《机械设计机械设计总论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计机械设计总论（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章机械设计总论2 - 1 机器的组成机器的组成如下：2 - 2 设计机器的一般程序一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计 阶段是决定机器好坏的关键。它是一个创造性的工作过 程，同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工 作。作为一部完整的机器，它是一个复杂的系统。要提高 设计质量，必须有一个科学的设计程序。设计机器的一般程序：计划阶段方案设计阶段技术设计阶段技术文件编制阶段2 - 3对机器的主要要求设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件 下，根据生产及生活的需要提出的。 不管机器的类型如何， 一般来说，对机器都要提出以下的基本要求：使用功能要求经济性要求劳动保护要求可靠性要
2、求其它专用要求2 - 4机械零件的主要失效形式 失效：一一机械零件由于某种原因不能正常工作时 失效并不单纯指破坏。破坏只是失效的形式之一。 同一种机械零件的可能失效形式往往有数种机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余 变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效 等（一）整体断裂整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应力超 过零件的强度极限而导致的断裂，或在变应力作用下，危 险截面发生的疲劳断裂。（二）过大的残余变形当作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件将产生残余变形。（三）零件的表面破坏零件的表面破坏主要是腐蚀、 磨损和接触疲劳（点蚀）。（四）破坏正常工作条件引起的
3、失效有些零件只有在一定的工作条件下才能正常的工作， 如：?液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时 才能正常工作。?带传动只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时 才能正常工作。高速转动的零件，只有在转速与转动件系统的固有频率 避开一个适当的间隔才能正常工作。零件在工作时会发生那一种失效，这与零件的工作环 境、载荷性质等很多因素有关。有统计结果表明，一般机械零件的失效主要是由于疲 劳、磨损、腐蚀等因素引起。2-5设计机械零件时应满足的基本要求 机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机 器满足基本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求 避免在预定寿命期失效的要求应保证零件有足够的强度
4、、刚度、寿命。结构工艺性要求设计的结构应便于加工和装配经济性要求零件应有合理的生产加工和使用维护的成本。质量小的要求质量小则可节约材料，质量小则灵活、轻便。可靠性要求应降低零件发生故障的可能性（概率）。2 - 6机械零件的设计准则设计零件时，首先应根据零件的失效形式确定其设计 准则以及相应的设计计算方法。一般来讲，有以下几种准 则：强度准则确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基 本的设计准则。刚度准则确保零件不发生过大的弹性变形。寿命准则通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。振动稳定性准则高速运转机械的设计应注重此项准则。可靠性准则当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。2 - 7机械
5、零件的设计方法机械零件的设计方法通常分为常规设计方法和现代设 计方法两大类。常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算，结合 人们在长期的设计和生产实践中总结出的方法、公式、图 表等进行设计的方法。它又可分为：?理论设计?经验设计?模型实验设计现代设计方法是指在近二、三十年发展起来的更为完 善、科学、计算精度高、设计与计算速度更快的机械设计 方法。如机械优化设计、机械可靠性设计、计算机辅助设 计等等。2 - 8机械零件设计的一般步骤机械零件的设计一般要经过以下几个步骤：1. 选择零件类型、结构2. 计算零件上的载荷3. 确定计算准则4选择零件的材料5. 确定零件的基本尺寸6. 结构设计7. 校核
6、计算8. 画出零件工作图9. 写出计算说明书2 - 8机械零件材料的选用原则一、常用材料金属材料黑色金属：灰铸铁、球墨铸铁 （如：HT300 QT500-5）低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢（如：08F45601Cr18 ）有色金属，铝（LY12）、铜（ZCuSn10P1.非金属材料高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维 瓷：强如钢、轻如铝、硬如金刚石 复合材料：强度高、弹性模量大、质量轻二、机械零件材料的选用原则 载荷及应力的大小和性质零件的尺寸及重量材料的经济性零件的工作情况零件的结构及加工性2 - 9机械零件设计中的标准化标准化就是要通过对零件的尺寸、结构要素、材料性 能、设计方法、制图要求等，
7、制定出大家共同遵守的标准。标准化的益处：标准化有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和组织专业化的大生产，以降低生产成本。与设计有关的标准:国际标准国家标准行业标准企业标准等女如: ISO GBJB、HB QB国标分为：强制标准和推荐标准强制性国家标准：代号为GBxx &为标准序号）XX冬为 批准年代）强制性国标必须严格遵照执行，否则就是。推荐性国家标准：代号为GBT xxxx xxxx这类标准占整个国标中的绝大多数。 如无特殊理由和特 殊需要，必须遵守这些国标，以期取得事半功倍的效果。传动装置在原动件与执行机构之间传递运动、转换运 动方式的装置。机械传动装置是本课程研究的主要容
8、之一。第二节机械零件的计算准则【几个概念】1. 失效：一一机械零件由于某种原因不能正常工作 时，称为失效 失效并不单纯指破坏。破坏只是失效的形式之一。机 械零件可能的失效形式很多：强度、刚度、耐磨性、振 动稳定性、联接的松动以及可靠性等。同一种机械零件的可能失效形式往往有数种2. 工作能力：一一机械零件不发生失效的安全工作限度。3. 承载能力： 对载荷而言的工作能力。在设计中，应保证所设计的机械零件在正常工作中不发生 任何失效。为此对于每种失效形式都制定了防止这种失效应满 足的条件，这样的条件就是所谓的工作能力计算准则。它是设 计机械零件的理论依据。在机械零件的设计中，最终是要确定零件的结构尺
9、寸。通 常情况下，都希望尺寸小、重量轻，同时又不能在工作中发生 任何失效。设计时就需要进行必要的计算。常用的计算方法有 两种：1. 设计计算：一一先分析零件的可能失效形式，根据该失 效形式的计算准则通过计算确定零件的机构尺寸。2 .校核计算：一一先根据经验确定零件的结构尺寸，然 后在验算零件是否满足计算准则。 如不满足，则应修改零件的 尺寸。一、载荷和应力的分类1. 载荷载荷分为静载荷和变载荷。动载荷：由于运动中产生的惯性力和冲击等引起的载荷一名义载荷：在理想平稳条件下，用力学公式求出的载荷。 计算载荷：=载荷系数KX名义载荷。其中载荷系数K用于 计入在实际工作中机械零件受到的各种动载荷的影响
10、。2.应力J/静应力对称循环应力J r =- 1恒幅循环变应力脉动循环应力r=0*循环变应力非对称循环应力乙变应力 变幅循环变应力随机变应力需注意：变应力由变载荷产生，也可由静载荷产生。名义应力：根据名义载荷求得的应力。计算应力：根据计算载荷求得的应力。表示的是零件在工 作中实际受到的应力。二、机械零件的强度1. 强度准则强度：指机械零件工作时抵抗破坏（断裂或塑性变形） 的能力。机械零件的强度准则有两种表示方法：limlim塑性材料单向应力Y-复合应力状态下:lim s按第三或第四强度理论计算当量应力limb脆性材料J 单向应力VL复合应力状态下:计算当量应力。limb按第一强度理论3. 变应
11、力下的强度计算变应力下的强度时，应取lim疲劳极限rN （详2)式中： 一最大计算应力；一许用应力；Hm 极限应力；S计算安全系数；S 许用安全系数；对于一个具体的机械零件而言，两差值-和S- S可称为安全裕度。其大小表示零件安全的程度。一当计算应力相同时，越大，则越安全。当许用应力 相同时， 越大，则越安全。2. 静应力下的强度在静应力下工作的零件，其可能的失效形式是塑性变 形或断裂。材料不同，所取极限应力也不同：lims见第二章）4. 许用安全系数合理选择许用安全系数是设计中的一项重要工作。S过大，则机器会过于笨重；S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
12、数。S的取值主要受下列因素的影响：1） 计算的准确性；2）材料的均匀性；3）零件的重要 性。1）对于塑性材料和组织不均匀的材料（如灰铸铁），在计 算其静强度时可不考虑应力集中的影响。2）对于组织均匀的低塑性材料（如淬火钢），在计算其静 强度时应考虑应力集中的影响。三、机械零件的表面强度1.表面接触疲劳强度对于高副接触的机械零件，理论上是点、线接触，但实际 上在载荷作用下材料发生弹性变形后， 理论上的点、线接触变 成了很小的面接触，在接触处局部会产生很高的应力，这样的 应力称为表面接触应力，用 H表示。H的大小用赫兹公式计 算，见教材。实际中的高副零件所受的接触应力都是循环变化的，例如 齿轮的轮
13、齿，接触啮合时受应力作用，脱离啮合时不受应力作 用。在接触循环应力作用下的强度称为表面接触疲劳强度。强 度条件为：H W H在接触循环应力作用下， 首先在金属表面上形成很小的微裂纹， 之后裂纹沿着 与表面成锐角的方向发展， 当到达一定深度后， 又越出零件表面，最后有小片的金属剥落下来，在零件的表面形成小坑，这种现象称为疲劳点蚀（简称点蚀） 点蚀是接触应力作用下的失效形式，属于疲劳破坏。点蚀的危害：1) 破坏零件的光滑表面，引起振动和噪音。2) 减小零件的有效工作面积。2. 表面挤压强度当两零件之间为面接触时，在载荷作用下表面产生的应力 称为挤压应力，用p表示。在挤压应力作用下的强度称为挤压 强度，其强度条件为：p 1.15 f式中：f零件的自激振动频率fF 外力变化的频率.六、摩擦学（耐磨性计算）准则在滑动摩擦条件下工作的机械零件，常因为过度磨损而失 效。影响磨损的因素很多而且比较复杂，因此，至咱前为止对 于磨损失效还没有一个完善的计算方法。 通常只进行条件性计 算，通过限制影响磨损的主要条件防止产生过大的磨损量。为防止产生过大的磨损应满以下条件：压强不超过许用值p速度不超过许用值u : U压强与速度
