机械设计A-精品课程课件-武汉理工大学2016讲解精选课件PPT

机械设计(Machine Design) ——即为各种机械
装置的设计，机械设计是为了满足机器的某些特定
功能而进行的创造性过程，设计是创造性的劳动，
设计的本质在于创新。本课程主要介绍机械设计中
的一些基础知识。
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机械设计课程的研究对象——机械。如：
破 碎 机
指 南 车
内燃机
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2021/3/2 σH ≤ [σH ] 针对表面疲劳损坏
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2．刚度准则 — 针对过大弹性变形
计算准则
刚度 — 指零件在一定载荷作用下抵抗过大弹性变形的能力。 刚度是保证机正常工作，提高机床加工产品质量的基本要求。
刚度的计算准则为:y ≤[y ]； θ≤[θ]； φ ≤[φ ] 式中，y、θ和φ —— 分别为零件工作时的挠度、偏转角
2021/3c/2）对称循环变应力γ= -1 应力类型
σa
σa
σm
σmax t
d）脉动循环变应力γ= 0
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二．机械零件的失效形式及强度条件式
一）零件的失效形式 静应力作用下——过载断裂、塑性变形 变应力作用下——疲劳破坏约占零件损坏事故中的80% 。
二）零件强度条件式：σ ≤ [σ] = σlim / S
和扭转角；
3．耐磨性准则 — 针对过度磨损、胶合破坏
耐磨性—指零件在载荷作用下相对运动的两零件接触界的抗磨 损面能力。耐磨性是保证有相对运动的零件正常工作的基本要 求。其验算式为：
p ≤ [p]
— 防止过度磨损
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pv ≤ [pv] — 防止胶合破坏
计算准则
4．振动和噪声准则 — 针对高速机械的振动失稳 （即共振）当零件的固有振动频率f等于或趋近于零件的 强迫振动频率f p时，将产生共振。这不仅影响机械正常 工作，甚至造成破坏性事故，而振动又是产生噪声的主要 原因。 防止共振的条件为：f p ≤ 0．87 f 或 f p ≥ 1．18 f
σmax σm
t
应力循环特征：用来表示应力的变化情况 γ=σmin/σmax
2）典型变应力及应力循环特征γ
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σ
σ =常数 t
a）静应力：γ= +1 变应力特例
σ
一．载荷和应力的类型
σ
σa
σa σmin
σm σmax t
b）非对称循环变应力γ 在（+1～-1）间变化
σ
σa
σmax
t σmin
三) 零件损坏机理
(1) 零件损坏机理
静应力作用下：危险剖面塑性变形或断裂
变应力作用下： 疲劳断裂
零件表面应力超过极限值
微裂纹 扩展
(2) 极限应力
静应力极限应力： 与材料性能有关
变应力疲劳极限： 与材料有关外，还与
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带式 运 输 机
联轴器
运输带
减速器
联轴器
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电动机
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机械设计课程的研究内容：
——通用机械零部件的工作原理、特点、选用及设计计算
通用的零 部件系指
传动 零件
联接 零件
Байду номын сангаас
齿轮传动 蜗杆传动 带传动 链传动 螺纹联接 键联接
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轴
轴类 零件
轴承
联轴器
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齿 轮 传 动
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材料的极限应力
安全系数
1．静应力作用下 脆性材料制造的零件：σlim =σb 零件极限应力 塑性材料制造的零件：σlim =σS
2．变应力作用下零件限应力 ——σlim = σγN
疲劳极限 3.安全系数——S的取值对零件的结构尺寸、工作可靠性均 有影响，设计时应根据零件的重要性、零件材料的质量、栽 荷2计021算/3/2准确性等方面，合理选取，具体数值可参考设计资料19 。
研制：
§1-1 概 述 §1-2 机械设计的基本要求、机械零件的
工作能力和计算准则 §1-3 机械零件的强度计算
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§1-1 概 述
机械（Machinery) —— 是机器和机构统称。
机器(Machine) — 主要是指机械装置。如电动、 内燃机、机床、汽车、火车、飞机、轮船、起重运 机械、冶金矿山机械、轻纺食品机械等等。
1．强度准则性 — 针对零件断裂、塑性变形或表面疲劳 损坏失效
强度 — 指零件在载荷作用下抵抗断裂或塑性变形的能力。强 度是保证零件工作能力的最基本要求。若零件的强度不够，不 仅因为零件的失效使机械不能正常工作，还可能导致安全事故。
强度的计算准则为：σ ≤ [σ ] MPa
或 τ ≤ [τ ] 针对断裂或塑性变形
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二．机械零件的工作能力及计算准则
一）机械零件的工作能力
零件的工作能力 — 是指在一定的运动、载荷和环境情况下 ，在预定的使用期限内，不发生失效的安全工作限度。
二）机械零件的主要失效形式：
1．断裂 2．变形
过载断裂——工作应力超过材料的强度极限σB引 疲起劳断裂——工作应力超过零件的疲劳极限σr引 起塑性变形——工作应力超过材料的屈服极限σS引
起过大弹性变形——零件的刚度不够引起
3．表面 失效
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压溃、过度磨损——零件接触表面上的压应力p过
大表面疲劳损坏——零件表面接触应力σH过大引起
胶 合—— 零件工作温升△t过高引起
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三）机械零件的计算准则
计算准则 — 用于计算并确定零件基本尺寸的主要依 据。对于具体的零件，应根据它们的主要失效形式，采用 相应的计算准则。常用的计算准则有：
式中，f — 零件的固有振动频率，取决于零件的质量和 刚度
f p — 零件受激振源作用引起的强迫振动频率
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一．载荷和应力的类型
2．变应力参数及典型变应力
1）变应力参数：
最大应力：σmax 最小应力：σmin 平均应力：mma2xmin
应力幅： mma2xmin
σ
σa σa
σmin
蜗杆传动
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传动带3 主动轮1
v α1 n1
v
带传动
从动轮2 α2
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链传动 7
键
联
螺纹联接
接
花 键 联 接
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轴系零部件设计
滚动轴承 轴 齿轮 套筒 滚动轴承 键 半联轴器
轴
滚
动
轴
承
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轴系结构分析 9
半联轴器 螺栓联接 柱销 弹性套 半联轴器
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联轴器
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§1-2 机械设计的基本要求、机械零件 的工作能力和计算准则
一．机械设计的基本要求
1．实现预定的功能，工作可靠；
2．经济性好：设计和制造周期短、成本低，产品生产
效率高、能耗低维护管理费用少；
3．操作方便，运行安全；
4．标准化、系列化程度高：以便简化设计工作，提高 产品质量；
5．其他要求：环保、噪音、外观等