第6章設(shè)計(jì)概論

1、 上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室3. 耐磨性 在規(guī)定的工作條件和設(shè)計(jì)壽命內(nèi)，不發(fā)生因過度磨損而影響零件工作性能。2. 剛度 在規(guī)定工作條件下不發(fā)生影響工作性能的彈性變形。4. 其它 工藝性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性。一、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本要求一、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本要求1. 強(qiáng)度 在規(guī)定的工作條件和設(shè)計(jì)壽命內(nèi)不發(fā)生斷裂、過大殘余變形等失效形式。具有適當(dāng)強(qiáng)度是設(shè)計(jì)零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求。上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研

2、室二、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)計(jì)算方法二、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)計(jì)算方法三、機(jī)械零件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則三、機(jī)械零件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 (2)失效形式：斷裂或塑性變形；過大的彈性變形；工作表面的過度磨損或損傷；發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)；聯(lián)接的松弛；摩擦傳動(dòng)的打滑等。 1. 設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)擬定安全工作條件，確定零件危險(xiǎn)截面尺寸。 2. 校核計(jì)算 已知尺寸，驗(yàn)算安全工作條件。1. 零件的失效 (1)定義：機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作時(shí)，稱為失效。上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室 (3)失效原因：強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性、溫度等原因。2. 零件的工作能力 (1)定義：在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的

3、限度。通常此限度是對(duì)載荷而言，所以習(xí)慣上又稱為：承載能力。 (2)工作能力計(jì)算準(zhǔn)則 計(jì)算量許用量剛度條件：變形量許用變形量強(qiáng)度條件：計(jì)算應(yīng)力許用應(yīng)力 (3)防止失效的判定條件上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室四、設(shè)計(jì)機(jī)械零件的一般步驟四、設(shè)計(jì)機(jī)械零件的一般步驟3.分析主要失效形式，確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；1.計(jì)算作用在零件上的載荷；2.選擇零件類型和結(jié)構(gòu)；4.選擇零件材料；5.根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，計(jì)算確定零件基本尺寸；6.繪圖設(shè)計(jì)零件的具體結(jié)構(gòu)、尺寸；7.必要時(shí)作校核計(jì)算。五、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的五、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的“三化三化”原則原則標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、通用化 統(tǒng)稱“三化”，是機(jī)械零件設(shè)計(jì)

4、中應(yīng)該遵守的重要原則。上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室 在不同類型、不同規(guī)格的各種機(jī)器中，有相當(dāng)多的零件是相同的，將這些零部件加以標(biāo)準(zhǔn)化，并按尺寸不同加以系列化，則設(shè)計(jì)者毋須重復(fù)設(shè)計(jì)，可直接從有關(guān)手冊(cè)的標(biāo)準(zhǔn)中選用。通用化是指系列之內(nèi)或跨系列的產(chǎn)品之間盡量采用同一結(jié)構(gòu)和尺寸的零部件，以減少企業(yè)內(nèi)部的零部件種數(shù)，從而簡(jiǎn)化生產(chǎn)管理和獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。 標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化統(tǒng)稱“三化”。“三化”是長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐和科研成果的可靠的技術(shù)總結(jié)。采用“三化”的重要意義是： 1）減輕設(shè)計(jì)工作量，以便把主要精力用在關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)工作上；上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大

5、學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室 2）便于安排專門工廠采用先進(jìn)技術(shù)大規(guī)模地集中生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)零部件，有利于合理使用原材料、保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低制造成本； 3）可以減少技術(shù)過失的重復(fù)出現(xiàn)； 4）增大互換性，便于維修工作； 5）有利于增加產(chǎn)品品種，擴(kuò)大生產(chǎn)批量，達(dá)到產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低能耗等。 “三化”是我國(guó)現(xiàn)行的很重要的一項(xiàng)技術(shù)政策；“三化”程度的高低也常是評(píng)定產(chǎn)品的指標(biāo)之一。上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室一、描述應(yīng)力的一、描述應(yīng)力的5個(gè)參數(shù)個(gè)參數(shù) 平均應(yīng)力：2minmaxm應(yīng)力幅： 2minmaxa循環(huán)特性：maxminr零件在工作中所受的應(yīng)力可分為靜應(yīng)力和變應(yīng)力。對(duì)于隨時(shí)間有

6、規(guī)律變化的應(yīng)力，可用5個(gè)參數(shù)描述其特征：最大應(yīng)力：max最小應(yīng)力：min（已知任意兩個(gè)參數(shù)，可求出其余三個(gè)參數(shù)）上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室二、幾種典型的應(yīng)力二、幾種典型的應(yīng)力m= = Consta= 0，r =12. 循環(huán)變應(yīng)力 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力otmaxminaaot= =常數(shù)常數(shù)r r =+1=+1ot minminmmaxaa1. 靜應(yīng)力max=min，m= 0，a= max= min，r= 1min= 0，m= a= max/2，r= 0上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室一、幾個(gè)概念一、幾個(gè)概念-正應(yīng)力-

7、剪應(yīng)力二、強(qiáng)度判定條件二、強(qiáng)度判定條件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. 名義應(yīng)力按名義載荷計(jì)算所得之應(yīng)力。3. 載荷系數(shù)K考慮各種附加載荷因素的影響。4. 計(jì)算載荷載荷系數(shù)與名義載荷的乘積。5. 計(jì)算應(yīng)力按計(jì)算載荷計(jì)算所得之應(yīng)力： 其中 sslimlim上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室、 許用應(yīng)力 s 安全系數(shù) lim、 lim 極限應(yīng)力，由實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定。三、靜應(yīng)力下的許用應(yīng)力三、靜應(yīng)力下的許用應(yīng)力 1. 破壞形式 靜應(yīng)力下，零件的破壞形式為斷裂或塑性變形。 2. 許用應(yīng)力的確定 塑性材料：取屈服極限S作為極限應(yīng)力，許用應(yīng)力：ss

8、脆性材料：取強(qiáng)度極限B 作為極限應(yīng)力，許用應(yīng)力：sB上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室四、變應(yīng)力下的許用應(yīng)力四、變應(yīng)力下的許用應(yīng)力 1. 破壞形式 變應(yīng)力下，零件的失效形式是疲勞斷裂。2. 許用應(yīng)力變應(yīng)力下的許用應(yīng)力為：Skrr式中：r為0或-1。、k分別為尺寸系數(shù)、表面狀態(tài)系數(shù)和應(yīng)力集中系數(shù)。上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室 1. 疲勞斷裂的特征1）最大應(yīng)力小于靜強(qiáng)度極限，甚至小于屈服極限；3） 典型斷口形貌：裂紋萌生區(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)、脆斷區(qū)疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結(jié)果。2）破壞前無明顯塑變，產(chǎn)生突然斷裂；上海海事大學(xué)機(jī)械

9、原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室N 關(guān)系曲線：疲勞曲線NO當(dāng)NN0 時(shí)，試件將不會(huì)斷裂N0N N0 0 循環(huán)基數(shù)N N0 0 對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為：疲勞極限r(nóng) 當(dāng)NNNN0 0 時(shí), 有近似公式：CNNmrmrN0對(duì)應(yīng)于N N 的疲勞極限：rNNmrrNNN02. 疲勞曲線上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室無限壽命下的許用應(yīng)力為： skrr有限壽命下的許用應(yīng)力為：mrrNNNSk0（一般計(jì)算時(shí)，許用應(yīng)力可按查表法確定）上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室五、安全系數(shù)五、安全系數(shù)SS 可通過查表法、經(jīng)驗(yàn)法或部分系數(shù)法等方法求得。

10、 零件尺寸大，結(jié)構(gòu)笨重。S 可能不安全。上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室 表面強(qiáng)度包括表面接觸強(qiáng)度、表面擠壓強(qiáng)度、表面磨損強(qiáng)度（耐磨性）。一、表面接觸強(qiáng)度一、表面接觸強(qiáng)度 若兩個(gè)零件為點(diǎn)接觸或線接觸時(shí)（如齒輪嚙合），接觸處表層產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力，稱為接觸應(yīng)力，這時(shí)零件強(qiáng)度稱為接觸疲勞強(qiáng)度。接觸疲勞失效形式為：疲勞點(diǎn)蝕。后果：減少了接觸面積、損壞了零件的光滑表面、降低了承載能力、引起振動(dòng)和噪音。上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室bEFnH418.0H 最大接觸應(yīng)力或赫茲應(yīng)力；212121212EEEEEb 接觸長(zhǎng)度；Fn 作用在圓柱體

11、上的載荷； 綜合曲率半徑； 綜合彈性模量；E1、 E2 分別為兩 圓柱體的彈性模量。應(yīng)力計(jì)算公式：2b b1H HH H上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋油油裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展 H表層材料剝落表層材料剝落接觸應(yīng)力作用接觸應(yīng)力作用點(diǎn)蝕形成過程：上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室接觸應(yīng)力計(jì)算：2121:令:22121代入化簡(jiǎn)得EEEEEbEFnH)1 (212H HH H2b b1Fn222121211111EEbFnH 上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室bEFnH)1 (212鋼或鑄鐵

12、取泊松比： 1=2=0.3得簡(jiǎn)化公式：公式、稱為：赫茲赫茲(HHertz)公式公式 1Fnb b2H HH HbEFn418.0 兩表面內(nèi)接觸時(shí)，2121上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室接觸疲勞強(qiáng)度的判定條件為：HHHHHSlim,而二、表面擠壓強(qiáng)度二、表面擠壓強(qiáng)度 通過局部配合面間的接觸來傳遞載荷的零件，在接觸面上的壓應(yīng)力稱為擠壓應(yīng)力。相應(yīng)的零件表面強(qiáng)度稱為表面擠壓強(qiáng)度。擠壓應(yīng)力分布較復(fù)雜，常采用均勻分布的假設(shè)以簡(jiǎn)化計(jì)算。上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室擠壓強(qiáng)度公式：ppAF p擠壓應(yīng)力； p表面擠壓應(yīng)力； A A 接觸面積或投影面積。三、表面磨損強(qiáng)度三、表面磨損強(qiáng)度1. 磨損和耐磨性運(yùn)動(dòng)副中，摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。后果：磨損會(huì)逐漸改變零件尺寸和摩擦表面形狀。上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室上海海事大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室零件表面抗磨損的能力稱為耐磨性。 磨損 間隙 精度 效率 振動(dòng) 沖擊