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1、前 言 机械零件设计概述 机械零件的强度 机械制造中常用材料及其选择 公差与配合、表面粗糙度和优先数列 机械零件的工艺性及标准化,第九章机械零件设计和计算概论,前 言,例: 机构齿轮机构(三个构件) 齿轮1 、齿轮2、机架3,轴、轴承、套筒等 轴系零件,构件零件制造的单元,齿轮 传动件,键 联接件,3,(一) 机械零件的简介:,(二)课程特点与学习方法,机原研究 对象,机构构件运动的单元,传动零件,轴系零件,联接零件,附件,机架,机械零件,一般尺寸参数的通用机械零件的设计,总论螺纹联接齿轮传动蜗杆传动滑动轴承 滚动轴承 键联接 联轴器与离合器 轴 带传动链传动,繁杂（门类多、关系多、要求多、
2、公式多 、图形多、表格多）,(二)课程特点与学习方法,本课程研究对象:,讲课顺序:,分析处理问题的思路:,特点：,分析处理问题的思路：,（任务）设计零件,*受力分析（*载荷及应力分析功用、*工作原理）, *失效形式（*主要失效形式分类）,*计算准则（公式建立的依据）, 强度计算（*设计方法先定主参数* *许用应力 材料）,结构设计（尺寸及绘图结构特点、标准）,(抓住)计算准则 学习贯穿一条线：,9-1 机械零件设计概述 p.111,(一)机械设计应满足的要求 P.111第7,(二)设计机械零件应满足的要求,* 避免在预定寿命周期内失效,机械零件由于某种原因不能正常工作,在不发生失效的条件下,零
3、件所能安全 工作的限度,(三) 机械零件的主要失效形式及计算准则,既要可靠, 又要成本低 p.111第9,失效,工作能力,承载能力,对载荷而言,(三) 机械零件的主要失效形式及计算准则,强度、刚度、振动稳定性、 破坏正常工作条件,计算准则强度准则 刚度准则 振动稳定性准则 其它准则,主要介绍,失效形式,一、强度准则,（1）失效形式 (2)计算准则,2. 表面强度:,疲劳破坏,整体断裂(脆性材料),过大的残余变形 （塑性材料）P113,疲劳断裂(塑、脆性材料) 疲劳强度,1. 整体强度:,表面磨损 : p p (比压、压强)耐磨性 P122 表面压溃 : p p (挤压应力) 挤压强度 接触疲劳
4、: H H (接触应力) 接触强度(点蚀) P119,过大的弹性变形 刚度,(机器振幅不能超过许可值),共振：机器内的激振源频率零件固有频率 （重合或整数倍）破坏,破坏正常工作条件引起的失效（联接松动、带 传动打滑、腐蚀、过热）,二. 刚度:,三. 振动稳定性:,四. 其它：,(零件抵抗弹性变形的能力) 失效形式 计算准则,9-2 机械零件的强度 p.112,(一)载荷及其分类,名义载荷,载荷系数,计算载荷,名义应力,计算应力,1.基本定义:,p.112第7,p.112第8,名义载荷与载荷系数的乘积KF,KT,KM,p.112第9,p.112第10,强度 零件承受载荷后，抵抗发生断裂或超过 容
5、许限度的残余变形的能力与载荷及应力有关,(二)应力及分类: (三)机械零件的强度计算,2.载荷的分类:(按大小及方向是否变化),当max、min均维持常数稳定交变应力 当max和min的数值随时间而改变不稳定的变应力,交变应力随时间作周期性变化的应力,(二)应力及分类:,*一个应力循环,构件中的应力由“最大值 最小值最大值”的这一过程。,(maxmin)2 应力幅 a,1.分类,2.交变应力的特征及典型的交变应力,*最大应力max *最小应力min,*变化规律minmax= 应力循环特性,* 应力循环次数,= 1对称循环 图9-1 .C,当min0 (或max0),当maxmin,1 静应力
6、图a,= 0 脉动循环 图d,当m0 (maxmin),非对称,对称 =1,脉动 = 0,静 =+1,(三)机械零件的强度计算,强度计算通式 lim=（正应力） lim = （切应力） 关键: 的计算 的取值,1.失效形式： 2.许用应力,塑性材料过大的残余变形,(正确运用材力有关公式)：,复合应力：材料力学基本强度理论,一静应力作用下的强度计算,脆性材料断裂,/S屈服极限,/S强度极限,二变应力作用下的强度计算,简单应力:（单向应力） 拉 ； 弯 ; 剪 ; 扭,3.计算应力,二变应力作用下的强度计算,1.失效形式:,=r /S ；=r/S 疲劳极限 = ?,2.许用应力:,零件本身,（）疲
7、劳曲线,疲劳断裂（图9-2) 与应力性 质、大小、有关）,-1、0、+1 (应力性 质),疲劳曲线零件本身许用应力,3.计算应力 4.安全系数,、公式(9-7)(9-8),零件本身:,疲劳曲线：,当NN0 : rN= -1 当 -1无限循环不破坏,当NN0 :,（96）,N0循环基数,rN：对应N的疲劳极限,图9-3,N rN ,1:=1的疲劳极限(N=N0),许用应力:,对称:=1,脉动:= 0,3.计算应力: (max 、min),简单应力max ；max,复合应力材料力学基本强度理论,4.安全系数:,作业：9-11，9-12 (1 0.70),9-5 机械制造中常用材料及其选择,一.钢:
8、含量1.4常用牌号及力学性质(表9-1) 碳素钢(含、量)普通、优质碳素钢 合金钢结构、轴承、弹簧、工具、不锈钢 低碳钢(C) 0.10.25 , 中碳钢0.30.5, 高碳钢0.55,二. 铸钢：含（0.150.6）易成型,三 .有色金属：有特殊性能(减摩、抗腐、电）， 价昂多用铜合金其它少用,四. 非金属： 塑料、橡胶,铸铁: 含2.06易成型、价廉、吸振、 可靠性差,(一)常用材料,(二)材料热处理,(二)材料热处理,一.目的:,二.方法:,退火:,退火、正火、淬火、回火、表面热处理,正火:,将零件加热到某一温度保温随炉冷却,加热到某一温度保温较快冷却(例空冷),消除内应力,硬度减小改善
9、切削性能,1.改变金属内部结构 提高材料力学性能 2.消除内应力(加工,热处理),淬火:,回火:,硬度大大提高耐磨性,疲劳强度提高 内应力增大需消除(回火),综合力学性能较好(强度、硬度、塑性、 韧性) 结构件调质,内应力及脆性均较大,硬度,弹性 弹簧,内应力及脆性均, 硬度及强度均较高 刀具,加热到某一温度保温急速冷却,加热到某一温度(较低)保温冷却(空冷),表面热处理:,强化零件表面 表面淬火,化学热处理,表面硬度及耐磨性芯部韧性不变,将某种化学元素(活性原子)渗入 零件表面力学性能,表面很硬,芯韧,表面硬度、耐磨性、 抗蚀性、疲劳强度,表面迅速加热急冷低温回火,9-6公差与配合、表面粗糙
10、度和优先数列,一.公差与配合： 互换性手册,同一基本尺寸的孔与轴的结合 间隙配合孔轴 过渡配合孔轴或孔轴 过盈配合孔轴,公差：,公差等级:,配合：,35H7/f7,35H7/r7,35H7/k7,轴(f7 、k7、r7) ; 孔(F7、H7 、K7),二.表面粗糙度 三.优先数列,零件尺寸的两个极限尺寸之差,(尺寸精度等级): 120级，常用411级,公差代号：,置于公差代号之后,动联接,配合 制度,基孔制孔的下偏差0,零件表面的微观几何形状误差 （评定）轮廓算术平均偏差(表面粗糙度) 表(93) p.127,便于组织生产和降低成本32180 5 公比 ; 10 公比= 20 公比 = ; 4
11、0 公比=,二.表面粗糙度,配合 制度:,三.优先数列:,常用基孔制,基轴制轴的上偏差0,9-7 机械零件的工艺性及标准化,一.工艺性:,工艺性好易加工、装配，费用低工艺性审查,二.标准化：,两重含意:,分类:,使用强制性,推荐使用：,尽量选用标准件,按有关标准设计机械零件,国际ISO、国家GB、行业标、 (JB、YB、QB)、地方标、企业标准,制图、公差、 形位、模数,标准直径, 必须执行：,运用范围,小结: 1.基本概念: 失效、承载能力、主要失效形式及计算准则 强度(整体整体断裂、过大的残余变形、疲劳断裂、 表面磨损、压溃、点蚀) 刚度过大的弹性变形 载荷(名义、计算、静载荷、变载荷) 应力(计算、静、变应力、简单应力、复合应力) 交变应力(特征max, 、min、 a 、m 、N 典型的交变应力),静 =+1,非对称,对称 =1,脉动 = 0,2.机械零件的强度计算 3.常用材料、公差与配合 4.机械零件的工艺性及标准化,