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1、机械零件设计的基本要求、机械 零件的工作能力、计算准则、材料选择的一般要求等。机械零件的工作能力和整体强度；机械零件的接触强度。,精密机械设计,1 概 述,1、功能要求2、可靠性要求3、精度要求4、经济性要求5、外观要求6、其他特殊要求,一.机器设计应满足以下要求：,工作可靠、成本低廉,在不发生失效的条件下,零件所能安全工作的限度,工作能力,承载能力,对载荷而言,机械零件设计的计算准则：,计算量许用量,例如：强度判定条件：工作应力许用应力 刚度判定条件：变形量许用变形量,工作原理、结构、类型、应用场合,受力分析、失效形式,设计准则、设计计算,二.机械零件设计过程(一般步骤),1、拟订零件的设计
2、简图2、确定载荷的大小及位置3、选择材料4、根据失效形式选用判定条件，设计出零件的主要参数5、绘制零件工作图,注意:1、通过设计计算出的零件尺寸一般并不是最终采用的数值，设计者 还要根据制造零件的工艺要求和标准、规格加以圆整；2、在一般机器设计中，只有一部分零件是通过计算确定其形状和尺寸 的,而其余的零件则仅根据工艺要求和结构要求进行设计；3、设计工作是一个反复进行的过程，经过多次修改方案，改变设计 参数,才能得到比较合理的结果。,产品是否具有创新性，很大程度上取决于原理方案设计,原理方案图,结构设计草图,总装配图,三.机械设计的一般过程,设计任务,强度条件(或刚度),尺寸,强度条件(或刚度)
3、,四.机械零件传统设计方法,1.理论设计,2.类比设计3.经验设计：4.模型实验设计：,计算准则:,载荷的类型：,名义载荷：,计算载荷：,在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。,2 机械零件的强度,计算载荷=K名义载荷,载荷系数,强度抵抗断裂和残余变形的能力,静应力：变应力：,一.应力的种类,对称循环变应力非对称循环变应力脉动循环变应力,稳定变应力不稳定变应力,静应力：,静应力,对称循环变应力,非对称循环变应力,脉动循环变应力,变应力,对称循环变应力非对称循环变应力脉动循环变应力,稳定变应力不稳定变应力,塑性材料S,脆性材料B,脆性材料取强度极限sB(tB)塑性材料取屈服极限sS(tS),
4、二.静应力下的极限应力(与材料性能有关),三.变应力下的许用应力,变应力下零件的失效形式：,疲劳断裂,疲劳断裂特征：1、疲劳断裂的最大应力材料的屈服极限；2、疲劳断口均表现为无明显塑性变形；3、断口上明显地有两个区域：光滑区、粗糙区；4、疲劳断裂是损伤的积累的结果。,失效形式:疲劳断裂(塑、脆性材料),变应力下的强度,疲劳断裂与静力断裂不同,它与应力循环次数有关.,=r/S；=r/S,sN疲劳曲线,机械零件的疲劳大多发生在N曲线的CD段，D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区.,sN疲劳曲线,疲劳曲线,1、应力越小，能经受的循环次数越多。,应力循环基数,2、疲劳曲线的左半部（NN0），
5、可 用下列方程表示：,对应于循环次数N的弯曲疲劳极限：,许用应力,对称循环：,脉动循环：,应力集中系数,尺寸系数,表面状态系数,四.许用应力和安全系数,1失效形式：疲劳点蚀,后果：a.损坏零件的光滑表面 b.减小了接触面积，降低承载能力 c.引起振动和噪声,五.接触疲劳强度,由弹性力学知，当两个轴线平行的圆柱体相互接触并受压时，其接触面积为一狭长矩形，最大接触应力发生在接触区中线上，其值为:,接触应力的计算,3.接触疲劳强度的判定条件,接触应力的特点仅在局部很小的区域内产生很大的应力。,影响接触疲劳强度的因素,磨损：（零件表面破坏）,耐磨性：,零件磨损的三个阶段,跑合磨损阶段稳定磨损阶段剧烈磨
6、损阶段,影响磨损的因素,六.机械零件的耐磨性,针对失效形式：零件表面破坏典型零部件：齿轮、轴承、链等,计算准则 在预定使用期限内，零件的磨损量不超过允许值。,3 机械零件的常用材料及钢的热处理,一.常用材料,常用零件材料的力学性能等级和牌号1 铸铁：含2.06易成型、价廉、吸振、可靠性差灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁2 钢：含量2常用碳素钢：（含、量不同）普通碳素钢、优质碳素钢合金钢：综合机械性能好，但较贵,合金钢的优良性能取决于 化学成份及热处理铸钢：含（0.150.6）易成型3 有色金属合金：有特殊性能，价昂少用铝合金、铜合金（黄铜、青铜）、轴承合金4 非金属材料：工程塑料、橡胶、烧结材料、复
7、合材料,(一)、铸铁：含碳量2的铁碳合金，并含有较多 P、S、Mn等杂质。,(二)、钢：含碳量2的铁碳合金。,1.碳素钢,低碳钢(0.25%)s、B较低，塑性高，良好的焊接性中碳钢(0.25%0.60%)综合力学性能较好高碳钢(0.60%)高强度和弹性,普通碳素钢 Q235、Q275 优质碳素钢 20、45,3.铸钢 主要用于制造承受重载、形状复杂的大型零件。牌号：ZG230450(s230MPa,B=450MPa),综合机械性能好，优良性能取决于化学成份及热处理,但较贵 牌号：60Si2Mn 40Cr 20CrMnTi,2.合金钢,合金钢,低合金钢（合金含量5）中合金钢（合金含量510）高合
8、金钢（合金含量10）,4.有色金属合金 良好的减摩性、耐腐蚀性、耐热性和导电性,价昂。铝合金、铜合金（黄铜、青铜）、轴承合金 ZCu H62,5.非金属材料 耐腐蚀、绝缘性、绝热性、优异的成形性能，质轻价廉.工程塑料、橡胶、陶瓷、复合材料,二.金属材料的力学性能,应力极限：,1、弹性极限p,3、强度极限B,低碳钢的应力应变曲线,力学性能指标,强度塑性硬度冲击韧性,2、屈服极限s,(一)、强度,(二)塑性：金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力,伸长率；断面收缩率,对于低碳钢，约25%左右，约为60%。这二个指标越高，材料的塑性越好。,常用的硬度指标：布氏硬度（HBS）硬度机压头为淬火钢
9、球，不能测太硬的材料，一般HBS450洛氏硬度（HRC、HRB、HRA）120金刚石锥体，载荷分别为150kgf,、100kgf、60kgf维氏硬度（HV）136 金刚石四角锥体，载荷小，5-30kgf,(三)、硬度：硬度，强度、耐磨性，但塑性,硬度单位之比较：HRC(洛氏)10 HBS,(四)、冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的 能力 弹性能，材料的韧性越好。,金属材料在加工和使用过程中，其力学性能受多种因素影响：1.含碳量的影响 2.合金元素的影响 3.温度的影响 4.热处理工艺的影响,目的:,1.改变金属内部结构 提高材料力学性能 2.消除内应力(加工,热处理),方法:,退火
10、、正火、淬火、回火、表面热处理,(一)、普通热处理,1.退火 2.正火 3.淬火（蘸火）4.回火,三.钢的热处理,正火(空冷),退火(炉冷),回火,加热,保温,淬火,低温回火（150250C）中温回火（350500C）高温回火（500650C）,(调质淬火+高温回火),(二)、表面热处理 表面增硬，芯部韧性较好,四.材料选择原则,使用要求：使用环境、载荷性质、结构、重要程度.工艺要求：零件及其毛坯的形状、批量、加工方法.经济要求：材料价格结合加工费用、材料利用率、批量、环境污染、能源消耗等.,4 机械零件的结构工艺性,工艺性好易加工、装配，费用低，满足使用要求.主要体现在下面几个方面：一.毛坯选择合理二.结构设计合理三.便于切削加工四.便于装拆和维修五.制造精度及表面粗糙度选择合理,
