開 課 單 位 ： 機 械 基 礎 中 心主 講 教 師 劉 衛(wèi) 參 考 書 目1. 機 械 設 計 基 礎 楊 可 楨 、 程 光 蘊 主 編 .高 等 教 育 出 版 社 .第 五版2. 機 械 設 計 課 程 設 計 陳 秀 寧 、 施 高 義 主 編 .高 等 教 育 出 版 社 .第 二 版 1、 學 期 成 績 評 定 ： 2、 課 程 要 求 ：A： 獨 立 完 成 作 業(yè)B： 按 時 交 作 業(yè) ， 遲 交 無 成 績C： 作 業(yè) 總 量 不 足 2/3， 取 消 考 試 資 格D： 點 名 3次 不 到 者 取 消 考 試 資 格F: 周 三 下 午 3:30 5:30 主 樓 237答 疑 聯(lián) 系 電 話 :6576370A： 期 末 考 試 成 績 （ 70 ）B： 課 后 作 業(yè) （ 20 ）C： 實 驗 成 績 （ 10 ） 機 械 設 計 實 例 第 9章 機 械 零 件 設 計 概 論 9-1 機 械 零 件 設 計 概 述一 、 機 械 設 計 應 滿 足 的 要 求 在 滿 足 預 期 功 能 的 前 提 下 ， 性 能 好 、 效 率 高 、 成本 低 ， 在 預 定 使 用 期 限 內(nèi) 安 全 可 靠 、 操 作 方 便 、 維 修簡 單 和 造 型 美 觀 等 。 概 括 為 ： 所 設 計 的 機 械 零 件 既 要 工 作 可 靠 ， 又 要 成本 低 廉 。 二 、 機 械 零 件 的 失 效1、 失 效 ： 機 械 零 件 由 于 某 種 原 因 不 能 正 常 工 作 時 ， 稱為 失 效 。2、 工 作 能 力 ： 在 不 發(fā) 生 失 效 的 條 件 下 ， 零 件 所 能 安 全工 作 的 限 度 ， 稱 為 工 作 能 力 。 通 常 此 限 度 是 對 載 荷 而言 ， 又 稱 為 承 載 能 力 。 三 、 機 械 零 件 失 效 的 原 因1、 斷 裂 或 塑 性 變 形2、 過 大 的 彈 性 變 形3、 工 作 表 面 的 過 度 磨 損 或 損 傷4、 發(fā) 生 強 烈 的 振 動5、 連 接 的 松 弛6、 摩 擦 傳 動 的 打 滑四 、 機 械 零 件 工 作 能 力 的 判 定 條 件計 算 量 許 用 量 工 作 能 力 計 算 準 則 五 、 機 械 零 件 設 計 的 步 驟1、 擬 定 零 件 的 計 算 簡 圖 ；2、 確 定 作 用 在 零 件 上 的 載 荷 ；3、 選 擇 合 適 的 材 料 ；4、 根 據(jù) 零 件 可 能 出 現(xiàn) 的 失 效 形 式 ， 選 用 相 應 的 判定 條 件 ， 確 定 零 件 的 形 狀 和 尺 寸 ；5、 繪 制 工 作 圖 并 標 注 必 要 的 技 術 條 件 。以 上 過 程 為 設 計 計 算 ， 反 之 為 校 核 計 算 。 9-2 機 械 零 件 的 強 度 一 、 強 度 概 論1、 名 義 載 荷 ： 在 理 想 的 平 穩(wěn) 工 作 條 件 下 作 用 在 零 件 上 的 載 荷 。2、 載 荷 系 數(shù) K： 綜 合 考 慮 零 件 在 實 際 工 作 中 承 受 的 各 種 附 加 載 荷所 引 入 的 系 數(shù) 。3、 計 算 載 荷 ： 載 荷 系 數(shù) 與 名 義 載 荷 的 乘 積 。 4、 名 義 應 力 與 計 算 應 力 按 照 名 義 載 荷 用 力 學 公 式 求 得 的 應 力 稱 為 名義 應 力 ； 按 照 計 算 載 荷 求 得 的 應 力 稱 為 計 算 應 力 。5、 強 度 條 件 計 算 正 應 力 = lim /S， 零 件 材 料 的 許 用 正 應 力 計 算 切 應 力 =lim /S ， 零 件 材 料 的 許 用 切 應 力 lim 、 lim 分 別 為 極 限 正 應 力 和 極 限 切 應 力 ； S 為 安 全 系 數(shù) 二 、 應 力 的 種 類靜 應 力 ： 不 隨 時 間 變 化 的 應 力變 應 力 ： 隨 時 間 變 化 的 應 力循 環(huán) 變 應 力 ： 具 有 周 期 性 的變 應 力非 循 環(huán) 變 應 力 ： 不 具 有 周 期性 的 變 應 力 tO max tmin a mO T 2 minmax m 2 minmax a變 應 力 的 描 述 參 數(shù) ：最 大 應 力 max 最 小 應 力 min 平 均 應 力 m 應 力 幅 a 循 環(huán) 特 性 r maxminrr 1， 對 稱 循 環(huán) 變 應 力r 0， 脈 動 循 環(huán) 變 應 力r 1， 靜 應 力 -1r1， 非 對 稱 循 環(huán) 變 應 力 。 tT Tmax tmin a mO T 三 、 靜 應 力 條 件 下 的 許 用 應 力1、 靜 應 力 下 零 件 的 失 效 形 式 ： 脆 性 材 料 ： 斷 裂 塑 性 材 料 ： 塑 性 變 形2、 靜 應 力 下 的 許 用 應 力 ： S S 塑 性 材 料 ： 取 材 料 的 屈 服 極 限 S 作 為 極 限 應 力脆 性 材 料 ： 取 材 料 的 強 度 極 限 B 作 為 極 限 應 力SB 四 、 變 應 力 條 件 下 的 許 用 應 力1、 變 應 力 下 零 件 的 失 效 形 式 ： 疲 勞 斷 裂 疲 勞 斷 裂 斷 口 形 式 其 它 斷 裂 斷 口 形 式 其 特 征 為 ： 疲 勞 斷 裂 的 最 大 應 力 遠 比 靜 應 力 下 材 料 的 強 度 極 限低 ， 甚 至 比 屈 服 極 限 低 ； 不 管 脆 性 材 料 或 塑 性 材 料 ， 其疲 勞 斷 口 均 表 現(xiàn) 為 無 明 顯 塑 性 變 形 的 脆 性 突 然 斷 裂 ； 疲勞 斷 裂 是 損 傷 的 積 累 ， 它 的 初 期 現(xiàn) 象 是 在 零 件 的 表 面 或 表層 形 成 微 裂 紋 ， 這 種 裂 紋 隨 著 應 力 循 環(huán) 次 數(shù) 的 增 加 而 逐 漸擴 展 ， 直 至 余 下 的 未 裂 開 的 截 面 積 不 以 承 受 外 載 荷 時 ， 零件 就 突 然 斷 裂 。 疲 勞 斷 裂 與 應 力 循 環(huán) 次 數(shù) （ 即 使 用 期 限 或壽 命 ） 密 切 相 關 。 2、 疲 勞 曲 線 NO N N0 N疲 勞 曲 線 ： 表 示 應 力 與 應 力 循 環(huán) 次 數(shù) N之 間 的 關 系 曲 線N0 循 環(huán) 基 數(shù) r 材 料 的 疲 勞 極 限 1011 NmN kNN CNN mmN 011 通 常 ， 用 -1表 示 材 料 在 對 稱 循 環(huán) 變 應力 下 的 彎 曲 疲 勞 極 限 。疲 勞 曲 線 的 左 半 部 （ N0.6） 或 鑄 鋼 件 S=1.52.5。 （ 2） 脆 性 材 料 ： S=34。 2、 變 應 力 下 S=1.31.7； 若 材 料 不 夠 均 勻 、 計 算 不 夠 準 確 取 S=1.72.5。 9-3 機 械 零 件 的 接 觸 強 度一 、 強 度 分 類 ： 整 體 強 度 ： 零 件 受 載 時 是 在 較 大 體 積 內(nèi) 產(chǎn) 生 的 應 力 ，這 種 應 力 狀 態(tài) 下 的 零 件 強 度 稱 為 整 體 強 度 。 接 觸 強 度 ： 零 件 在 受 載 前 是 點 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 力 卻 很 大 ， 這 種 應 力 稱 為 接 觸 應 力 ， 這 時零 件 的 強 度 稱 為 接 觸 強 度 。 機 械 零 件 在 周 期 性 接 觸 應 力 的 作 用 下 ， 首 先 在 表 層產(chǎn) 生 初 始 疲 勞 裂 紋 ， 然 后 裂 紋 逐 漸 擴 展 ， 終 于 使 表 層 金屬 呈 小 片 剝 落 下 來 ， 而 在 零 件 表 面 形 成 一 些 小 坑 ， 這 種現(xiàn) 象 稱 為 疲 勞 點 蝕 。接 觸 應 力 作 用 下 的 失 效 形 式 ： 疲 勞 點 蝕 二 、 接 觸 應 力 2 221 21 21nH 11 11 EEbF 兩 圓 柱 體 接 觸計 算 依 據(jù) ： 彈 性 力 學 的 赫 茲 公 式 2 FHmax 2aHmax bF1 3.01211111 212121 ，鋼或鑄鐵取及令EEE bpEFnH 418.0可得：接 觸 疲 勞 強 度 的 判 定 條 件 為 ： HHlimHHH S ，而式 中 H lim為 由 實 驗 測 得 的 材 料 的 接 觸 疲 勞 極 限 ， 對 于 鋼 ， 其經(jīng) 驗 公 式 為 ： H lim=2.76H BS-70 MPa安 全 系 數(shù) SH 可 取 等 于 或 稍 大 于 1。 2 221 21 21nH 11 11 EEbF 作 業(yè)9-11，9-13 aO taO t