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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,
