东北大学机械设计课件第机械设计的基础知识.ppt

第一章 机械设计的基础知识,第一节 概述,第十节 机械零件的工艺性和设计的标准化,第九节 机械零件的材料及选用原则,第八节 双向变应力下机械零件的疲劳强度计算,第七节 规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算,第六节 非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,第五节 对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,第四节 静应力下机械零件的强度计算,第三节 机械零件的主要失效形式及计算准则,第二节 机械零件设计的一般步骤,本章目录,上一页,下一页,退出,总目录,1-电动机 2-V带传动 3-齿轮传动 4-联轴器 5-卷筒 6-运输胶带 7-控制系统,胶带运输机,举例,机械:,第一节 概 述,原动机,传动机,工作机,控制器,机械,通用零件,专用零件,第一节 概 述,零件与构件举例,一、机械设计的一般程序,制定设计工作计划,方案设计,技术设计,施工设计,试制、试验、鉴定,定型产品设计,第一节 概 述,二、机器应满足的基本要求（设计阶段）,1.具有预定功能的要求,2.经济性要求,3.安全性要求,4.可靠性要求,5.操作使用方便的要求,第一节 概 述,三、本课程的内容、性质和任务,内容:,机械设计的基础知识,联接零件设计：螺纹联接、轴毂联接,轴系零部零件设计：轴、滚动轴承、滑动轴承、联轴器、离合器,其它零部件设计：弹簧,机械设计新方法,传动零件设计：带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动、摩擦传动,第一节 概 述,本课程的性质:,专业技术基础课,本课程的任务:,使学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本技能,第一节 概 述,第二节 机械零件设计的一般步骤,类型选择,受力分析,选择材料,确定计算准则,理论设计计算,结构设计,精确校核,绘制零件工作图,编写设计计算说明书,第三节 机械零件的主要失效形式及计算准则,1.整体断裂,2.表面破坏,3.变形量过大,4.功能失效,一、机械零件的主要失效形式,二、机械零件的计算准则,1.强度准则,2.刚度准则,3.寿命准则,4.耐磨性准则,5.振动稳定性准则,第三节 机械零件的主要失效形式及计算准则,第三节 机械零件的主要失效形式及计算准则,1.强度准则,第三节 机械零件的主要失效形式及计算准则,2.刚度准则,第三节 机械零件的主要失效形式及计算准则,3.寿命准则,疲劳寿命计算 腐蚀和磨损,第三节 机械零件的主要失效形式及计算准则,4.耐磨性准则,第三节 机械零件的主要失效形式及计算准则,5.振动稳定性准则,1. 提高零件制造精度； 2. 提高回转件动平衡精度； 3. 增加阻尼系统； 4. 提高材料或结构的衰减系数； 5.采用减振、隔振装置等都可改善零件的振动稳定性 。,第四节 静应力下机械零件的强度计算,一、载荷及应力的分类,1.载荷的分类,静载荷与变载荷,名义载荷与计算载荷,名义载荷,原动机,传动机,工作机,额定功率,在理想工作条件,工作阻力,力学公式,名义载荷P、M、T、F,第四节 静应力机械零件的强度计算,计算载荷,第四节 静应力机械零件的强度计算,2.应力的分类,应力,静应力,不随时间变化或缓慢变化,变应力,稳定变应力,非稳定变应力,有规律非稳定变应力,无规律非稳定变应力,第四节 静应力机械零件的强度计算,对称循环,脉动循环,非对称循环,不随时间变化或缓慢变化。,max= min=m a=0,静应力:,第四节 静应力机械零件的强度计算,t,0,稳定变应力,第四节 静应力机械零件的强度计算,稳定变应力,脉动循环 r=0,对称循环 r=1,非对称循环 1r1,m= a =max/2 ,min=0,max= a = min ,m=0,max= m+a min= ma,第四节 静应力机械零件的强度计算,非稳定变应力,有规律非稳定变应力,无规律非稳定变应力,第四节 静应力机械零件的强度计算,二、静应力下机械零件的强度判据,第四节 静应力机械零件的强度计算,三、极限应力,塑性材料：,脆性材料：,第四节 静应力机械零件的强度计算,四、计算应力,复杂应力按强度理论计算常用到第一、三、 四强度理论,单向应力（拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转） 危险剖面上的最大应力为计算应力,第四节 静应力机械零件的强度计算,五、许用安全系数与许用应力,原 则：,不同的机器制造部门，常制定有自己的许用安全系数或许用应力规范。,在保证机器安全可靠的前提下,尽可能减小许用安全系数或提高许用应力。,第四节 静应力机械零件的强度计算,无规范可循时，可参照表1-3,五、许用安全系数与许用应力,第四节 静应力机械零件的强度计算,影响许用安全系数的因素： 1. 载荷和应力计算的准确性； 2. 材料机械性能数据的可靠性； 3. 零件的重要性等,五、许用安全系数与许用应力,第四节 静应力机械零件的强度计算,第五节 对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,一、疲劳曲线及疲劳极限,疲劳断裂的三个阶段：,1.形成初始裂纹,2.裂纹扩展,3.瞬断,疲劳断口,疲劳破坏的特点：,1.循环应力多次反复作用下产生；,2.无宏观的、明显的塑性变形迹象；,4.对材料的组成、零件的形状、尺寸、表面状态、使用条件非常敏感。,3.循环应力远小于材料的静强度极限；,第五节 对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,有限寿命区,无限寿命区,A,B,C,1,疲劳曲线,（HB350）,（HB350）,第五节 对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,注意:,2. NN0 KN=1；,1. m由疲劳曲线决定。一般设计中，钢制零件受弯曲应力，m=9;,3. N0103按静应力问题处理;,4. 近似的疲劳曲线.,第五节 对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,o,103,107,近 似 的 疲 劳 曲 线,第五节 对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,二、影响零件疲劳强度的因素,1. 应力集中,2. 绝对尺寸,3. 表面状态,第五节 对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,三 对 称 循 环 应 力 下 疲 劳 强 度 计 算,第五节 对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,无限寿命设计B/C/段,第五节 对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,三 对 称 循 环 应 力 下 疲 劳 强 度 计 算,无限寿命疲劳强度条件为：,三 对 称 循 环 应 力 下 疲 劳 强 度 计 算,第五节 对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,三 对 称 循 环 应 力 下 疲 劳 强 度 计 算,有限寿命设计A/B/段,第五节 对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,三 对 称 循 环 应 力 下 疲 劳 强 度 计 算,第五节 对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,有限寿命疲劳强度条件为：,第六节 非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,B,疲劳极限线图,第六节 非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,材料的谢林森折线图,第六节 非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,直线AE的方程为：,直线DE的方程为：,第六节 非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,零件的简化疲劳极限线图,二 非对称循环应力下疲劳强度计算,第六节 非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,加载方式,第六节 非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,OM1的直线方程为,第六节 非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,零件无限寿命疲劳强度计算,第六节 非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,射线与DE/ 相交,射线与A/E/ 相交,射线交点在E/ 附近,第六节 非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,等效应力：就是将非对称循环变应力从强度相等 的角度等效折算成对称循环变应力。,第六节 非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,等效的工作应力,第六节 非对称循环应力下机械零件的疲劳强度计算,零件有限寿命疲劳强度计算,第七节 规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算,线性疲劳损伤积累理论,当材料承受高于疲劳极限的应力时，每一循环都使材料产生一定量的损伤，而这种损伤是可以积累的，当损伤积累到临界值时即发生疲劳破坏。,Miner理论 材料在各个应力下的疲劳损伤是独立进行的，并且总损伤可以线性地累加起来。,第七节 规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算,规律性非稳定变应力与-N曲线,第七节 规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算,Miner方程,小于-1的应力可认为对材料不起损伤作用，故计算时可不考虑；当大于-1的各级应力对材料的寿命损伤率之和等于 1 时，材料即发生疲劳破坏 。,第七节 规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算,规律性非稳定应力下的疲劳强度计算,代入Miner方程,第七节 规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算,如果材料没达到破坏,任选一应力水平为基准,如选,第七节 规律性非稳定应力下机械零件的疲劳强度计算,疲劳强度条件为：,对于零件，有关疲劳强度计算公式均适用，只是等效应力由前面的公式确定，-1用-1c代替，材料常数m用,第八节 双向变应力下机械零件的疲劳强度计算,双向应力,第八节 双向变应力下机械零件的疲劳强度计算,零件的计算安全系数为,根据式1-21,第八节 双向变应力下机械零件的疲劳强度计算,疲劳强度条件为,第九节 机械零件的材料及选用原则,1 使用要求 2 工艺要求 3 经济性要求,机械零件的材料：主要有钢、铸铁、铜合金，其次是非金属材料（如高分子材料、陶瓷材料、复合材料等），其中最常用的是钢。,选用原则：,第十节 机械零件的工艺性和设计的标准化,1. 造型简单合理 结构和形状越复杂，制造、装配和维修越困难，成本也越高。在满足使用要求的情况下，几何形状应尽量简单，最好为平面或圆柱面。 2. 合理选择毛坯种类 零件毛坯可用铸造、锻造、轧制、焊接等方法制造。如大件、结构复杂且批量生产，宜采用铸件。,3. 铸件结构的工艺性,设计中壁厚要均匀，过渡要平缓，以防止产生缩孔及裂纹； 应有适当的结构斜度及拔模斜度以便于取模，保证铸件质量； 铸件各个面的交界处应采用圆角结构； 为了加强刚度，在受力点处常采用加强肋。,第十节 机械零件的工艺性和设计的标准化,第十节 机械零件的工艺性和设计的标准化,4. 机械加工工艺性,第十节 机械零件的工艺性和设计的标准化,4. 机械加工工艺性,第十节 机械零件的工艺性和设计的标准化,4. 机械加工工艺性,第十节 机械零件的工艺性和设计的标准化,5. 零部件的装配工艺性,5. 零部件的装配工艺性,第十节 机械零件的工艺性和设计的标准化,第十节 机械零件的工艺性和设计的标准化,5. 零部件的装配工艺性,第十节 机械零件的工艺性和设计的标准化,5. 零部件的装配工艺性,机械设计中的标准化,标准化,系列化,通用化,第十节 机械零件的工艺性和设计的标准化,上一页,再见,分目录,