机械设计ppt课件第2章 机械零件的设计(1)

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1、机 械 零 件 的 失 效 形 式 和 设 计 准 则 机 械 设 计 材 料 的 选 用 原 则 及 常 用 材 料 第 2章 机 械 零 件 的 设 计机 械 零 件 设 计 的 基 本 要 求 和 一 般 步 骤 工 程 背 景n 机 械 零 件 是 构 成 机 器 的 基 本 要 素 。 在 机 器 设 计 的任 务 和 方 案 确 定 之 后 ， 零 件 的 设 计 必 然 成 为 其 核 心 内容 ， 它 是 机 器 设 计 最 终 成 败 的 基 础 。 机 械 设 计 是 具 有创 新 性 的 工 作 ， 设 计 师 经 过 研 究 、 分 析 和 设 计 ， 需 要提 供 产

2、 品 生 产 、 制 造 所 需 的 全 部 产 品 图 纸 、 技 术 文 件和 软 件 等 作 为 生 产 制 造 的 依 据 。第 2章 机 械 零 件 的 设 计 作 为 设 计 者 要 了 解 ：p机 械 零 件 设 计 的 基 本 要 求 是 什 么 ？p机 械 设 计 的 一 般 程 序 是 什 么 ？p通 用 机 械 零 件 设 计 的 一 般 规 律 是 什 么 ？p机 械 零 件 的 设 计 为 什 么 要 根 据 失 效 形 式 来 确 定 设 计准 则 ？p机 械 设 计 常 用 的 设 计 准 则 有 哪 些 ？p如 何 正 确 选 择 机 械 零 件 常 用 的 材

3、 料 ？p机 械 零 件 材 料 的 选 择 原 则 是 什 么 ？ 设 计 者 思 维 第 2章 机 械 零 件 的 设 计 简 单 实 例 图 2-1 螺 纹 连 接第 2章 机 械 零 件 的 设 计 简 单 实 例 在 对 螺 纹 连 接 进 行 设 计 时 ， 设 计 过 程 和 程 序 都 基 本 相 同 ， 但 由 于失 效 形 式 不 同 ， 设 计 准 则 不 同 ， 螺 栓 或 螺 母 材 料 的 选 择 也 会 有 差 异 。第 2章 机 械 零 件 的 设 计 机 械 零 件 设 计 的 基 本 要 求 和 一 般 步 骤 基 本 要 求可 靠 性 经 济 性是 指 零

4、 件 在 规 定 的 使 用 时 间 内 和预 定 的 环 境 条 件 下 ， 能 安 全 可 靠地 工 作 ， 完 成 机 器 设 计 所 赋 予 的功 能 。 是 指 零 件 的 设 计 和 制 造 成 本 低 廉第 2章 机 械 零 件 的 设 计 经 济 性 从 以 下 几 个 方 面 考 虑 ： （ 1） 现 代 和 传 统 设 计 方 法 并 用 ， 缩 短 设 计 周 期 ，尽 可 能 选 用 标 准 件 ， 提 高 设 计 效 率 。（ 2） 合 理 设 计 结 构 并 恰 当 选 择 公 差 精 度 等 级 ， 保证 零 件 有 良 好 的 结 构 工 艺 性 。（ 3） 正

5、 确 选 择 材 料 和 热 处 理 工 艺 ， 发 挥 材 料 的 最大 性 能 ， 从 而 减 小 零 件 质 量 ， 提 高 质 量 /性 能 比 。第 2章 机 械 零 件 的 设 计 机 械 零 件 的 设 计 方法常 规 设 计 现 代 设 计长 期 的 设 计 和 生 产 实 践 中 总 结 出 的 方法 、 公 式 、 图 表 等 进 行 设 计 的 方 法 。它 又 可 分 为 理 论 设 计 、 经 验 设 计 和 模型 实 验 设 计 三 种 。 更 为 完 善 、 科 学 、 计 算 精 度 高 、 设 计 与计 算 速 度 更 快 的 机 械 设 计 方 法 ， 如

6、机 械优 化 设 计 、 机 械 可 靠 性 设 计 、 计 算 机 辅助 设 计 等 。第 2章 机 械 零 件 的 设 计 （ 1） 理 论 设 计 ： 根 据 长 期 总 结 出 来 的 设 计 理 论 和 实 验数 据 所 进 行 的 设 计 。（ 2） 经 验 设 计 ： 根 据 对 某 类 零 件 已 有 的 设 计 与 使 用 实践 而 归 纳 出 的 经 验 关 系 式 ， 或 根 据 设 计 者 本 人 的 工 作 经验 用 类 比 的 方 法 所 进 行 的 设 计 称 为 经 验 设 计 。第 2章 机 械 零 件 的 设 计 （ 3） 模 型 实 验 设 计 ： 对 于

7、 一 些 尺 寸 巨 大 而 机 构 又 很复 杂 的 重 要 零 件 ， 尤 其 是 一 些 重 型 整 体 机 械 零 件 ，为 了 提 高 设 计 质 量 ， 可 采 用 模 型 实 验 设 计 的 方 法 。即 把 初 步 设 计 的 零 部 件 或 机 器 做 成 小 模 型 或 小 尺 寸样 机 ， 经 过 实 验 的 手 段 对 各 方 面 的 特 性 进 行 检 验 ，根 据 实 验 结 果 对 设 计 进 行 逐 步 的 修 改 ， 从 而 达 到 完善 。 这 样 的 设 计 称 为 模 型 实 验 设 计 。第 2章 机 械 零 件 的 设 计 总 结 各 种 设 计 方

8、 法 ， 机 械 零 件 的 设 计 一 般 要 经 过以 下 几 个 步 骤 ， 如 下 图 所 示 。选 择 零 件 类 型 、 结 构 计 算 零 件 上 的 载 荷 确 定 计 算 准 则 选 择 零 件 的 材 料 确 定 零 件 的 基 本 尺 寸 结 构 设 计 校 核 计 算 绘 制 零 件 工 作 图 编 写 计 算 说 明 书 第 2章 机 械 零 件 的 设 计 机 械 零 件 的 失 效 形 式 和 设 计 准 则 机 械 零 件 由 于 某 种 原 因 丧 失 正 常 工 作 能 力 的 现 象称 为 失 效 。 常见失效形式 整 体 断 裂过 大 变 形表 面 失

9、效破 坏 正 常 工 作 条 件 第 2章 机 械 零 件 的 设 计 机 械 零 件 的 失 效 形 式 与 许 多 因 素 有 关 ， 具 体 取 决于 该 零 件 的 工 作 条 件 、 材 质 、 受 载 状 态 及 其 所 产 生 的应 力 性 质 等 多 种 因 素 。 即 使 是 同 一 种 零 件 ， 由 于 材 质 及 工 作 情 况 不 同 ，也 可 能 出 现 各 种 不 同 的 失 效 形 式 。 如 轴 工 作 时 ， 由 于受 载 情 况 不 同 ， 可 能 出 现 断 裂 、 过 大 塑 性 变 形 、 磨 损等 失 效 形 式 。第 2章 机 械 零 件 的 设

10、 计 设 计 准 则 根 据 零 件 的 可 能 失 效 形 式 ， 设计 时 为 防 止 零 件 失 效 ， 保 证 其工 作 能 力 所 依 据 的 基 本 原 则 强 度 准 则 刚 度 准 则最 基 本 的 计 算 准则 y为 零 件 在 载 荷作 用 下 产 生 的 广义 弹 性 变 形 量为 工 作 应 力 ，为 许 用 应 力 第 2章 机 械 零 件 的 设 计 （ 3） 振 动 稳 定 性 准 则 ： 在 设 计 时 保 证 机 器 中 受 激 振 作 用 的 各 零 件 的 固 有 频 率 与 激 振 源 的 频 率 错开 ， 以 避 免 产 生 共 振 。 该 准 则 可

11、 以 表 示 为 p 0.15f f f 式 中 ， f为 零 件 的 固 有 频 率 ， fp为 激 振 源 的 频 率 。 第 2章 机 械 零 件 的 设 计 （ 4） 寿 命 准 则 ： 影 响 零 件 寿 命 的 主 要 因 素 是 磨 损 、 腐 蚀 和 疲 劳 破 坏 。 关 于 疲 劳 寿命 ， 通 常 是 求 出 使 用 寿 命 时 的 疲 劳 极 限 来 作 为 计 算 的 依 据 。 腐 蚀 和 磨损 各 自 发 展 过 程 的 规 律 不 同 。 迄 今 为 止 ， 工 程 上 还 没 有 提 出 实 用 有 效的 能 够 进 行 定 量 计 算 的 方 法 。第 2章

12、 机 械 零 件 的 设 计 （ 5） 热 平 衡 准 则 ： 在 工 作 中 发 生 摩 擦 的 零 件 会 产 生 热 量 ， 故 应 对 发 热 较 大 的 零 件 进 行 热平 衡 计 算 。（ 6） 可 靠 性 准 则 ： 产 品 在 规 定 的 条 件 下 和 规 定 的 时 间 内 完 成 规 定 功 能 的 概 率 称 为 可 靠 度 。机 器 的 可 靠 度 取 决 于 零 部 件 的 可 靠 度 及 它 们 的 组 合 关 系 。第 2章 机 械 零 件 的 设 计 机 械 设 计 材 料 的 选 用 原 则 及 常 用 材 料 机 械 零 件 所 用 材 料 的 选 择

13、通 常 需 要 考 虑 如 下 各 项要 求 。（ 1） 强 度 要 求 ： 从 强 度 观 点 来 考 虑 零 件 所 受 载 荷 的 大小 和 性 质 ， 应 力 的 大 小 、 性 质 及 其 分 布 状 况 。 脆 性 材 料 原 则 上 只 适 用 于 制 造 在 静 载 荷 下 工 作 的 零件 。 在 有 冲 击 的 情 况 下 ， 应 以 塑 性 材 料 为 主 。 金 属 材 料 的 性 能 一 般 可 以 通 过 热 处 理 和 表 面 强 化 处理 等 工 艺 加 以 提 高 和 改 善 ， 因 此 ， 要 充 分 利 用 这 些 先 进的 工 艺 手 段 来 发 挥 材

14、 料 的 潜 力 。第 2章 机 械 零 件 的 设 计 （ 2） 工 作 环 境 要 求 ： 零 件 的 工 作 环 境 是 指 零 件 所 处的 环 境 特 点 、 工 作 温 度 、 摩 擦 磨 损 的 程 度 等 。 在 湿 热 环 境 下 工 作 的 零 件 如 发 动 机 活 塞 ， 其 材 料应 该 有 良 好 的 防 锈 和 耐 腐 蚀 的 能 力 ， 例 如 选 用 不 锈 钢 、铜 合 金 等 。第 2章 机 械 零 件 的 设 计 工 作 温 度 对 材 料 选 择 的 影 响 考 虑 互 相 配 合 的两 个 零 件 材 料 的 线 膨胀 系 数 不 能 相 差 过 大

15、 ，以 免 在 温 度 变 化 时 产生 过 大 的 热 应 力 ， 或者 使 配 合 松 动 考 虑 材 料 的 机 械 性 能随 温 度 而 变 化 的 情 况 。 零件 在 工 作 中 有 可 能 发 生 磨损 ， 为 了 提 高 其 表 面 硬 度 ，以 增 加 耐 磨 性 ， 应 选 择 适于 进 行 表 面 处 理 的 的 淬 火钢 、 渗 碳 钢 、 氮 化 钢 等 品种 。第 2章 机 械 零 件 的 设 计 （ 3） 工 艺 方 便 性 要 求 ： 必 须 要 考 虑 机 械 零 件 从 毛 坯 到成 品 都 能 方 便 地 制 造 出 来 。 铸 造 材 料 、 非 金 属

16、 注 塑 材 料 和 粉 末 冶 金 材 料 的 工艺 性 是 指 材 料 的 液 态 流 动 性 、 收 缩 率 、 偏 析 程 度 及 产生 缩 孔 的 倾 向 性 等 。 锻 造 和 冲 压 材 料 的 工 艺 性 是 指 材 料 的 延 展 性 、 热脆 性 及 冷 态 和 热 态 下 塑 性 变 形 的 能 力 等 。 焊 接 材 料 的 工 艺 性 是 指 材 料 的 可 焊 性 及 焊 缝 产 生裂 纹 的 倾 向 性 等 。第 2章 机 械 零 件 的 设 计 焊 接 材 料 的 工 艺 性 是 指 材 料 的 可 焊 性 及 焊 缝 产 生裂 纹 的 倾 向 性 等 。 表

17、面 强 化 处 理 工 艺 是 指 材 料 的 可 淬 性 、 添 加 成 分的 渗 透 性 等 。 冷 加 工 工 艺 性 是 指 材 料 的 硬 度 、 易 切 削 型 、 冷 作硬 化 程 度 及 切 削 后 可 能 达 到 的 表 面 粗 糙 度 等 。第 2章 机 械 零 件 的 设 计 对 材 料 工 艺 性 的 了 解 ， 在 判 断 加 工 可 能 性 方 面 起 着 重 要 的 作 用 。结 构 复 杂 的 零 件 宜 选 用 铸 造 毛 坯 ， 或 用 板 材 冲 压 出 元 件 后 再 焊 接 而成 ； 结 构 简 单 的 重 要 零 件 可 用 锻 造 法 制 取 毛

18、坯 。第 2章 机 械 零 件 的 设 计 （ 4） 经 济 性 要 求 ： 经 济 性 要 求 是 机 械 设 计 过 程 中 必 须考 虑 的 重 要 因 素 ， 它 决 定 了 设 计 成 果 转 化 为 现 实 产 品 的可 能 性 。 一 般 应 考 虑 产 品 制 造 过 程 中 材 料 的 相 对 价 格 、 加 工费 用 、 利 用 率 、 市 场 供 应 等 方 面 。 还 要 考 虑 特 殊 材 料 及一 般 材 料 经 各 种 强 化 工 艺 处 理 后 材 料 之 间 的 可 替 换 性 。第 2章 机 械 零 件 的 设 计 （ 5） 零 件 的 尺 寸 及 质 量

19、要 求 ： 零 件 的 尺 寸 及 质 量 的 大小 与 材 料 的 品 种 和 毛 坯 制 取 方 法 有 关 。 当 用 铸 造 材 料 制 造 毛 坯 时 ， 一 般 可 以 不 受 尺 寸 及 质量 大 小 的 限 制 ； 而 当 用 锻 造 材 料 制 造 毛 坯 时 ， 则 必 须 注 意 锻 压 机 械及 设 备 的 生 产 能 力 。 此 外 ， 零 件 尺 寸 和 质 量 的 大 小 还 与 材 料 的 强 度 重 量比 有 关 ， 应 尽 可 能 选 用 强 度 与 重 量 比 大 的 材 料 ， 以 便 减小 零 件 的 尺 寸 和 质 量 。第 2章 机 械 零 件 的 设 计 第 2章 机 械 零 件 的 设 计 第 2章 机 械 零 件 的 设 计