机械设计ppt课件第2章机械设计总论
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
使用功能要求 经济性要求 劳动保护要求 可靠性要求 其它专用要求
详细说明
机械零件的主要失效形式
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。
机械零件强度计算
3、许用应力和安全系数
由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。
详细介绍
有限寿命时零件的许用应力为：
无寿命时零件的许用应力为：
其中S为安全系数。S（1.3~1.7或1.7~2.5）
机器的组成
人们为了满足生产和生活的需要，设计和制造了类型繁多、功能各异的机器。
一台完整的机器的组成大致可包括：
原动机部分
传动部分
执行部分
润滑、显示、照明等辅助系统
控 制 系 统
传感器
传感器
传感器
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
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。
设计机械零件时应满足的主要要求
避免在预定寿命期内失效的要求
结构工艺性要求
经济性要求
质量小的要求
可靠性要求
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：
强制性国家标准：代号为GB ××××(为标准序号) －××××(为批准年代) 强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。
推荐性国家标准：代号为GB／T ××××－××××，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。
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，制定出大家共同遵守的标准。
齿轮轮齿断裂
轴承内圈断裂
机械零件的主要失效形式
（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。
齿轮齿面塑形变形
轴承外圈塑性变形
机械零件的主要失效形式
（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）。
齿面接触疲劳
轴瓦磨损
机械零件强度计算
二、机械零件的疲劳强度计算
对于承受对称循环变应力的零件，其强度条件为：
有限寿命段
无限寿命段
机械零件材料的选用原则
：铝(LY12)、铜(ZCuSn10P1)…...
黑色金属
有色金属
铁
钢
高分子材料
复合材料
陶瓷
金属材料
非金属材料
载荷及应力的大小和性质
零件的工作情况
详细说明
机械零件设计的一般步骤
选择零件类型、结构
机械零件的设计一般要经过以下几个步骤：
详细说明
计算零件上的载荷
确定计算准则
选择零件的材料
确定零件的基本尺寸
结 构 设 计
校 核 计 算
画出零件工作图
写出计算说明书
机械零件强度计算
一、机械零件强度计算中的载荷与应力
1.公称载荷和公称应力
有别于实际载荷和实际应力，公称载荷是根据机器原动机的额定功率或完成机械功时的工作阻力等原始数据，用理论力学的方法计算出零件上的载荷，此载荷为公称载荷，按此载荷用材料力学的方法计算出的应力为公称应力。
零件的结构及加工性
材料的经济性
零件的尺寸及重量
一、常用材料
二、机械零件材料的选用原则
详细说明
：塑料、橡胶、合成纤维
：低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢… (如：08F 45 60 1Cr18）
：灰铸铁、球墨铸铁… (如：TH300 QT500-5)
：强如钢、轻如铝、硬如金刚石
耐磨性准则
振动稳定性准则
可靠性准则
详细说明
：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。
：确保零件不发生过大的弹性变形。
：通常与零件相对滑动速度和接触面压强相关。
：高速运转机械的设计应注重此项准则。
：当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。
机械零件的设计方法
理论设计
2.计算载荷和计算应力
计算载荷：
Fca=K F K：计算载荷系数
计算应力：
3.机械零件应力的分类
静应力和变应力
4.设计安全系数许用应力
设计安全系数是为了考虑一系列不定因素而取定的一个大于1的常数。
有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为：
式中， sr、N0及m的值由材料试验确定。
2、 s－N疲劳曲线
s－N疲计算零件的许用应力时，除将极限应力除以安全系数外，还应计入应力集中系数 ，绝对尺寸系数 和表面质量 系数 。
许用应力：
机械零件强度计算
二、机械零件的静应力强度计算
脆性材料
塑性材料
其中： 脆性材料：取其强度极限作为极限应力
塑性材料：取其屈服极限作为极限应力
三、机械零件的变应力强度计算概要
sm─平均应力； sa─应力幅值
smax─最大应力； smin─最小应力
r ─应力比（循环特性）
机械零件的主要失效形式
（四）破坏正常工作条件引起的失效
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。
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：
详细说明
机械设计的基本要求
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，对机械都要提出以下的基本要求：
详细说明
应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。
设计的结构应便于加工和装配。
零件应有合理的生产加工和使用维护的成本。
质量小则可节约材料，质量小则灵活、轻便。
应降低零件发生故障的可能性（概率）。
机械零件的设计准则
强度准则
刚度准则
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：
描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。
r = -1 对称循环应力
r=0 脉动循环应力
r=1 静应力
机械零件强度计算
1、变应力及其基本变化规律
机械零件的疲劳大多发生在s－N曲线的CD段，可用下式描述：
D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着 无限寿命区其方程为：
由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常 规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0 及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和 σr∞，于是有：
经验设计
模型实验设计
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。
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。
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：
：强度高、弹性模量大、质量轻
机械零件设计中的标准化
标准化的益处：
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 如： ISO GB JB、HB QB
国标分为：强制标准和推荐标准
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。
详细说明
机械零件的主要失效形式
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。
机械零件强度计算
3、许用应力和安全系数
由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。
详细介绍
有限寿命时零件的许用应力为：
无寿命时零件的许用应力为：
其中S为安全系数。S（1.3~1.7或1.7~2.5）
机器的组成
人们为了满足生产和生活的需要，设计和制造了类型繁多、功能各异的机器。
一台完整的机器的组成大致可包括：
原动机部分
传动部分
执行部分
润滑、显示、照明等辅助系统
控 制 系 统
传感器
传感器
传感器
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
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。
设计机械零件时应满足的主要要求
避免在预定寿命期内失效的要求
结构工艺性要求
经济性要求
质量小的要求
可靠性要求
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：
强制性国家标准：代号为GB ××××(为标准序号) －××××(为批准年代) 强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。
推荐性国家标准：代号为GB／T ××××－××××，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。
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，制定出大家共同遵守的标准。
齿轮轮齿断裂
轴承内圈断裂
机械零件的主要失效形式
（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。
齿轮齿面塑形变形
轴承外圈塑性变形
机械零件的主要失效形式
（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）。
齿面接触疲劳
轴瓦磨损
机械零件强度计算
二、机械零件的疲劳强度计算
对于承受对称循环变应力的零件，其强度条件为：
有限寿命段
无限寿命段
机械零件材料的选用原则
：铝(LY12)、铜(ZCuSn10P1)…...
黑色金属
有色金属
铁
钢
高分子材料
复合材料
陶瓷
金属材料
非金属材料
载荷及应力的大小和性质
零件的工作情况
详细说明
机械零件设计的一般步骤
选择零件类型、结构
机械零件的设计一般要经过以下几个步骤：
详细说明
计算零件上的载荷
确定计算准则
选择零件的材料
确定零件的基本尺寸
结 构 设 计
校 核 计 算
画出零件工作图
写出计算说明书
机械零件强度计算
一、机械零件强度计算中的载荷与应力
1.公称载荷和公称应力
有别于实际载荷和实际应力，公称载荷是根据机器原动机的额定功率或完成机械功时的工作阻力等原始数据，用理论力学的方法计算出零件上的载荷，此载荷为公称载荷，按此载荷用材料力学的方法计算出的应力为公称应力。
零件的结构及加工性
材料的经济性
零件的尺寸及重量
一、常用材料
二、机械零件材料的选用原则
详细说明
：塑料、橡胶、合成纤维
：低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢… (如：08F 45 60 1Cr18）
：灰铸铁、球墨铸铁… (如：TH300 QT500-5)
：强如钢、轻如铝、硬如金刚石
耐磨性准则
振动稳定性准则
可靠性准则
详细说明
：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。
：确保零件不发生过大的弹性变形。
：通常与零件相对滑动速度和接触面压强相关。
：高速运转机械的设计应注重此项准则。
：当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。
机械零件的设计方法
理论设计
2.计算载荷和计算应力
计算载荷：
Fca=K F K：计算载荷系数
计算应力：
3.机械零件应力的分类
静应力和变应力
4.设计安全系数许用应力
设计安全系数是为了考虑一系列不定因素而取定的一个大于1的常数。
有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为：
式中， sr、N0及m的值由材料试验确定。
2、 s－N疲劳曲线
s－N疲计算零件的许用应力时，除将极限应力除以安全系数外，还应计入应力集中系数 ，绝对尺寸系数 和表面质量 系数 。
许用应力：
机械零件强度计算
二、机械零件的静应力强度计算
脆性材料
塑性材料
其中： 脆性材料：取其强度极限作为极限应力
塑性材料：取其屈服极限作为极限应力
三、机械零件的变应力强度计算概要
sm─平均应力； sa─应力幅值
smax─最大应力； smin─最小应力
r ─应力比（循环特性）
机械零件的主要失效形式
（四）破坏正常工作条件引起的失效
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。
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：
详细说明
机械设计的基本要求
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，对机械都要提出以下的基本要求：
详细说明
应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。
设计的结构应便于加工和装配。
零件应有合理的生产加工和使用维护的成本。
质量小则可节约材料，质量小则灵活、轻便。
应降低零件发生故障的可能性（概率）。
机械零件的设计准则
强度准则
刚度准则
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：
描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。
r = -1 对称循环应力
r=0 脉动循环应力
r=1 静应力
机械零件强度计算
1、变应力及其基本变化规律
机械零件的疲劳大多发生在s－N曲线的CD段，可用下式描述：
D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着 无限寿命区其方程为：
由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常 规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0 及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和 σr∞，于是有：
经验设计
模型实验设计
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。
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。
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：
：强度高、弹性模量大、质量轻
机械零件设计中的标准化
标准化的益处：
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 如： ISO GB JB、HB QB
国标分为：强制标准和推荐标准
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。