《机械设计基础答案及培训课件》由会员分享,可在线阅读,更多相关《机械设计基础答案及培训课件(26页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、1,机械设计基础(二),开课单位:机械基础中心 主讲教师 刘卫,2,参考书目,1.机械设计基础 杨可桢、程光蕴主编.高等教育出版社.第五版 2.机械设计课程设计 陈秀宁、施高义主编.高等教育出版社.第二版,3,1、学期成绩评定:,2、课程要求:,A: 独立完成作业 B: 按时交作业,迟交无成绩 C: 作业总量不足2/3,取消考试资格 D: 点名3次不到者取消考试资格 F: 周三下午3:305:30 主楼237答疑 联系电话:6576370,A:期末考试成绩(70) B:课后作业(20) C:实验成绩(10),4,机械设计实例,5,第9章 机械零件设计概论,9-1 机械零件设计概述,一、机械设计
2、应满足的要求,在满足预期功能的前提下,性能好、效率高、成本低,在预定使用期限内安全可靠、操作方便、维修简单和造型美观等。 概括为:所设计的机械零件既要工作可靠,又要成本低廉。,6,二、机械零件的失效,1、失效:机械零件由于某种原因不能正常工作时,称为失效。,2、工作能力:在不发生失效的条件下,零件所能安全工作的限度,称为工作能力。通常此限度是对载荷而言,又称为承载能力。,7,三、机械零件失效的原因,1、断裂或塑性变形 2、过大的弹性变形 3、工作表面的过度磨损或损伤 4、发生强烈的振动 5、连接的松弛 6、摩擦传动的打滑,四、机械零件工作能力的判定条件,计算量许用量 工作能力计算准则,8,五、
3、机械零件设计的步骤,1、拟定零件的计算简图; 2、确定作用在零件上的载荷; 3、选择合适的材料; 4、根据零件可能出现的失效形式,选用相应的判定条件,确定零件的形状和尺寸; 5、绘制工作图并标注必要的技术条件。,以上过程为设计计算,反之为校核计算。,9,9-2 机械零件的强度,一、强度概论,1、名义载荷: 在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。 2、载荷系数K: 综合考虑零件在实际工作中承受的各种附加载荷所引入的系数。 3、计算载荷: 载荷系数与名义载荷的乘积。,10,4、名义应力与计算应力 按照名义载荷用力学公式求得的应力称为名义应力;按照计算载荷求得的应力称为计算应力。 5、强度条件
4、计算正应力 = lim /S,零件材料的许用正应力 计算切应力 =lim /S ,零件材料的许用切应力 lim 、 lim 分别为极限正应力和极限切应力;S为安全系数,11,二、应力的种类,静应力:不随时间变化的应力,变应力:随时间变化的应力,循环变应力:具有周期性的变应力,非循环变应力:不具有周期性的变应力,12,变应力的描述参数:,最大应力max,最小应力 min,平均应力 m,应 力 幅 a,循环特性r,r 1,对称循环变应力 r 0,脉动循环变应力 r 1,静应力 -1r1,非对称循环变应力。,13,三、静应力条件下的许用应力,1、静应力下零件的失效形式: 脆性材料:断裂 塑性材料:塑
5、性变形,2、静应力下的许用应力:,塑性材料:取材料的屈服极限S 作为极限应力,脆性材料:取材料的强度极限B 作为极限应力,14,四、变应力条件下的许用应力,1、变应力下零件的失效形式:疲劳断裂,疲劳断裂断口形式,其它断裂断口形式,其特征为: 疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低,甚至比屈服极限低;不管脆性材料或塑性材料,其疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂;疲劳断裂是损伤的积累,它的初期现象是在零件的表面或表层形成微裂纹,这种裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展,直至余下的未裂开的截面积不以承受外载荷时,零件就突然断裂。疲劳断裂与应力循环次数(即使用期限或寿命)密切相关。,
6、15,2、疲劳曲线,疲劳曲线:表示应力与应力循环次数N之间的关系曲线,N0循环基数,r材料的疲劳极限,通常,用-1表示材料在对称循环变应力下的弯曲疲劳极限。,疲劳曲线的左半部(NN0)可用如下方程表示:,式中: -1N为对应于循环次数N的疲劳极限,C为常数,m为随应力状态而不同的幂指数,钢制材料弯曲时m=9。,从上式可求得对应于循环次数N的弯曲疲劳极限,kN寿命系数,16,3、变应力下的许用应力,变应力下,取材料的疲劳极限作为极限应力。同时还应考虑零件的切口和沟槽等界面尺寸突变、绝对尺寸和表面状态等影响,引入有效应力集中系数k、尺寸系数和表面状态系数等。,对称循环变应力下,许用应力:,脉动循环
7、变应力下,许用应力:,式中:S为安全系数;为材料的脉动循环疲劳极限;k、及的数值可在材料力学或有关设计手册中查得。,17,五、安全系数,根据上式可知,安全系数定得正确与否对零件尺寸有很大的影响。如果安全系数定得过大将使结构笨重;如果定得过小,又可能不安全。根据使用的部门不同,采用查表法。,18,没有专门的表格时,可参考下述原则选择安全系数。,1、静应力下 (1)塑性材料: 一般情况下:S=1.21.5; 塑性较差的材料(S/B0.6)或铸钢件S=1.52.5。 (2)脆性材料:S=34。 2、变应力下 S=1.31.7; 若材料不够均匀、计算不够准确取S=1.72.5。,19,9-3 机械零件
8、的接触强度,一、强度分类: 整体强度:零件受载时是在较大体积内产生的应力,这种应力状态下的零件强度称为整体强度。 接触强度:零件在受载前是点或线接触,受载后,由于变形其接触处为一小面积,通常此面积甚小而表层产生的局部应力却很大,这种应力称为接触应力,这时零件的强度称为接触强度。,20,机械零件在周期性接触应力的作用下,首先在表层产生初始疲劳裂纹,然后裂纹逐渐扩展,终于使表层金属呈小片剥落下来,而在零件表面形成一些小坑,这种现象称为疲劳点蚀。,接触应力作用下的失效形式:疲劳点蚀,21,二、接触应力,两圆柱体接触,计算依据:弹性力学的赫兹公式,22,接触疲劳强度的判定条件为:,式中Hlim为由实验测得的材料的接触疲劳极限,对于钢,其经验公式为:,Hlim=2.76HBS-70 MPa,安全系数SH可取等于或稍大于1。,23,作 业,9-11,9-13,24,25,26,