机械设计基础-课件-ppt超级合集(720页)-1

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对称循环变应力 r =-1
σ min
σ
m
t
循环变应力
脉动循环变应力 r =0
静应力下的许用应力 静应力下,零件材料的破坏 形式:断裂或塑性变形 塑性材料,取屈服极限ςS [ ] 作为极限应力,许用应力为: s S 脆性材料:取强度极限ςB [ ] S 作为极限应力,许用应力为:B 变应力下的许用应力 变应力下,零件的损坏形式是疲劳断裂。疲劳断裂具 有以下特征: 1)疲劳断裂的最大应力远比静应力下 材料的强度极限 低,甚至比屈服极限低; 不管脆性材料或塑性材料, 2) 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂; 3) 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。它的初期现象是在零
由图可知:应力越小,试件能经受的循环次数就越多。试 验表明,当 N>N0以后,曲线趋于水平,可认为在无限次循 环时试件将不会断裂。
ς-1N
O N
ς-1
N0 N
当N>N0 时, 试件将不会断裂。
N0 ----循环基数 N0 对应的应力称为:疲劳极限 用ς-1表示材料在对称循环应力下的弯曲疲劳极限。 m 当N<N0 时, 有近似公式: 1N N m 1N C
课程安排:讲授82学时 本课程的特点:是工程制图、工程材料及机械制造基 础、理论力学,材料力学、金工实习等理论知识和实 践技能的综合运用。 要求: 1)作业必须按时完成,绘图准确,字迹工整,作业
量未达到规定者不能参加考试。 2)上课认真听讲,及时消化,不主张占用较多的课 外时间。 3)仔细观察实物和模型,欢迎到实验室参观,并动手 为 你 们 未 组来的装工作打各下一种个良机好的基构础。。最后希望我们共同努力,把这门课程教好学好。
2.1 机械设计的基本要求和一般设计程序
2.1.1 机械设计的基本要求
机械设计应满足的基本要求:①功能要求②可靠 性与安全性要求③经济性要求④社会性要求⑤其它特 殊要求 。 在满足预期功能的前提下,性能好、效率高、 成本低,在预定使用期限内安全可靠,操作方便、 维修简单和造型美观等。
2.2.2 机械设计的一般设计程序
对应于N 的弯曲疲劳极限: 1N
0
1 m
N0 N
2、许用应力 在变应力,应取材料的疲劳极限作为 极限应力。同 时还应考虑零件的切口和沟槽等截面突变、绝对尺寸 和表面状态等影晌,为此引人应力集中系数kς、尺寸 系数ες和表面状态系数β等。 当应力是对称循环变化时,许用应力为:[ 1 ] 1
机器的共有特征:
①人造的实物组合体;
②各部分有确定的相对运动; ③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量 的转换 机器的作用 机器的分类: 动力机器-实现能量转换(如内燃机、 蒸汽机、电动机)
种类有限
工作机器-完成有用功(如机床等) 种类繁多
信息机器-完成信息的传递与变换(如复印机、传真机等
机器的组成: 原动部分-是工作机动力的来源,最
1.1.2 机器与机构
机器-能实现确定的机械运动,又能做有用的机械功 或实现能量、物料、信息的传递与变换的装置。它是根 据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合 体。 如: 缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用 机器、起重机等。 机器的种类繁多,结构、性能和用途等各不相同, 但具有相同的基本特征。
S↓ → 可能不安全。 典型机械的 S 可通过查表求得。 无表可查时,按 以下原则取: 1)静应力下,塑性材料的零件:S =1.2~1.5
铸钢件:S =1.5~2.5
2)静应力下,脆性材料,如高强度钢或铸铁: S =3~4 3)变应力下, S =1.3~1.7 材料不均匀,或计算不准时取: S =1.7~2.5

当应力是脉动循环变化时,许用应力为:
[
0]


k S
0
k S
ς0 为材料的脉动循环疲劳极限,S为安全系数。以上 各系数均可机械设计手册中查得。以上所述为“无限寿命” , 有限寿命时,用ς-1N代入得: [
1
]
1 m N 0
k S N
3、安全系数 安全系数定得正确与否对零件尺寸有很大影响 S↑ → 零件尺寸大,结构笨重。
内燃机的工作过程:
进气 压缩 爆炸 排气
内燃机各部分的作用: 活塞的往复运动通过连杆转变为曲 轴的连续转动,该组合体称为: 曲柄滑块机构 凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀 ;称为: 凸轮机构 两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动 作,称为:齿轮机构 各部分协调动作的结果: 化学能 机械能
常见的是电动机 和内燃机。 工作部分-完成预定的动作,位于传动路线的终点。 传动部分-联接原动机和工作部分的中间部分。 控
制部分-保证机器的启动、停止和正常协调动作。
其关系如下
原动机
传动
工作
控制
从结构上来看,机器的传动部分和执行部分都是由各种 机构组成的。一部机器可以包含一个或若干个机构。任意 复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组合而成的。
件表面或表层形成微裂纹,这种微裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展,直至余下的未断裂的截面积不足以承受外载荷时,就突 然断裂。疲劳断裂不同于一般静力断裂,它是损伤到一定程度后,即裂纹扩展到一定程度后,才发生的突然断裂。所以疲劳断裂是与 应力循环次数(即使用期限或寿命)有关的断裂。
1、疲劳曲线
σ
应力ς与应力循环次数N 之间 的关系曲线称为:疲劳曲线
产品规划
概念设计
构形设计
编制技术文件
技术审定和产品鉴定
2.2 机械零件的主要失效形式和工作能力
2.2.1机械零件的主要失效形式 机械零件的失效: 机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时,称 为失效。 零件的失效形式: ①断裂; ②过大的弹性变形或塑性变形; ③ 工作表面损伤失效(腐蚀、磨损和接触疲劳); ④发生强烈的振动;联接的松弛; 摩擦传动的打滑等。 失效并不简单地等同于零件的破坏。
接触应力
若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后, 由于变形其接触处为一小面积,通常此面积甚小而表 层产生的局部应力却很大,这种应力称为接触应力。 这时零件强度称为接触强度。 机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的, 20μ m处产生初始 如齿轮、凸轮、滚动轴承等。 在载荷重复作用下,首先在表层内约 疲劳裂纹,然后裂纹逐渐扩展 (润滑油被挤迸裂纹中将 失效形式常表现为:疲劳点蚀
1.1 机械、机器、机构及其组成
1.1.1 现代机械及其组成 现代机械是传统机械技术与不断涌现的相关新 技术的集成,是以计算机技术协调控制的,用于 完成包括机械力、运动和能量流传递任务的,由 光、机、电、液压等部件组成的装置与系统。 现代机械主要由以下系统或部分组成: (1)驱动系统 (2)传动系统 (3)执行系统 (4)控制和信息处理系统
机构
机器
1.2 本课程研究的内客、性质和任务
1.2.1 本课程研究的内容 (1)机械设计基础知识
作为一名工程技术人员,同学们在今后的工 作岗位上将会接触各种各样的通用或专用机 械,因此必须掌握机械方面的基础知识。
研究的内容主要有以下几个方面: (2)常用机构及传 (4)有关机械 动设计 (3)通用零件设计
第1章 绪 论
1.1 机械、机器、机构及其组成 1.2 本课程研究的内客、性质和任务
本章概要:人类为了满足生产和生活的需要,设计和 制造了各种各样的机械设备,如机床、汽车、起重机、 电动机、洗衣机、机器人和航天器等。在现代生产和 日常生活中,机械已成为代替或减轻人类劳动、提高 劳动生产率和产品质量的主要手段。机械的发展程度 是衡量一个国家工业水平的重要标志之一。本章主要 介绍机械、机器、机构和零件等基本概念,以及机械、 机器和机构的组成,说明本课程的研究内容、性质与 任务。
典型机器的分析: 1.内燃机 组 成: 汽缸体 1 、 活 塞 2 、 进气阀 3 、 排气阀 4 、 连 杆 5 、 曲 轴 6 、 凸 轮 7 、 顶 杆 8 、 齿轮9、10
8 7 9
3
4 2 1 5 6
工作原理: 10 1.活塞下行,进气阀开启,混合气体 内燃机 进入汽缸; 2.活塞上行,气阀关闭,混合气体被压缩, 在顶部点 火燃烧; 3.高压燃烧气体推动活塞下行,两气阀关闭;循环运动的结果,使曲轴 输出连续的旋转运动 4. 活塞上行,排气阀开启,废气体被排出汽缸。
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
机械及机械零件设计基础知识
机械设计的基本要求和一般设计程序 机械零件的主要失效形式和工作能力 机械零件的设计准则和一般设计步骤 机械零件的材料及选择 摩擦、磨损与润滑 机械零件的结构工艺性及标准化
本章概要:机械设计是指规划和设计实现预期功能的 新机械或改进原有机械的性能。本章扼要阐明机械设 计中的共同性问题,如机械设计的基本要求和一般设 计程序;机械零件的主要失效形式和设计准则;机械 零件的材料等。介绍摩擦、磨损与润滑,零件的结构 工艺性及标准化等机械零件设计所需的基础知识。
机械、机器、机构、构件、零件
机构是由一些相对独立运
动的单元体组成的,这些单 元体称为构件。 从制造观点来看,机构由 许多独立加工的单元体组成 ,这些单元体称为零件 。 一个构件是由一个零件或 由几个零件组成的刚性结构 机器与机构在结构和运动方面 并无区别(仅作用不同) ,故统
称为机械。人造的组合体、有确定的相对运动 零件 构件
如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带传动等。机械零件虽然有多种可能的失效形式,归纳起来最主要的为
失效原因: 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等 原因。 对于各种不同的失效形式,也各有相应的工作能力判定条件 强度条件:计算应力<许用应力;
刚度条件:变形量<许用变形量; 防止失效的判定条件是: 计算量<许用量
1.1.3 机构的组成
机构-只能实现运动和力的传递与变换的装置。如: 连杆机构、凸轮机构、 齿轮机构等。种类有限 机构的共有特征:
①人造的实物组合体; ②各部分有确定的相对运动; 的分类:通用机构和专用机构。 通用机构---用途广泛,如齿轮机构、连杆机构等。 专用机构---只能用于特定场合,如钟表的擒纵机构。 机构
ς
a
max min
2
变应力的循环特性:
r
min max
=
T σ
-1 ----对称循环变应力 0 ----脉动循环变应力 +1 ----静应力
静应力是变应力的特例
σ =常数
o t
ς
σ
o
ςa
max
a
ς
r =+1
ς
σ max σa σ
to
a
σ min σ m
t o
σ max σa σa σ min
为了实现我国的国防现代化,必然要有大量的机械化、自动化的武器装备于部队,这些武器从何来?恐怕大多 数只能靠我国自力更生解决,这是一项十分艰巨的任务,设计、制造、使用、维护现代化的武器装备,需要大 批的机械方面专业人才。在座的各位都是未来的工程师和部队的主要技术骨干,掌握好本课程的有关知识,将
第2章
----工作能力计算准则。
2.2.2 机械零件的工作能力 工作能力----在不发生失效的条件下,零件所能安 全工作的限度。通常此然而限 载 在机度 器运是 转时对 ,零 件还荷 会受而 到各言 种附, 以 加载所 荷, 通常用引入 习惯上又称为:承载能力。
2.2.3 许用应力和极限应力、接触应力 名义载荷-----在理想的平稳工作条件下作用在零件上 的载荷。 名义应力-----按名义载荷计算所得之应力。
产生高压,使裂纹加快扩展,终于使表层金属呈小片 状剥落下来,而在零件表面形成一些小坑 ,这种现象 称为渡劳点蚀。发生疲劳点蚀后,减小了接触面积, 损坏了零件的光滑表面,因而也降低了承载能力 。
总体设计中的一些问题 (5)机械现代设计 方法与手段的概念和特点Βιβλιοθήκη Baidu
1.2.2 本课程的性质和任务
课程性质: 技术基础课 作用: 承前启后
本课程的主要任务是:
通过本课程的学习,可为今后学习诸如机床夹具 设计、机床、机械制造工艺学等专业课程打下基 础, 通过本课程的学习和课程设计实践,可以培养 同学们初步具备运用手册设计简单机械装备的能 力 ,为今后操作、维护、管理、革新装备创造条件。
工作载荷-----在某种工作条件下零件实际承受的载荷。.
载荷系数K----考虑各种附加载荷因素的影响。 计算载荷-----载荷系数与名义载荷的乘积。 计算应力-----按计算载荷计算所得之应力:
应力的种类 静应力: σ =常数
平均应力: m
max min
2
变应力: ς随时间变化 应力幅:
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