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1、例: 機構(gòu)齒輪機構(gòu)(三個構(gòu)件) 齒輪1 、齒輪2、機架3,軸、軸承、套筒等 軸系零件,齒輪 傳動件,鍵 聯(lián)接件,3,機構(gòu)構(gòu)件零件,機器,傳動零件,軸系零件,聯(lián)接零件,附件,機架,避免在預(yù)定壽命周期內(nèi)失效,采用標(biāo)準(zhǔn)化零、部件,要求,,工作可靠,成本低廉,降低材料消耗，減少加工工時,大型零件采用組合結(jié)構(gòu),,,,第9章 機械零件設(shè)計概論,機械零件的失效形式和計算準(zhǔn)則 機械制造常用材料及其選擇 零件結(jié)構(gòu)的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化,9.1機械零件的失效形式和計算準(zhǔn)則,失效（failure）： 機械零件由于某種原因不能正常工作時 常見失效形式： 整體斷裂或塑性變形強度問題 表面破壞

2、表面強度或耐磨性問題 彈性變形過大剛度問題 強烈震動穩(wěn)定性問題 聯(lián)結(jié)的松弛、帶的打滑等,工作能力：不發(fā)生失效時零件所能安全工作的限度（常以零件承受載荷的大小表示，稱承載能力）,工作能力計算準(zhǔn)則（工作能力判定條件）： 強度條件：應(yīng)力許用應(yīng)力 剛度條件：變形量許用變形量,如： 吊鉤最大起重量50 kN 工作能力或承載能力50 kN, ,9.1.1 機械零件的強度,計算準(zhǔn)則：,載荷：作用于零件上的力或力矩 名義載荷：理想工作條件下的載荷 計算載荷：作用于零件的實際載荷，考慮各種附加載荷,計算載荷=K 名義載荷,1、應(yīng)力,,靜應(yīng)力,,sm,脈動循環(huán)變應(yīng)力,,,對稱循環(huán)變應(yīng)力,非對稱循環(huán)變應(yīng)力,應(yīng)力參數(shù)

3、,最大應(yīng)力: smax 最小應(yīng)力: smin 應(yīng)力幅: sa,平均應(yīng)力: sm 循環(huán)特征: r,,,靜應(yīng)力,,sm,脈動循環(huán)變應(yīng)力,,,對稱循環(huán)變應(yīng)力,非對稱循環(huán)變應(yīng)力,-1

4、力結(jié)構(gòu)笨重 安全系數(shù)許用應(yīng)力不夠安全,9.1.2 機械零件的表面強度,接觸強度 擠壓強度 磨損強度,機械零件的接觸強度,兩個零件在受載前是點接觸或線接觸，受載后，由于變形其接觸處為一小面積，通常此面積甚小而表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力卻很大，這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。這時零件強度稱為接觸強度。,點蝕,,,,,例：已知1=50mm, 2=80mm求：圖示三種情況下最大接觸應(yīng)力之比,提高接觸疲勞強度的措施？,表面擠壓強度,面接觸無滑動傳遞載荷,機械零件的耐磨性,磨損的類型：,1、點蝕 2、磨粒磨損 3、粘著磨損：由于粘著作用使材料從一表面轉(zhuǎn)移到另一表面所引起的磨損（膠合），是高速重載接觸副常見的破壞形式。 4、

5、腐蝕磨損：與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的磨損,耐磨性的條件性計算,零件的剛度,計算準(zhǔn)則：yy ，， 影響因素： 材料的彈性模量 零件的截面形狀 零件的支撐方式 具體的結(jié)構(gòu)形式等 問題：有人設(shè)計一軸，開始采用45鋼，發(fā)現(xiàn)剛度不足，擬采用40Cr，行否？,9.2 機械制造常用材料及選擇,鋼：C2%的鐵碳合金 按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼 按化學(xué)成分：碳素鋼、合金鋼 按含碳量分：低碳（ C0.25%）、中碳、高碳（C0.6%）鋼 按質(zhì)量分：普通、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q215 45 65Mn 40Cr ZG230-450 鑄鐵：HT150 QT450-10 有色金屬合金：ZCuSn5Pb5Zn5,

6、金屬材料的熱處理,含義：固態(tài)范圍加熱、保溫、冷卻，改變組織、特性 分類： 普通熱處理：退火、正火、淬火、回火 表面熱處理和化學(xué)熱處理,退火:,正火:,將零件加熱到某一溫度保溫隨爐冷卻,加熱到某一溫度保溫較快冷卻(例空冷),消除內(nèi)應(yīng)力,硬度減小改善切削性能,淬火:,回火:,硬度大大提高耐磨性,疲勞強度提高 內(nèi)應(yīng)力增大需消除(回火),加熱到某一溫度保溫急速冷卻,加熱到某一溫度(較低)保溫冷卻(空冷),表面熱處理:,強化零件表面，保持芯部韌性,表面硬度及耐磨性芯部韌性不變,將某種化學(xué)元素(活性原子)滲入 零件表面力學(xué)性能,提高表面硬度、耐磨性、 抗蝕性、疲勞強度,,表面迅速加熱急冷低溫回火,材料硬

7、度 HBS:布氏硬度 硬度機壓頭為淬火鋼球，不能測太硬的材料，一般HBS<500 HRC、HRB、HRA:洛氏硬度,120金剛石錐體，載荷150kgf,不能測硬、脆的薄層零件 HV:維氏硬度 136 金剛石四角錐體，載荷小，5-30kgf 三種硬度單位之比較： HV(維氏) HBS(布氏)；HRC(洛氏)10 HBS,9.3零件結(jié)構(gòu)的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化,一、結(jié)構(gòu)工藝性概念 零件的結(jié)構(gòu)工藝性就是其制造、安裝、維修的難易程度。,二、零件結(jié)構(gòu)工藝性舉例,1采用標(biāo)準(zhǔn)化 標(biāo) 準(zhǔn) 件：螺釘、墊圈、銷子、軸承等 圖片1 標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)：孔徑、錐度、螺距、模數(shù)等 2便于裝夾 能夠裝夾 圖片2 減少裝夾次數(shù)

8、 圖片3,3. 便于加工,應(yīng)有足夠剛度 圖片4 避免內(nèi)表面加工 圖片5 減少加工面積 圖片6 圖片7 減少刀具種類 圖片8 便于進刀退刀 圖片9 圖片10 圖片11 圖片12 減少加工困難 圖片13 盡可能“一刀活” 圖片14,配合零件端部要倒角 圖片15 柱銷盲孔應(yīng)有出氣口 圖片16 軸肩與孔端應(yīng)能貼緊 圖片17 配合零件只能有一對配合面 圖片18 螺釘連接應(yīng)有扳手活動空間 圖片19 螺釘連接應(yīng)便于螺釘?shù)陌惭b 圖片20 應(yīng)有正確裝配基面 圖片21,4便于裝配,滾動軸承要能拆卸 圖片22 滑配襯套要能拆卸 圖片23,5便于維修,三、標(biāo)準(zhǔn)

9、化 品種規(guī)格的系列化、零部件的通用化、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化,兩重含意:,分類:,使用強制性,推薦使用：,盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件,按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計機械零件,國際ISO、國家GB、行業(yè)標(biāo)、 (JB、YB、QB)、地方標(biāo)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),制圖、公差、 形位、模數(shù), 必須執(zhí)行：,,,,運用范圍,機械零件設(shè)計的幾個特點,涉及面廣 關(guān)系多因與諸多先修課關(guān)系密切。 要求多強度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、經(jīng)濟性。 門類多各類零件，各有特點，設(shè)計方法各異。 公式多計算多，有解析式、半解析式、經(jīng)驗的、半經(jīng)驗的及定義式。 圖表多結(jié)構(gòu)圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線圖、標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗數(shù)表。,第三節(jié) 2,,無重點又都是重點，設(shè)計工作必須詳盡，細小的疏忽也會導(dǎo)致嚴(yán)重事故。,設(shè)計問題無統(tǒng)一答案更多地談?wù)撜l設(shè)計得更好，要注意發(fā)展求異思維。,注意處理好幾個關(guān)系,零件的設(shè)計與選用,設(shè)計計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計決非只是計算，同學(xué)更應(yīng)重視結(jié)構(gòu)設(shè)計的學(xué)習(xí)。,性能要求與經(jīng)濟性 永遠是一對矛盾，應(yīng)學(xué)會合理地解決這一對矛盾。,第三節(jié) 3,,