IM电竞 电子竞技平台IM电竞 电子竞技平台机械设计基础教学课件配套课件 作者：刘小群 吴启仁 第9章 机械零件设计概论

　　内容提示：17 2 31.研究对象2.研究任务 4一、研究对象和任务1.研究对象一台机器从运动的角度来看它是由一些机构构件所组成如果从制造的角度来看则它是由一些零件所组成。机械零件是组成机器的基本单元。注意前面讲的内容都是机构构件它是从运动的角度来研究的。机械零件分两大类通用零件和专用零件。1通用零件——在各种机器上经常使用的。如联接件螺栓、键、销等传动件带、链、齿轮、蜗杆蜗轮等。注意区分齿轮机构传递运动的角度来称呼齿轮传动传递动力的角度来称呼轴、轴承、联轴器弹簧。 5一、研究对象和任...

　　17 2 31.研究对象2.研究任务 4一、研究对象和任务1.研究对象一台机器从运动的角度来看它是由一些机构构件所组成如果从制造的角度来看则它是由一些零件所组成。机械零件是组成机器的基本单元。注意前面讲的内容都是机构构件它是从运动的角度来研究的。机械零件分两大类通用零件和专用零件。1通用零件在各种机器上经常使用的。如联接件螺栓、键、销等传动件带、链、齿轮、蜗杆蜗轮等。注意区分齿轮机构传递运动的角度来称呼齿轮传动传递动力的角度来称呼轴、轴承、联轴器弹簧。 5一、研究对象和任务1.研究对象2专用零件在特定的机器上才用到的。如内燃机上的活塞汽轮机上的叶片螺旋桨轮船和老式飞机上用梭子纺织机上用机械设计只研究通用零件。 6一、研究对象和任务2.研究任务主要研究通用零件的工作能力零件不发生失效能安全工作的限度。失效零件丧失工作能力不能正常工作。工作能力与许多因素有关如材料、结构、工作能力的计算即如何判断工作能力够否、制造、维护等。机械设计的内容包括了这些因素。工程制图只是画工程力学只是算机械零件设计就有条件在研究机械零件的基础上进行设计。研究通用零件的工作能力为主从而带动机械设计。 7一、研究对象和任务2.研究任务学习机械零件设计要达到以下要求1掌握通用零件的工作原理和特点目的是能够合理选择零件类型2能计算通用零件的工作能力包括设计计算和校核计算3学习机械零件的结构设计了解使用、维护的知识4学习运用标准、规范指企业的标准和手册等设计资料5具有设计通用零件和简单传动装置的能力6具有分析机械零件的失效原因并能提出改进措施的能力。 81.机械零件设计应满足的要求2.机械零件设计的一般步骤3.机械零件的工作能力、失效形式、计算准则 91.机械零件设计应满足的要求(即零件设计好坏的标准)1工作可靠保证工作能力。2成本要低成本包括材料的费用、制造的费用。材料应当合理选择制造是指零件的工艺性要好(包括毛坯、加工、装配) 10二、机械零件设计概述2.机械零件设计的一般步骤1选择零件类型 如回转运动直线拟定零件的计算简图3确定零件上所受的载荷载荷包括力和力矩4选择零件的材料5找出零件的失效形式确定工作零件的计算准则计算零件的主要尺寸计算准则工作能力够不够的判定条件。主要尺寸决定机械零件工作能力的尺寸。如轴上危险截面的轴径轴的主要尺寸链的节距链的主要尺寸齿轮的模数齿轮的主要尺寸。 11二、机械零件设计概述2.机械零件设计的一般步骤6绘制零件的工作图不光画图还要进行结构设计、决定公差等级等。对齿轮来说有齿轮的精度等级、表面粗糙度、其它技术要求。结构设计确定零件各组成部分的形状和尺寸。如阶梯轴(图1): 定出危险截面的直径后再定出其它各截面的直径、长度。齿轮(图2) 定出模数、齿数后再确定其它的形状、尺寸。其中轮缘与齿轮连起来的部分轮毂与轴连的部分轮辐连接轮缘、轮毂的部分。●结构设计好坏的标准好结构在满足工作能力的前提下重量小节约材料、工艺性好毛坯、加工、装配 12轴端挡圈带轮轴承盖套筒齿轮滚动轴承单级齿轮减速器的高速轴 13dh= 1.6 ds (铸钢) ; dh=1.6 ds (铸铁) lh= (1.2.~1.5) ds ,并使lhbc= 0.2b ; 但不小于10 mm = (2.5.~4) mn ,但不小于8 mm h1= 0.8 ds; h2= 0.8 h1 ; s = 1.5 h1; 但不小于10 mm e = 0.8 ds; h2= 0.8 h1轮辐式齿轮bdsdhda斜度1:20clhh1eeh2s 14二、机械零件设计概述3.机械零件的工作能力、失效形式、计算准则工作能力机械零件不发生失效能安全工作的限度。或者说机械零件抵抗发生失效的能力。如果这个限度或能力是指载荷而言这个工作能力称承载能力。工作能力含义广承载能力含义窄以后常用到承载能力。失效零件丧失工作能力不能正常工作。失效的形式很多破坏是最主要、最基本的失效形式。破坏断裂脆性材料和塑性变形过大。刚度不够弹性变形过大。细长杆失稳 15二、机械零件设计概述3.机械零件的工作能力、失效形式、计算准则共振振幅超过了许用值。打滑摩擦传动带传动过载。磨损相对运动的表面。一个具体零件失效形式可能不止一种而有多种。针对不同的失效形式就有多种的承载能力。特别注意一个零件的承载能力是指最小的承载能力。如轴按弯能承受5000N按刚度只能承受2000N则轴的承载能力是2000N。为避免失效承载能力的判定条件计算准则常用的计算准则有强度、刚度、耐磨性。 16一、载荷的分类二、应力的分类三、强度条件式 17载荷的分类1.名义载荷2.计算载荷 18载荷的分类1.名义载荷名义载荷也称载荷是指机器在理想平稳的工作条件下作用在零件上的载荷。物理、力学中指的都是名义载荷2.计算载荷大多数机器的工作都不是理想平稳的。零件除了受到工作载荷外还受到各种各样的附加载荷如何考虑这些附加载荷为简单起见引入一个载荷系数用K表示。K×名义载荷计算载荷如 KF=FcaKT=Tca★机械零件常按计算载荷进行计算。载荷分静载荷和变载荷静载荷不随时间变化或变化缓慢的载荷。变载荷随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷。 19应力的分类1.静应力2.变应力应力是受力杆件某一截面上的某一点处的内力集度即单位面积上的内力称为“应力”。垂直于截面的应力分量称为正应力或法向应力用表示相切于截面的应力分量称切应力或切向应力用表示。应力的单位为Pa。1 Pa=1 Nm2 工程实际中应力数值较大常用MPa或GPa作单位1 MPa=106Pa (10的6次方)1 GPa=109Pa (10的9次方) 20二、应力的分类静应力: =常数变应力的循环特性:= 0ot=常数max脉动循环变应力r =0m变应力: 随时间变化2minmax m平均应力:2minmax a应力幅:Tmaxminaam循环变应力otmaxminrmaxminaa对称循环变应力r =-1ot----脉动循环变应力+1 ----静应力----对称循环变应力-1otaaminr =+1静应力是变应力的特例 21应力的分类特别注意零件的失效不应根据零件所受载荷的类型或性质而应根据零件受载后所产生的工作应力的变化类型或性质来判定。 221.概述2.机械零件的强度 23三、强度条件式1.概述强度条件式承载能力取决于强度时的计算准则。如果承载能力取决于刚度时的计算准则则为刚度条件式。]]式中 、危险截面处的最大正应力、切应力[]、[]许用正应力、切应力lim 、lim极限正应力、切应力S S 安全系数。注意两点1应力分正应力、切应力。按正应力讨论对切应力情况一样只要用代替 即可2静应力与变应力的许用应力的计算公式都为只是lim不同。[[  limSlim][[S]Slim][ 24三、强度条件式2.机械零件的强度1静应力下零件的强度计算脆性材料 lim b b 材料的抗拉强度(材料试样受拉力时在(考虑断裂)拉断前所承受的最大应力)。 [] b /S塑性材料 lim s s 材料的屈服强度(材料试样在拉伸过程中(考虑塑性变形过大) 负荷不增加或开始有所降低而变形继续发生的最小应力)。 [] s /S2)变应力下零件的强度计算其lim是疲劳限无论脆性材料还是塑性材料lim一样。疲劳限如果变应力的应力循环特性r一定应力循环N次材料不发生疲劳破坏的最大应力。 25三、强度条件式2.机械零件的强度2)变应力下零件的强度计算如1对称循环的疲劳限作为材料的试件疲劳限0脉动循环的疲劳限零件的疲劳限比材料的疲劳限要低影响因素有应力集中系数k或k、尺寸系数、表面状态系数 。如1/(k/( )零件对称循环的疲劳限0/(k/( ) 零件脉动循环的疲劳限对称循环的许用应力[1] 1/(k/( )S)作为零件变应力下的许脉动循环的许用应力[0] 0/(k/( )S) 用应力P115 式911、式912 26三、强度条件式2.机械零件的强度2)变应力下零件的强度计算注意两点1 k 、、 的数值查有关设计手册2有时 k 、、 不能详细考虑时可用降低许用应力或提高安全系数的办法进行近似计算。3)安全系数S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浪费 S 可能不安全说明①安全系数实际上解决既安全又不浪费这样一个矛盾②安全系数不是计算出来的而是人为决定的。它是根据长期的生产实践得出的不是随意想象的各部门都有自己的一套经验得出的安全系数我们只需要会用即可典型机械的S可查手册中的表若没专门表格可按 教材P116 推荐数据查用。 27一、接触应力二、接触疲劳破坏三、材料的接触疲劳限四、两平行圆柱面相压时接触应力的计算五、接触疲劳强度的判定条件 28一、接触应力点、线接触的高副如齿轮、凸轮、轴承。由于接触点、IM电竞 IM电竞app接触线要承受很大的载荷接触点、线附近要产生很大的弹性变形实际上是一个小面积的接触这个小面积上单位面积上的力称为接触应力。简单来讲零件点、线接触时接触区表层材料的应力。因为接触面积很小往往接触应力很大。所以点、线接触的高副的承载能力往往取决于接触强度如齿轮多半是齿面接触强度破坏当然齿断也是一种破坏。整个材料体积内部存在的应力为体积应力如拉、压、剪、扭、弯曲应力该应力状态下的零件强度为整体强度体积强度。只存在材料表层的应力为表面应力对应的零件强度为表面强度。点、线高副接触受到的接触应力对应的接触强度。 29二、接触疲劳破坏实际工作时接触应力随时间变化周期性变化。如果接触材料的接触疲劳强度不够就要发生疲劳破坏。首先零件在表面约20m处发生裂纹此裂纹慢慢向表面扩散最后以贝壳状的小片掉下来这种称为“疲劳点蚀”简称“点蚀”。见图示。点蚀对工作的影响1减小接触面积降低承载能力2破坏零件表面的光滑形状。如齿轮出现点蚀表面就不是理论上的光滑的渐开线形状不能保证瞬时传动比不变从动轮有时转得快有时转得慢有角加速度必然有惯性力惯性力是变化的。惯性力动载荷运转时会产生振动、冲击产生或增大噪音。齿轮如果噪音很大则齿轮失效需要报废更换。因此点蚀现象往往是点、线接触高副常见的失效形式齿轮、凸轮常是。 30二、接触疲劳破坏返回 31三、IM电竞 IM电竞app材料的接触疲劳限疲劳限材料抵抗疲劳破坏的能力。接触疲劳限材料抵抗接触疲劳破坏的能力。材料的硬度越高接触疲劳限也越高也不容易点蚀。齿轮表面淬火提高表面硬度它的硬度用HRC洛氏硬度表示。 HRC2070 HB(布氏硬度230700 32四、两平行圆柱面相压时接触应力的计算接触区表层材料附近产生小面积接触如图示。注意1接触应力中间大两边小呈椭圆分布2接触应力的计算公式按赫兹公式计算得到H最大接触应力也称赫兹应力。(教材P119)还需注意两圆柱体接触处的接触弹性变形不等直径不同材料不同但接触应力是一样的。 33四、两平行圆柱面相压时接触应力的计算返回外接触内接触 34五、接触疲劳强度的判定条件H [H], [H]= Hlim/SHHlim接触疲劳限由实验测得。对钢经验公式 Hlim2.76HBS70 MPaSH取等于或稍大于1。 35一、 摩擦二、 磨损三 、润滑 36外力作用下相互接触的两个物体作相对运动或有相对运动的趋势时其接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力这一现象叫做摩擦所产生的阻力叫做摩擦力。1. 干摩擦摩擦表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。摩擦系= 0.31.5。数2. 边界摩擦边界润滑两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开其摩擦性质与流体的黏度无关只与边界膜和表面的吸附性质有关。边界膜极薄不能避免金属间的直接接触这时仍有摩擦力产生其摩擦系数= 0.10.3。3. 流体摩擦流体润滑摩擦表面间的润滑膜足以将两个表面完全隔开即形成了完全的流体摩擦。摩擦系数极小大约= 0.0010.01无磨损产生是理想的摩擦状态。4 . 混合摩擦混合润滑摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状态时称为混合摩擦。= 0.010.08。f大约一、摩擦教材 第15章 P253 fff 37二、磨损P121 表面物质在摩擦过程中不断损失的现象称为磨损磨损 间隙、精度、效率、振动、冲击、噪音★据统计约有80...

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