机械设计基础第9章机械零件设计概论.ppt
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第九章第九章机械零件设计概论机械零件设计概论教学目标、教学重点与难点教学目标、教学重点与难点教学目标、教学重点与难点教学目标、教学重点与难点9191机械零件设计概述机械零件设计概述机械零件设计概述机械零件设计概述9292机械零件的强度机械零件的强度机械零件的强度机械零件的强度教学目标教学目标教学目标教学目标知道概念:
失效、工作能力、承载能力、计算准则、强度、知道概念:
失效、工作能力、承载能力、计算准则、强度、互换性、公差、配合、工艺性。
互换性、公差、配合、工艺性。
能正确判断应力的性质;知道提高强度、耐磨性的原则措能正确判断应力的性质;知道提高强度、耐磨性的原则措施;施;知道铸铁和钢最主要的性质差别;会查手册选材、确定公知道铸铁和钢最主要的性质差别;会查手册选材、确定公差;知道提高工艺性的原则措施。
差;知道提高工艺性的原则措施。
教学重点教学重点教学重点教学重点零件失效形式;强度及其影响因素。
零件失效形式;强度及其影响因素。
教学难点教学难点教学难点教学难点强度及其影响因素;三种性质的配合。
强度及其影响因素;三种性质的配合。
本章扼要介绍机械零件设计计算的共同性问题本章扼要介绍机械零件设计计算的共同性问题9-19-1机械零件设计概述机械零件设计概述涉及面广涉及面广涉及面广涉及面广关系多关系多因与诸多先修课关系密切。
因与诸多先修课关系密切。
要求多要求多强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、经济性。
强度、刚度、寿命、工艺、重量、安全、经济性。
门类多门类多各类零件,各有特点,设计方法各异。
各类零件,各有特点,设计方法各异。
公式多公式多有解析式、半解析式、经验的、半经验的及定义式。
有解析式、半解析式、经验的、半经验的及定义式。
图表多图表多结构图、分析图、原理图、示意图、标准、经验数表结构图、分析图、原理图、示意图、标准、经验数表实践性强实践性强实践性强实践性强不仅读懂书就行,要多联系实际,注重实践性环节不仅读懂书就行,要多联系实际,注重实践性环节设计问题无统一答案设计问题无统一答案设计问题无统一答案设计问题无统一答案更多地谈论谁设计得更好,要注意发展更多地谈论谁设计得更好,要注意发展更多地谈论谁设计得更好,要注意发展更多地谈论谁设计得更好,要注意发展求异思维。
求异思维。
求异思维。
求异思维。
无重点无重点无重点无重点又都是重点,设计工作必须详尽,细小的疏忽也会导又都是重点,设计工作必须详尽,细小的疏忽也会导致严重事故。
致严重事故。
一、后述课程的几个特点一、后述课程的几个特点一、后述课程的几个特点一、后述课程的几个特点二、二、设计机械零件时应满足的基本要求设计机械零件时应满足的基本要求qq避免在预定寿命期内失效的要求避免在预定寿命期内失效的要求qq结构工艺性要求结构工艺性要求qq经济性要求经济性要求qq质量小的要求质量小的要求qq可靠性要求可靠性要求机器是由各种各样的零部件组成的,要使所设计的机器满足机器是由各种各样的零部件组成的,要使所设计的机器满足基本要求,就必须使组成机器的零件满足以下要求:
基本要求,就必须使组成机器的零件满足以下要求:
应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。
应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。
设计的结构应便于加工和装配。
设计的结构应便于加工和装配。
零件应有合理的生产加工和使用维护的成本。
零件应有合理的生产加工和使用维护的成本。
质量小则可节约材料,质量小则灵活、轻便。
质量小则可节约材料,质量小则灵活、轻便。
应降低零件发生故障的可能性(概率)。
应降低零件发生故障的可能性(概率)。
三、三、机械零件的设计准则机械零件的设计准则强度准则强度准则刚度准则刚度准则设计零件时,首先应根据零件的失效形式确定其设计准则设计零件时,首先应根据零件的失效形式确定其设计准则以及相应的设计计算方法。
一般来讲,有以下几种准则:
以及相应的设计计算方法。
一般来讲,有以下几种准则:
寿命准则寿命准则振动稳定性准则振动稳定性准则可靠性准则可靠性准则:
确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形,是确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形,是最基本的设计准则。
最基本的设计准则。
:
确保零件不发生过大的弹性变形。
确保零件不发生过大的弹性变形。
:
通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关:
通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。
:
高速运转机械的设计应注重此项准则:
高速运转机械的设计应注重此项准则。
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当考虑随机因素影响时:
当考虑随机因素影响时,仍应确保上述各项准则仍应确保上述各项准则四、四、机械零件的设计方法机械零件的设计方法现代设计方法现代设计方法现代设计方法现代设计方法指在近二、三十年发展起来的指在近二、三十年发展起来的更为完善、科学、计算精度高、设计与计算速度更更为完善、科学、计算精度高、设计与计算速度更快的机械设计方法。
如机械优化设计、机械可靠性快的机械设计方法。
如机械优化设计、机械可靠性设计、计算机辅助设计等等。
设计、计算机辅助设计等等。
常规设计方法常规设计方法常规设计方法常规设计方法指采用一定的理论分析和计算,指采用一定的理论分析和计算,结合长期的设计和生产实践中总结出的方法、公式、结合长期的设计和生产实践中总结出的方法、公式、图表等进行设计的方法。
图表等进行设计的方法。
五、五、机械零件设计的一般步骤机械零件设计的一般步骤选择零件类型、结构选择零件类型、结构机械零件的设计一般要经过以下几个步骤:
机械零件的设计一般要经过以下几个步骤:
机械零件的设计一般要经过以下几个步骤:
机械零件的设计一般要经过以下几个步骤:
计算零件上的载荷计算零件上的载荷确定计算准则确定计算准则选择零件的材料选择零件的材料确定零件的基本尺寸确定零件的基本尺寸结结构构设设计计校校核核计计算算画出零件工作图画出零件工作图写出计算说明书写出计算说明书六、六、机械零件材料的选用原则机械零件材料的选用原则:
铝:
铝(LY12)(LY12)、铜、铜(ZCuSn10P1)(ZCuSn10P1).黑色金属黑色金属有色金属有色金属铁铁钢钢高分子材料高分子材料复合材料复合材料陶瓷陶瓷金属材料金属材料非金属材料非金属材料载荷载荷及应力的大小和性质及应力的大小和性质零件的工作情况零件的工作情况零件的结构及加工性零件的结构及加工性材料的经济性材料的经济性零件的尺寸及重量零件的尺寸及重量11、常用材料、常用材料、常用材料、常用材料2222、机械零件材料的选用原则机械零件材料的选用原则机械零件材料的选用原则机械零件材料的选用原则:
塑料、橡胶、合成纤维:
塑料、橡胶、合成纤维:
低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢:
低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢(如:
如:
08F08F454560601Cr181Cr18):
灰铸铁、球墨铸铁:
灰铸铁、球墨铸铁(如:
如:
HHT300QT500-5)T300QT500-5):
强如钢、轻如铝、硬如金刚石:
强如钢、轻如铝、硬如金刚石:
强度高、弹性模量大、质量轻:
强度高、弹性模量大、质量轻七、七、机械零件设计中的标准化机械零件设计中的标准化标准化的益处:
标准化的益处:
标准化的益处:
标准化的益处:
与设计有关的标准与设计有关的标准与设计有关的标准与设计有关的标准:
国际标准国家标准行业标准企业标准等国际标准国家标准行业标准企业标准等如:
如:
ISOISOGBGBJBJB、FBFBQBQB国标分为:
强制标准和推荐标准国标分为:
强制标准和推荐标准国标分为:
强制标准和推荐标准国标分为:
强制标准和推荐标准标准化有利于保证产品质量,减轻设计工作量,便于零部件标准化有利于保证产品质量,减轻设计工作量,便于零部件的互换和组织专业化的大生产,以降低生产成本。
的互换和组织专业化的大生产,以降低生产成本。
强制性国家标准:
强制性国家标准:
强制性国家标准:
强制性国家标准:
GBGB(标准序号标准序号)(批准年代批准年代)强制性国标必须严格遵照执行,否则就是违法。
强制性国标必须严格遵照执行,否则就是违法。
推荐性国家标准:
推荐性国家标准:
推荐性国家标准:
推荐性国家标准:
GBGBTT,这类标准占整个国标中的绝大,这类标准占整个国标中的绝大多数。
如无特殊理由和特殊需要,必须遵守这些国标,以期取得多数。
如无特殊理由和特殊需要,必须遵守这些国标,以期取得事半功倍的效果。
事半功倍的效果。
标准化就是要通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能标准化就是要通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能设计方法、制图要求等,制定出大家共同遵守的标准。
设计方法、制图要求等,制定出大家共同遵守的标准。
9-2机械零件设计的强度机械零件设计的强度一、机械零件的体积强度机械零件的体积强度如:
拉伸如:
拉伸、压缩;剪切;弯曲;扭转。
、压缩;剪切;弯曲;扭转。
零件强度条件:
零件强度条件:
零件强度条件:
零件强度条件:
零件危险截面的计算应力零件危险截面的计算应力零件材料的许用应力零件材料的许用应力即:
即:
二、机械零件二、机械零件的的接触强度接触强度接触应力接触应力接触应力接触应力两零件以点、线相接处时,其接触的局两零件以点、线相接处时,其接触的局部引起较大的应力。
部引起较大的应力。
式中式中:
11和和22分别为两零件初始接触线处的曲率半径分别为两零件初始接触线处的曲率半径,正号正号外接触,负号外接触,负号内接触。
内接触。
接触应力用赫兹应力公式计算:
接触应力用赫兹应力公式计算:
强度条件:
强度条件:
强度条件:
强度条件:
HHHH变应力变应力应力应力应力应力静应力静应力静应力静应力随机变应力随机变应力(不研究)(不研究)循环变应力循环变应力非对称循环变应力非对称循环变应力对称循环变应力对称循环变应力对称循环变应力对称循环变应力脉动循环变应力脉动循环变应力脉动循环变应力脉动循环变应力rr=-1=-1rr=0=0rr=1=1m平均应力平均应力;a应力幅值应力幅值max最大应力;最大应力;min最小应力最小应力rrrr应力比(循环特性)应力比(循环特性)应力比(循环特性)应力比(循环特性)三、应力分类与描述应力分类与描述应力描述:
应力描述:
应力描述:
应力描述:
理论和实践都证明:
理论和实践都证明:
理论和实践都证明:
理论和实践都证明:
rr=-1=-1的变应力对材料的损伤最大的变应力对材料的损伤最大的变应力对材料的损伤最大的变应力对材料的损伤最大END
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