【正文】 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 西南科技大學(xué)制造學(xué)院 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 主講 鐘良 Email: 西南科技大學(xué) 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 西南科技大學(xué)制造學(xué)院 例 : 機(jī)構(gòu) → 齒輪機(jī)構(gòu) (三個構(gòu)件 ) 齒輪 1 、齒輪 機(jī)架 3 軸、軸承、套筒等 → 軸系零件 齒輪 → 傳動件 鍵 → 聯(lián)接件 1 2 構(gòu)件 1← (小齒輪 ) 3 最基本的 通用零件 → 機(jī)構(gòu) ← 構(gòu)件 → 零件 機(jī)器 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 西南科技大學(xué)制造學(xué)院 傳動零件 軸系零件 聯(lián)接零件 附件 機(jī)架 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 西南科技大學(xué)制造學(xué)院 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) … … 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 西南科技大學(xué)制造學(xué)院 失效（ failure）： 機(jī)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(qiáng)度問題 表面破壞 —— 表面強(qiáng)度或耐磨性問題 彈性變形過大 —— 剛度問題 強(qiáng)烈震動 —— 穩(wěn)定性問題 聯(lián)結(jié)的松弛、帶的打滑等 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 西南科技大學(xué)制造學(xué)院 絲杠斷牙部位 被聯(lián)件拉斷 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 西南科技大學(xué)制造學(xué)院 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 西南科技大學(xué)制造學(xué)院 對于各種不同的失效形式，也各有相應(yīng)的工作能力判定條件 強(qiáng)度條件： 計算應(yīng)力 許用應(yīng)力； 機(jī)械零件設(shè)計的步驟： 1) 擬定零件的計算簡圖 。 5) 繪制工作圖并標(biāo)注必要的技術(shù)條件 。 防止失效的判定條件是： 計算量 許用量 工作能力計算準(zhǔn)則 。 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(yīng)的判定 條件 ， 確定零件的形狀 。 失效原因 : 強(qiáng)度 、 剛度 、 耐磨性 、 振動穩(wěn)定性 、 溫度等 原因 。 剛度條件： 變形量 許用變形量； 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 西南科技大學(xué)制造學(xué)院 注意： 通過設(shè)計計算出的零件尺寸一般并不是最終采用的數(shù)值，設(shè)計者還要根據(jù)制造零件的工藝要求和標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格將某些計算值加以圓整。 在一般機(jī)器設(shè)計中，只有一部分零件是通過計算確定其形狀和尺寸的，而其余的零件則僅根據(jù)工藝要求和結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行設(shè)計 ； 設(shè)計工作是一個反復(fù)進(jìn)行的過程，經(jīng)過多次修改方案，改變設(shè)計參數(shù)，才能得到比較合理的結(jié)果。 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 西南科技大學(xué)制造學(xué)院 強(qiáng)度準(zhǔn)則 （體積靜強(qiáng)度，表面靜強(qiáng)度） 剛度準(zhǔn)則 （抵抗彈性變形） 耐磨性準(zhǔn)則 （磨損量，常用接觸表面壓強(qiáng)來限制） 散熱性準(zhǔn)則 （熱變形） 可靠性準(zhǔn)則 （正常工作的概率） 其他設(shè)計準(zhǔn)則 （臨界轉(zhuǎn)速、帶傳動打滑等） 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 西南科技大學(xué)制造學(xué)院 機(jī)械零件的強(qiáng)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 載荷系數(shù) :(按大小及方向是否變化 ) 靜載荷 變載荷 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 西南科技大學(xué)制造學(xué)院 ?當(dāng) σmax、 σmin均維持常數(shù) → 穩(wěn)定交變應(yīng)力 ?當(dāng) σmax和 σmin的數(shù)值隨時間而改變 → 不穩(wěn)定的變應(yīng)力 交變應(yīng)力－隨時間作周期性變化的應(yīng)力 *一個應(yīng)力循環(huán) → 構(gòu)件中的應(yīng)力由 “最大值 → 最小值 → 最大值”的過程。 *最大應(yīng)力 σmax *最小應(yīng)力 σmin 靜應(yīng)力 → 不隨時間變化，Ｎ ≤103 變應(yīng)力 → 不斷隨時間變化 穩(wěn)定變應(yīng)力 不穩(wěn)定變應(yīng)力 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 西南科技大學(xué)制造學(xué)院 循環(huán)變應(yīng)力 ? 平均應(yīng)力 ? 應(yīng)力幅 2m inm a x ??? ??m 2 m inm a x??? ??a? 應(yīng)力循環(huán)特性 m axm in???r機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 西南科技大學(xué)制造學(xué)院 *變化規(guī)律 → σmin／ σmax= ? → 應(yīng)力循環(huán)特性 *Ｎ → 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) → ? = － 1→ 對稱循環(huán)～ (對材料損害最大） 當(dāng) σmin＝ 0 (或 σmax＝ 0) 當(dāng) σmax＝ σmin → ? ＝＋ 1 → 靜應(yīng)力 當(dāng) σm＝ 0 (σmax＝－ σmin) 非對稱應(yīng)力 對稱應(yīng)力 ? =－ 1 脈動應(yīng)力 ? = 0 靜應(yīng)力 ? =+1 → ? = 0 → 脈動循環(huán)～ 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 西南科技大學(xué)制造學(xué)院 應(yīng)力與載荷： ? ?：應(yīng)力 (Mpa， N/mm2 ) ? F：載荷 (N) ? A：受力面積 (m2 ) ? 靜載荷 — 離心水泵、皮帶運(yùn)輸機(jī)、恒定壓力的壓力容器等。 ? 變載荷 — 石油鉆桿、抽油桿、井架、汽車底盤等 AF??機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 西南科技大學(xué)制造學(xué)院 靜載荷 → 通常產(chǎn)生靜應(yīng)力 F F靜載荷 → 也可能產(chǎn)生變應(yīng)力 如轉(zhuǎn)軸中彎曲應(yīng)力 (對稱循環(huán) ) 1m axm in ?????rF1m a xm in ????r機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)