压强不超过许用值 p p 速度不超过许用值 v v 压强与速度乘积不超过许用值 p v pv ,二、材料选择及结构工艺性 1.合理地选择材料(如教材表21) 2.机械零件要有良好的工艺性(如教材表22) 三、标准化、通用化、系列化 零部件标准化、通用化、系列化的优越性: 1.减轻设计工作量、缩短设计周期和降低费用; 2.便于批量生产、降低成本、保证质量; 3.具有互换性,便于维修; 4.可使技术条件、试验方法和验收等标准化,有利于改进和提高产品质量,以及扩大和开发新产品。,2-3 机械零件的强度及其设计准则,失效:零件
8、由于某种原因丧失正常工作能力,1、主要失效形式:,1)整体断裂,2)过大的变形 (弹性变形、残余变形),3)零件的表面失效,4)破坏正常工作条 件引起的失效,2、零件设计准则:,1)强度准则,2)刚度准则,3)耐磨性准则,4)振动准则,机械零件的计算准则,一、载荷和应力,1 、 载荷,静载荷,变载荷,按是否考虑动载荷的影响,载荷分为:,载荷和应力2,名义载荷:在理想平稳条件下所受的载荷(不考虑动载荷的影响) 由原动机的额定功率推算出的载荷。,计算载荷载荷系数K名义载荷(代表机器或零件实际所受载荷),载荷系数K:用于计入在实际工作中受到的各种动载荷的影响。,静载荷:指大小、作用位置和方向不随时间
9、变化或变化缓慢的载荷。,2 应力,机械零件的计算准则,3、稳定循环变应力的基本参数和种类,(1) 基本参数,应力循环特性,最大应力,最小应力,平均应力,应力幅,循环应力,(2) 稳定循环变应力种类:,r = 1 对称循环变应力 r = 0 脉动循环变应力,-1 r+1不对称循环变应力 r =+1 静应力,注意:静应力只能由静载荷产生,而变应力可能由变载荷产生,也可能由静载荷产生,名义应力由名义载荷产生的应力 计算应力由计算载荷产生的应力,(3)名义应力和计算应力,在变应力下,零件的主要失效形式为:疲劳破坏,强度准则,二、静应力的强度计算,强度条件有两种表示方法:,用安全系数:,机械零件的计算准
10、则,整体强度(体积强度):按体积应力计算的;如拉压弯扭应力等。 表面强度:按表面应力计算的强度称表面强度。,强度条件: 或,1、单向应力下的塑性零件,在静应力下工作的零件,其可能的失效形式是塑性变形或断裂。材料种类不同,所取极限应力也不同。,2、复合应力时的塑性材料零件,(1)按第三或第四强度理论对弯扭复合应力进行强度计算 由第三强度理论 (最大剪应力理论) 由第四强度理论: (最大变形能理论),(2)复合应力计算安全系数为:考虑到 s=2s, 3、脆性材料与低塑性材料,(1)单向应力状态 强度条件: 或 或,失效形式:断裂,复合应力状态下: 按第一强度理论计算当量应力。,按第一强度条件: (
11、最大主应力理论) 注意:低塑性材料(低温回火的高强度钢) 强度计算应计入应力集中的影响 脆性材料(铸铁) 强度计算不考虑应力集中 一般工作期内应力变化次数103(104)按静应力强度计算,(2)复合应力下工作的零件,三、机械零件的疲劳强度计算,(一)、变应力作用下机械零件的失效特征,3、疲劳破坏的机理:损伤的累积 4、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。,1、失效形式:疲劳(破坏)(断裂) 2、疲劳破坏特征: (1)断裂过程:产生初始裂纹 (应力较大处) 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: 光滑区(疲
12、劳发展区) 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,(二)、材料的疲劳曲线和极限应力图,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N,1、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,可以看出: 随 N 的增大而减小。但是当 N 超过某一循环次数 No 时,曲线趋于水平。 即 不再随 N的增大而减小。,(2)无限寿命区,持久极限,对称循环:,脉动循环:,(3)疲劳曲线方程,(1)
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