第6章机械零件设计和计算概论.ppt
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1、第6章 机械零件设计和计算概论,6-1 机械零件设计概述 6-2 机械零件的工作能力准则 6-3 许用应力和安全系数 6-4 常用材料及其选择 6-5 机械零件的工艺性和标准化,基本要求: 掌握零件常见的失效形式和设计准则 掌握许用应力、安全系数的概念及确定方法 了解零件的常用材料及性能,机械设计基础机械零件设计和计算概论,6-1 机械零件机械零件设计概述,一、机械零件分类 二、机械零件设计基本要求 三、机械零件设计过程 四、机械零件传统设计方法,机械设计基础机械零件设计和计算概论,一、机械零件分类,机器:机械、机构的总称 构件运动的单元 零件制造的单元,机械设计基础机械零件设计和计算概论,通
2、用 零件,传动件:齿轮、蜗杆、带、链,联接件:螺栓、键、花键,支承件:轴、轴承,机械零件,专用零件:水轮机叶片、活塞、曲轴,飞机螺旋桨,其它:联轴器、弹簧、机架,二、机械零件设计基本要求,1、满足功能要求,能够准确实现预定的功能 2、工作可靠,在预定的工作期限内不能失效 3、经济性要求,机械设计基础机械零件设计和计算概论,三、机械零件设计过程,零件设计时的共性:,机械设计基础机械零件设计和计算概论,过程: 1、拟订零件的设计简图 2、确定载荷的大小及位置 3、选择材料 4、根据失效形式选用判定条件,设计出零件的主要参数 5、绘制零件工作图,工作原理、结构、 类型、应用场合,受力分析、 失效形式
3、,设计准则、 设计计算,四、机械零件传统设计方法,理论设计(半经验设计):,机械设计基础机械零件设计和计算概论,类比设计: 与已有的同类产品进行比较来设计新产品。这种方法在工程实际中用得较多,特点是节省时间,较可靠 经验设计: 根据实践中归纳出的经验公式和经验数据进行设计,缺乏创新 模型实验设计: 用于大型、复杂零件的设计,强度条件(或刚度),尺寸,强度条件(或刚度),6-2 机械零件的工作能力准则,一、机械零件常见失效形式 二、工作能力准则 三、强度准则 四、刚度准则 五、耐磨性准则 六、振动稳定性准则 七、耐热性准则,机械设计基础机械零件设计和计算概论,一、机械零件常见失效形式,失效:丧失
4、工作能力或达不到设计要求的性能,不仅仅指破坏 常见主要失效形式有: 断裂:如轴、齿轮轮齿发生断裂 表面点蚀:工作表面片状剥落 塑性变形:零件发生永久性变形 过大弹性变形 表面破坏 过大振动和噪声、过热等,机械设计基础机械零件设计和计算概论,例如轴可能的失效形式: 断裂、塑性变形、过大弹性变形、共振,二、工作能力准则,工作能力:不失效条件下零件的安全工作限度 这个限度通常是以零件承受载荷的大小来表示,所以又常称为“承载能力” 如: 吊钩最大起重量50 kN 工作能力或承载能力50 kN,机械设计基础机械零件设计和计算概论,工作能力准则:衡量零件工作能力的指标 对零件设计,针对其主要失效形式选择适
5、合的工作能力准则进行设计 具体有:强度准则、刚度准则、耐磨性准则、振动稳定性准则、耐热性准则,三、强度准则,机械零件工作能力的最基本准则 强度:材料抵抗断裂或残余变形的能力 强度准则:工作应力许用应力 或 ,机械设计基础机械零件设计和计算概论,针对失效形式:断裂、疲劳破坏、残余变形 典型零部件:轴、齿轮、 带轮等,正应力:,剪应力:,四、刚度准则,刚度:材料抵抗弹性变形的能力 刚度准则:实际变形量许用变形量 弯曲刚度:挠度条件: y y 倾角条件: 扭曲刚度:扭角条件:j j,机械设计基础机械零件设计和计算概论,针对失效形式:过大的弹性变形 典型零部件:轴、蜗杆等,五、耐磨性准则,耐磨性:零件
6、抗磨损的能力 磨损是相当复杂的物理化学过程 影响磨损的因素包括载荷的大小和性质、滑动速度、润滑剂的化学性质和物理性质等 具体有:磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损、微动磨损 耐磨性准则: P ,机械设计基础机械零件设计和计算概论,针对失效形式:零件表面破坏 典型零部件:齿轮、轴承、链等,六、振动稳定性准则,共振:当机器的自振频率与周期性干扰力变化频率相同或整数倍时,就会发生共振,此时振幅急剧增大,导致零件破坏或机器工作条件失常等 振动稳定性:机器工作时振幅不能超过许可值 振动稳定性准则:0.85f fp 或 1.15ffp,机械设计基础机械零件设计和计算概论,针对失效形式:共振产
7、生的工作失常 典型零部件:轴等,七、耐热性准则,高温引起承载能力降低、蠕变,也会造成热变形、附加热应力,破坏正常的润滑条件,改变零件间的间隙,降低精度等 耐热性准则:工作温度低于许用值,机械设计基础机械零件设计和计算概论,针对失效形式:高温引起的润滑不良、蠕变 典型零部件:蜗杆、齿轮、滑动轴承等,6-3 许用应力和安全系数,一、载荷 二、应力 三、极限应力 四、许用应力和安全系数,机械设计基础机械零件设计和计算概论,一、载荷,载荷:作用于零件上的力或力矩 工作载荷:机器正常工作时所受的实际载荷 名义载荷:理想工作条件下的载荷 计算载荷:作用于零件的实际载荷,考虑各种附加载荷,计算载荷=K 名义
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