機(jī)械及機(jī)械零件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)(已修改)
2025-07-04 17:57 本頁(yè)面
【正文】 第2章 機(jī)械及機(jī)械零件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)2．1 設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求：在滿足預(yù)期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在預(yù)定使用期限內(nèi)安全可靠，操作方便、維修簡(jiǎn)單和造型美觀等。 機(jī)械設(shè)計(jì)的一般設(shè)計(jì)程序機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序用框圖來(lái)表示。設(shè)計(jì)人員必須善于把設(shè)計(jì)構(gòu)思、設(shè)計(jì)方案，用語(yǔ)言、文字和圖形方式傳遞給主管者和協(xié)作者，以取得批準(zhǔn)和贊同。除具體技術(shù)問(wèn)題外，設(shè)計(jì)人員還要論證下列問(wèn)題：（1）此設(shè)計(jì)是否確為人們所需要？（2）有哪些特色？能否與同類產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)？（3）制造上是否經(jīng)濟(jì)？（4）維修保養(yǎng)是否方便？（5）是否有市場(chǎng)？（6）社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益如何？設(shè)計(jì)人員要富有創(chuàng)造精神；要從實(shí)際情況出發(fā)；要調(diào)查研究；。要廣泛吸取用戶和工藝人員的意見(jiàn)，在設(shè)計(jì)、加工、安裝和調(diào)試過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、反復(fù)修改，以期取得最佳的成果，并從中累積設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) 機(jī)械零件的主要失效形式和工作能力機(jī)械零件的失效： 零件曲于某種原因不能正常工作時(shí)，稱為失效零件的失效形式: 斷裂或塑性變形。 過(guò)大的彈性變形。 工作表面的過(guò)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。失效原因: 強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性、溫度等原因。強(qiáng)度條件：計(jì)算應(yīng)力許用應(yīng)力；剛度條件：變形量許用變形量；防止失效的判定條件是： 計(jì)算量許用量工作能力計(jì)算準(zhǔn)則。 機(jī)械零件的工作能力工作能力在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度。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。 許用應(yīng)力和極限應(yīng)力、接觸應(yīng)力2．2．3．1 作用在零件上的載荷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。名義應(yīng)力按名義載荷計(jì)算所得之應(yīng)力。工作載荷在某種工作條件下零件實(shí)際承受的載荷。載荷系數(shù)K考慮各種附加載荷因素的影響。計(jì)算載荷載荷系數(shù)與名義載荷的乘積。計(jì)算應(yīng)力按計(jì)算載荷計(jì)算所得之應(yīng)力。 靜應(yīng)力和變應(yīng)力按照隨時(shí)間變化的情況，應(yīng)力可分為靜應(yīng)力和變應(yīng)力。不隨時(shí)間變化的應(yīng)力，稱為靜應(yīng)力（圖a），純粹的靜應(yīng)力是沒(méi)有的，但如變化緩慢，就可看作是靜應(yīng)力。例如，鍋爐的內(nèi)壓力所引起的應(yīng)力，擰緊螺母所引起的應(yīng)力等。應(yīng)力幅平均應(yīng)力隨時(shí)間變化的應(yīng)力，稱為變應(yīng)力。具有周期性的變應(yīng)力稱為循環(huán)變應(yīng)力，圖b所示為一般的非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，圖中T為應(yīng)力循環(huán)周期。圖b所示為一般的非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，從圖b可知應(yīng)力循環(huán)中的最小應(yīng)力與最大應(yīng)力之比，可用來(lái)表示變應(yīng)力中應(yīng)力變化的情況，通常稱為變應(yīng)力的循環(huán)特性，用r表示，即r=σmin/σmax?？捎脩?yīng)力循環(huán)特性r來(lái)表示變應(yīng)力的不對(duì)稱度，r=+1為靜應(yīng)力；r=0為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力；r=1為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力；1r1為不對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。 許用應(yīng)力和極限應(yīng)力（1） 靜應(yīng)力下的許用應(yīng)力靜應(yīng)力下，零件材料有兩種損壞形式：斷裂或塑性變形。對(duì)于塑性材料，可按不發(fā)生塑性變形的條件進(jìn)行計(jì)算。這時(shí)應(yīng)取材料的屈服極限σS作為極限應(yīng)力，故許用應(yīng)力為對(duì)于用脆性材料制成的零件，應(yīng)取強(qiáng)度極限σB作為極限應(yīng)力，其許用應(yīng)力為（2）變應(yīng)力下的許用應(yīng)力和極限應(yīng)力變應(yīng)力下，零件的損壞形式是疲勞斷裂。疲勞斷裂具有以下特征：1）疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限低，甚至比屈服極限低；2）不管脆性材料或塑性材料，其疲勞斷口均表現(xiàn)為無(wú)明顯塑性變形的脆性突然斷裂；3）疲勞斷裂是損傷的積累，它的初期現(xiàn)象是在零件表面或表層形成微裂紋，這種微裂紋隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展，直至余下的未裂開的截面積不足以承受外載荷時(shí)，零件就突然斷裂。在零件的斷口上可以清晰地看到這種情況。疲勞斷裂不同于一般靜力斷裂，它是損傷到一定程度后，即裂紋擴(kuò)展到一定程度后，才發(fā)生的突然斷裂。所以疲勞斷裂與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（即使用期限或壽命）密切相關(guān)。1．疲勞曲線由材料力學(xué)可知，表示應(yīng)力。與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系曲線稱為疲勞曲線。如下圖所示，橫坐標(biāo)為循環(huán)次數(shù)N，縱坐標(biāo)為斷裂時(shí)的循環(huán)應(yīng)力σ，從圖中可以看出，應(yīng)力越小，試件能經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)就越多。從大多數(shù)黑色金屬材料的疲勞試驗(yàn)可知，當(dāng)循環(huán)次數(shù)N超過(guò)某一數(shù)值從以后，曲線趨向水平，即可以。為在“無(wú)限次”循環(huán)時(shí)試件將不會(huì)斷裂。N0稱為循環(huán)基數(shù)，對(duì)應(yīng)于N0的應(yīng)力稱為材料的疲勞極限。通常用σ1表示材料在對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力下的彎曲疲勞極限。疲勞曲線的左半部（NN0），可近似地用下列方程式表示：從式（9－5）可求得對(duì)應(yīng)于循環(huán)次數(shù)N的彎曲疲勞極限2 許用應(yīng)力變應(yīng)力下，應(yīng)取材料的疲勞極限作為極限應(yīng)力。同時(shí)還應(yīng)考慮零件的切口和溝槽等截面突變、絕對(duì)尺寸和表面狀態(tài)等影響，為此引入有效應(yīng)力集中系數(shù)kσ、尺寸系
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