第15章 机械零件设计概论.ppt

第15章机械零件设计概论
§15-1 机械零件设计概述
§15-2 机械零件的强度
§15-3 机械零件的接触强度
§15-4 机械制造常用材料及其选择
§15-5 机械零件的工艺性及标准化
§15-1 机械零件设计概述
机械设计应满足的要求是: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。
机械零件由于某种原因不能正常工作(完不成规定的功能或达不到设计要求的性能)时,称为失效。破坏是失效,但失效并不单纯意味着破坏。
在不发生失效的条件下,零件所能安全工作的限度,称为工作能力。此限度对载荷而言时,又称为承载能力。
机械零件可能的失效形式归纳起来主要有以下几种:
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。
当周期性干扰力的频率与轴的自振频率相等或接近时,就会发生共振,导致振幅急剧增大,这种现象称为失去振动稳定性。共振可能在短期内使零件损坏,所以对于重要的、特别是高速运转的轴,还应验算其振动稳定性。
机械零件虽然有多种可能的失效形式,但归纳起来最主要的为强度、刚度、耐磨性、稳定性和温度的影响等几个方面的问题。
对于各种不同的失效形式,相应地有各种工作能力判定条件。这种为防止失效而制定的判定条件,通常称为工作能力计算准则。
机械零件的设计准则有
强度准则
强度准则是指零件中的应力不得超过允许的限度,即许用应力,用公式表示为
刚度准则
指零件在载荷作用下产生的弹性变形量不大于允许值,用公式表示为
寿命准则
要求零件在预期工作期限内,能正常工作而不失效。影响寿命的主要因素是:腐蚀、磨损和疲劳。
振动稳定性准则
在设计时应使机器中受激振作用的各个零件的自激振动频率与激振源的频率错开。通常应保证
fp< 或fp<
可靠性准则
机械零件的可靠性用可靠度表示。可靠度是指零件在规定的时间内,在规定的使用条件下完成规定功能的概率。如有NT个零件在规定的工作条件下使用,在t时刻后仍有NS个零件能正常工作,则此零件在该工作条件下工作t时间的可靠度为
机械零件的设计常按下列步骤进行;
拟定零件的计算简图。
确定作用在零件上的载荷。
选择合适的材料。
根据零件可能出现的失效形式,选用相应的判定条件,确定零件的形状和主要尺寸。
应当注意,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准、规格加以圆整。
绘制工作图并标注必要的技术条件。
§15-2 机械零件的强度
载荷——进行强度计算所依据的、作用于零件上的外力F、弯矩M、扭矩T以及冲击能量等,统称为载荷。
在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷称为名义载荷。
考虑机器运转时动力参数的不稳定,工作阻力变化等原因,使零件受到各种附加载荷而引入的影响系数称为载荷系数K 。
载荷系数与名义载荷的乘积,称为计算载荷。
按照名义载荷用力学公式求得的应力,称为名义应力。
按照计算载荷求得的应力,称为计算应力。
利用强度准则判断零件的强度常用的方法有:
①应力法
应力法是判断危险截面处的最大应力(σ,τ)是否小于或等于许用应力([σ],[τ])。计算公式为
②安全系数法
安全系数法是判断危险截面处的实际安全系数(Sσ,Sτ)是否大于或等于许用安全系数([Sσ],[Sτ])。计算公式可写成