第9章机械零件设计概论new

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第9章机械零件设计概论new
•失效原因: 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度
等
•对于各种不同的失效形式，各有相应的工作能力判
•
原因。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；
•防止失效的而制定的判定条件是：计算量<许用
量•----工作能力计算准则。
•一、应力的种类
•静应力: σ=常数
•平均应力:
•变应力: σ随时间变化
•应力幅:
•变应力的循环特性:
•σ
• -1 •----对称循环变应力 •= 0 •----脉动循环变应力
•σ=常数
• +1 •----静应力
•T
•静应力是变应力的特例•o
•t
•σ
•σa
•σ
•σa
•σ •r
=+1
•σmax
•σa
•σmax •σmin •σm
•σmax
•σa
•σmin
•σa
•σa •σm
•o
•t •o
•t•o •σmin
•t
•循环变应力：周期 •对称循环变应力 •脉动循环变应力
性的变应力。
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•r =-1
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•r =0
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•二、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
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2020/11/27
ห้องสมุดไป่ตู้
第9章机械零件设计概论new
•§9－1 机械零件设计概 •机械设计应论满足的要求：
•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。
•机械零件的失效： • 机械零件曲于某种原因不能正常工作时，称为失效。
•表面淬火：迅速将零件表面加热到淬火温度后立即喷水冷却，
使工件表层淬火的热处理方法。主要用于中碳钢或中碳合金钢，
以提高表层硬度和耐磨性，同时疲劳强度和冲击韧性都有所提高。
•渗碳淬火：将工件放入渗碳介质中加热，并保温一定时间，使
介质中的碳渗入到钢件中的热处理方法。适合于低碳钢或低碳合
金钢，可提高表层硬度和耐磨性，而仍保留芯部的韧性和高塑性。
•回火：将淬火得到的马氏体的钢加热到不超过临界温度进行保
温，而后冷却下来，以调整和改善钢性能的一种热处理操作。回
P火PT文档可演模板以降低脆性，消除武或汉科减技学少院专内用 应力。
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•三、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
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•§9－2 机械零件的强度
•简单应力状态下的极限应力可以后实验方法测得；对于 •复杂应力状态下工作的零件，则应根据材料力学中所述 •的强度理论确定其强度条件。许用应力取决于应力的种 •类、零件材料的极限应力和安全系数等。
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冷却的热处理方法。主要用来消除内应力、降低硬度，便于切削。
•正火：将钢加热到一定温度，保温一定时间后，空冷或风冷的
热处理方法。可消除内应力，降低硬度，便于切削加工；对一般
零件，也可作为最终热处理，提高材料的机械性能。
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•二、静应力下的许用应力
•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。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上 又称为：•承载能力。
•零件的失效形式: 断裂或塑性变形; 过大的弹性变形; 工作表面的过度磨损或损伤; 发生强烈的振动；联接 的松弛; 摩擦传动的打滑等。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
•计算载荷---载荷系数与名义载荷的乘积。 •名义应力---按名义载荷计算所得应力。计算应力---按名义载荷计算所得应力：
•当机械零件按强度条件判定时，可采用许用应力法或者安全系数法：
•许用应力法：
•安全系数法：
•[σ]=、[τ]-----许用应力
•S---安全系数；[S]---许用安全系数
•σ 、τ PPT文档演l模im板 lim -----极限应力，武汉由科技实学验院专方用 法测定。
•校核计算:根据实物和经验数据初步拟定零件结构和
尺寸，再用相关的判定条件进行判定 PPT文档演模板
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•§9－2 机械零件的强度
•名义载荷---在理想的平稳工作条件下作用在零件上 的载荷。
•然而在机器运转时，零件还会受到各种附加载荷，通常用引入
•载荷系数K---考虑各种附加载荷因素的影响。
•淬火：将钢加热到一定温度，保温一定时间后，浸入到淬火介
质中快速冷却的热处理方法。可提高材料的硬度和耐磨性，但存
在很大的内应力，脆性也相应增加。淬火后一般需回火。淬火还
可提高其抗腐蚀性。
•调质：淬火后加高温回火的热处理方法。可获得强度、硬度、
塑性、韧性等均较好的综合力学性能，广泛应用于较为重要的零
件设计中。
限 •2) 无低论，是甚脆至性比材屈料服还极是限塑低性;材料，其疲劳断口均表现为 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。
•机械零件设计计算的步骤： •1)拟定零件的计算简图; 2) 确定作用在零件上的载荷;
•3) 选择合适的材料; 4) 根据零件可能出现的失效形式，
选用相应的判定条件，确定零件的形状 ; 注意，零件尺寸的 计算值一般并不是最终采用的数值，设计者还要根据制造零 件的工艺要求和标谁、规格加以圆整 5) 绘制工作图并标注 必要的技术条件。
•塑性材料，取屈服极限σS
作为极限应力,许用应力为：
•脆性材料：取强度极限σB
作为极限应力,许用应力为：
•对于静应力下的组织均匀的脆性材料，如淬火后低温回
火的高强度钢，还应考虑应力集中的影响；对于内部组
织的不均匀性已远大于外部应力集中的影响的脆性材料，
计算时不考虑应力集中。
•退火：将钢加热到一定温度，并保温到一定时间后，随炉缓慢