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1、第二章机机械设计计总论211机器的的组成机器的组组成如下下：执行机构辅助系统控制系统传动装置原动件222设计机机器的一一般程序序一部机器器的质量量基本上上决定于于设计质质量，机机器的设设计阶段段是决定定机器好好坏的关关键。它它是一个个创造性性的工作作过程，同同时也是是一个尽尽可能多多地利用用已有的的成功经经验的工工作。作为一部部完整的的机器，它它是一个个复杂的的系统。要要提高设设计质量量，必须须有一个个科学的的设计程程序。设计机器器的一般般程序：w 计划阶段段w 方案设计计阶段w 技术设计计阶段w 技术文件件编制阶阶段233对机器器的主要要要求设计机器器的任务务是在当当前技术术发展所所能达到到
2、的条件件下，根根据生产产及生活活的需要要提出的的。不管管机器的的类型如如何，一一般来说说，对机机器都要要提出以以下的基基本要求求：w 使用功能能要求w 经济性要要求w 劳动保护护要求w 可靠性要要求w 其它专用用要求244机械零零件的主主要失效效形式失效：机械械零件由由于某种种原因不不能正常常工作时时s 失效并不不单纯指指破坏。破破坏只是是失效的的形式之之一。s 同一种机机械零件件的可能能失效形形式往往往有数种种机械零件件常见的的失效形形式有：整体断断裂、过过大的残残余变形形、零件件的表面面破坏以以及破坏坏正常工工作条件件引起的的失效等等（一）整整体断裂裂整体断裂裂是指零零件在载载荷作用用下，
3、其其危险截截面的应应力超过过零件的的强度极极限而导导致的断断裂，或或在变应应力作用用下，危危险截面面发生的的疲劳断断裂。（二）过过大的残残余变形形当作用于于零件上上的应力力超过了了材料的的屈服极极限，零零件将产产生残余余变形。（三）零零件的表表面破坏坏零件的表表面破坏坏主要是是腐蚀、磨磨损和接接触疲劳劳（点蚀蚀）。（四）破破坏正常常工作条条件引起起的失效效有些零件件只有在在一定的的工作条条件下才才能正常常的工作作，如： 液体摩擦擦的滑动动轴承，只只有在存存在完整的润滑油膜膜时才能能正常工工作。 带传动只只有在传传递的有有效圆周周力小于于临界摩摩擦力时时才能正正常工作作。高速转动动的零件件，只有
4、有在转速速与转动动件系统统的固有有频率避避开一个个适当的的间隔才才能正常常工作。零件在工工作时会会发生那那一种失失效，这这与零件件的工作作环境、载载荷性质质等很多多因素有有关。有统计结结果表明明，一般般机械零零件的失失效主要要是由于于疲劳、磨磨损、腐腐蚀等因因素引起起。255设计机机械零件件时应满满足的基基本要求求机器是由由各种各各样的零零部件组组成的，要要使所设设计的机机器满足足基本要要求，就就必须使使组成机机器的零零件满足足以下要要求q 避免在预预定寿命命期内失失效的要要求应保证零零件有足足够的强强度、刚刚度、寿寿命。q 结构工艺艺性要求求设计的结结构应便便于加工工和装配配q 经济性要要求
5、零件应有有合理的的生产加加工和使使用维护护的成本本。q 质量小的的要求质量小则则可节约约材料，质质量小则则灵活、轻轻便。q 可靠性要要求应降低零零件发生生故障的的可能性性（概率率）。266机械零零件的设设计准则则设计零件件时，首首先应根根据零件件的失效效形式确确定其设设计准则则以及相相应的设设计计算算方法。一一般来讲讲，有以以下几种种准则：w 强度准则则确保零件件不发生生断裂破破坏或过过大的塑塑性变形形，是最最基本的设计计准则。w 刚度准则则确保零件件不发生生过大的的弹性变变形。w 寿命准则则通常与零零件的疲疲劳、磨磨损、腐腐蚀相关关。w 振动稳定定性准则则高速运转转机械的的设计应应注重此此项
6、准则则。w 可靠性准准则当计及随随机因素素影响时时，仍应应确保上述各项项准则。277机械零零件的设设计方法法机械零件件的设计计方法通通常分为为常规设设计方法法和现代代设计方方法两大类类。常规设计计方法是是指采用用一定的的理论分分析和计计算，结结合人们们在长期期的设计计和生产产实践中中总结出出的方法法、公式式、图表表等进行行设计的的方法。它它又可分分为： 理论设计计 经验设计计 模型实验验设计现代设计计方法是是指在近近二、三三十年发发展起来来的更为为完善、科科学、计计算精度度高、设设计与计计算速度度更快的的机械设设计方法法。如机机械优化化设计、机机械可靠靠性设计计、计算算机辅助助设计等等等。28
7、8机械零零件设计计的一般般步骤机械零件件的设计计一般要要经过以以下几个个步骤：1.选择择零件类类型、结结构2.计算算零件上上的载荷荷3.确定定计算准准则4选择零零件的材材料5.确定定零件的的基本尺尺寸6.结构构设计7.校核核计算8.画出出零件工工作图9.写出出计算说说明书288机械零零件材料料的选用用原则一、常用用材料金属材料料黑色金金属：灰灰铸铁、球球墨铸铁铁(如：HHT3000 QT5500-5)低碳钢、中中碳钢、高高碳钢、合合金钢(如：008F 456601CCr188）有色金属属，铝(LYY12)、铜(ZZCuSSn100P1).非金属材材料高分子材材料：塑塑料、橡橡胶、合合成纤维维陶
8、瓷：强强如钢、轻轻如铝、硬硬如金刚刚石复合材料料：强度度高、弹弹性模量量大、质质量轻二、机械械零件材材料的选选用原则则载荷及应应力的大大小和性性质零件的尺尺寸及重重量材料的经经济性零件的工工作情况况零件的结结构及加加工性299机械零零件设计计中的标标准化标准化就就是要通通过对零零件的尺尺寸、结结构要素素、材料料性能、设设计方法法、制图图要求等等，制定定出大家家共同遵遵守的标标准。标准化的的益处：标准化有有利于保保证产品品质量，减减轻设计计工作量量，便于于零部件件的互换换和组织织专业化化的大生生产，以以降低生生产成本本。与设计有有关的标标准:国际标准准国家家标准行业标标准企企业标准准等如：ISS
9、OGBBJB、HBQB国标分为为：强制制标准和和推荐标标准强制性国国家标准准：代号号为GBB (为标准准序号) (为批准准年代)强制性国国标必须须严格遵遵照执行行，否则则就是违违法。推荐性国国家标准准：代号号为GBT 这类标准准占整个个国标中中的绝大大多数。如如无特殊殊理由和和特殊需需要，必必须遵守守这些国标标，以期期取得事事半功倍倍的效果果。传动装置置在原原动件与与执行机机构之间间传递运运动、转转换运动动方式的的装置。机机械传动动装置是是本课程程研究的的主要内内容之一一。第二节 机械械零件的的计算准准则【几个概概念】1失效效：机械械零件由由于某种种原因不不能正常常工作时时，称为为失效注意：s
10、 失效并不不单纯指指破坏。破破坏只是是失效的的形式之之一。机机械零件件可能的的失效形形式很多多：强度度、刚度度、耐磨磨性、振振动稳定定性、联联接的松松动以及及可靠性性等。s 同一种机机械零件件的可能能失效形形式往往往有数种种2工作作能力：机械械零件不不发生失失效的安安全工作作限度。3承载载能力：对载载荷而言言的工作作能力。在设计中中，应保保证所设设计的机机械零件件在正常常工作中中不发生生任何失失效。为为此对于于每种失失效形式式都制定定了防止止这种失失效应满满足的条条件，这这样的条条件就是是所谓的的工作能能力计算算准则。它它是设计计机械零零件的理理论依据据。在机械零零件的设设计中，最最终是要要确
11、定零零件的结结构尺寸寸。通常常情况下下，都希希望尺寸寸小、重重量轻，同同时又不不能在工工作中发发生任何何失效。设设计时就就需要进进行必要要的计算算。常用用的计算算方法有有两种：1设计计计算：先分分析零件件的可能能失效形形式，根根据该失失效形式式的计算算准则通通过计算算确定零零件的机机构尺寸寸。 2校核计计算：先根根据经验验确定零零件的结结构尺寸寸，然后后在验算算零件是是否满足足计算准准则。如如不满足足，则应应修改零零件的尺尺寸。一、载荷荷和应力力的分类类1载荷荷载荷分为为静载荷荷和变载载荷。动载荷：由于运运动中产产生的惯惯性力和和冲击等等引起的的载荷名义载荷荷： 在在理想平平稳条件件下，用力学
12、学公式求求出的载载荷。计算载荷荷：载载荷系数数K名义载载荷。其其中载荷荷系数KK用于计计入在实实际工作作中机械械零件受受到的各各种动载载荷的影影响。2 应力静应力对对称循环环应力 rr11恒幅循环环变应力力 脉动动循环应应力 r=0循环变应应力非对对称循环环应力 变应力变变幅循环环变应力力 随机变变应力需注意：变应力力由变载载荷产生生，也可可由静载载荷产生生。名义应力力： 根根据名义义载荷求求得的应应力。计算应力力： 根根据计算算载荷求求得的应应力。表表示的是是零件在在工作中中实际受受到的应应力。二、机械械零件的的强度1 强度准则则 强度度： 指指机械零零件工作作时抵抗抗破坏（断断裂或塑塑性变
13、形形）的能能力。机械零件件的强度度准则有有两种表表示方法法：1） =2） S S式中：最大计计算应力力；许许用应力力；极极限应力力；S计算安安全系数数；许许用安全全系数；对于一个个具体的的机械零零件而言言，两差差值和S可称为为安全裕裕度。其其大小表表示零件件安全的的程度。当计算应应力相同同时，越越大，则则越安全全。当许用应应力相同同时，越越大，则则越安全全。2 静应力下下的强度度在静应力力下工作作的零件件，其可可能的失失效形式式是塑性性变形或或断裂。材材料不同同，所取取极限应应力也不不同：单向应力状态下：塑性材料料 复合应力力状态下下： 按第三三或第四四强度理理论计算算当量应应力。单向应力状态
14、下：脆性材料料 复合合应力状状态下： 按按第一强强度理论论计算当当量应力力。3 变应力下下的强度度计算变应应力下的的强度时时，应取取疲劳极极限（详详见第二二章）4 许用安全全系数合理选择择许用安安全系数数是设计计中的一一项重要要工作。过大，则机器会过于笨重；过小，可能不安全。因此，在保证安全的前提下，应尽可能选用较小的许用安全系数。的取值主要受下列因素的影响：1） 计算的准准确性；2）材材料的均均匀性；3）零零件的重重要性。注意：1）对于于塑性材材料和组组织不均均匀的材材料（如如灰铸铁铁），在在计算其其静强度度时可不不考虑应应力集中中的影响响。2）对于于组织均均匀的低低塑性材材料（如如淬火钢钢），在在计算其其静强度度时应考考虑应力力集中的的影响。三、机械械零件的的表面强强度1表面面接触疲疲劳强度度对于高副副接触的的机械零零件，理理论上是是点、线线接触，但但实际上上在载荷荷作用下下材料发发生弹性性变形后后，理论论上的点点、线接接触变成成了
