机械设计基础Ch1机械设计的力学基础知识.ppt

1 机械设计的力学机械设计的力学基础知识基础知识 A.以传动为主的零件以传动为主的零件一般要求有一定的一般要求有一定的强度和刚度强度和刚度，即在工作负荷下不发生破坏和过大的变形；即在工作负荷下不发生破坏和过大的变形；B.具有相对运动并传力的零件具有相对运动并传力的零件需要有较好的需要有较好的耐磨性耐磨性；C.高速转动的零件高速转动的零件则要具有较高的则要具有较高的振动稳定性振动稳定性。1.1.1 机械零部件的工作能力机械零部件的工作能力1.1.2 机械零件的强度机械零件的强度根据工作条件不同，机械零件的强度可分为根据工作条件不同，机械零件的强度可分为静静强度强度和和疲劳强度疲劳强度; ;而根据破坏部位和破坏形式的不同又有各种类而根据破坏部位和破坏形式的不同又有各种类型的型的整体强度整体强度和和表面强度表面强度。 1.1.3 载荷载荷1、静载荷：静载荷：不变或缓慢变化不变或缓慢变化变载荷：变载荷：周期性或非周期性变化周期性或非周期性变化2、名义载荷：名义载荷：由名义功率或额定功率计算出由名义功率或额定功率计算出计算载荷：计算载荷：考虑各种附加载荷后引入载荷系数考虑各种附加载荷后引入载荷系数K KKFFca1.1.4 应力应力1、静应力：静应力：r=+1变应力变应力稳定循环稳定循环非稳定循环非稳定循环对称循环：对称循环：r=-1非对称循环：非对称循环：-1r1脉动循环：脉动循环：r=0有规律的非稳定循环有规律的非稳定循环无规律的非稳定循环无规律的非稳定循环2、工作应力工作应力：由计算载荷按照材料力学公式得到：由计算载荷按照材料力学公式得到计算应力计算应力：复杂应力状态，按照强度理论求出：复杂应力状态，按照强度理论求出 的与单向应力等效的应力的与单向应力等效的应力3、极限应力极限应力：按照强度准则设计机械零件时，根据：按照强度准则设计机械零件时，根据 材料性质及应力种类而采用的某个应力材料性质及应力种类而采用的某个应力 极限值，称为极限应力。极限值，称为极限应力。脆性材料脆性材料BBlimlim或取强度极限取强度极限塑性材料塑性材料sslimlim或取屈服极限取屈服极限静应力下静应力下rrlimlim或取疲劳极限取疲劳极限变应力下变应力下4、疲劳曲线和疲劳极限、疲劳曲线和疲劳极限1) 过程过程2) 特征特征(1) 小应力小应力 (2) 持续性持续性(3)敏感性敏感性 (4) 突发性突发性3) 疲劳曲线疲劳曲线裂纹萌生裂纹萌生裂纹扩展裂纹扩展最终瞬断最终瞬断6、许用应力与安全系数许用应力与安全系数设计零件时，计算应力允许达到的最大值设计零件时，计算应力允许达到的最大值 rrSS，limlim在实现条件下找出极限应力值，在现场情况下，在实现条件下找出极限应力值，在现场情况下，考虑各方面的影响，加一个安全系数。考虑各方面的影响，加一个安全系数。5 5、零件的疲劳极限、零件的疲劳极限(1) 应力集中的影响应力集中的影响(2) 绝对尺寸的影响绝对尺寸的影响(3) 表面状态的影响表面状态的影响7、整体强度和表面强度、整体强度和表面强度整体强度整体强度：零件受载时，在本体内产生应力。：零件受载时，在本体内产生应力。整体强度的形式有拉伸、压缩、弯曲、扭转、整体强度的形式有拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切剪切 表面强度：表面强度：零件受载时，在传力的接触表面上零件受载时，在传力的接触表面上产生应力。产生应力。 8、接触强度、接触强度两个零件两个零件( (如摩擦轮、齿轮、滚动轴承等如摩擦轮、齿轮、滚动轴承等) )通过点接通过点接触或线接触传递载荷时，受载后在接触部分产生局触或线接触传递载荷时，受载后在接触部分产生局部弹性变形，接触面积很小而表层产生很大的应力，部弹性变形，接触面积很小而表层产生很大的应力，称为接触强度。称为接触强度。 1.2.1 1.2.1 失效分析与设计准则失效分析与设计准则 失效：失效：机械零件由于某些原因丧失工机械零件由于某些原因丧失工作能力或达不到设计要求的性作能力或达不到设计要求的性能时，称为失效。能时，称为失效。腐蚀等噪声过大过热松脱（如螺钉）打滑（摩擦传动）不自锁（斜面、螺旋）其他振动失稳（共振）压杆稳定（侧弯）失稳胶合磨损磨粒磨损磨损变形过大刚度失效接触（点、线）挤压（面接触）表面破坏拉、弯、扭、剪整体破坏强度失效失效1. 1. 控制零件尺寸控制零件尺寸2. 2. 合理选择材料和热处理合理选择材料和热处理3 3确定合理的结构确定合理的结构 4 4合理使用和维护合理使用和维护 (1)(1)校验计算校验计算 2d4F(2)(2)设计计算设计计算 Fd4(3) (3) 已知零件尺寸及材料已知零件尺寸及材料, ,求承载力求承载力F 24Fd1.2.2 1.2.2 失效分析与设计准则失效分析与设计准则 设计机械零件时保证零部件不产生失效所依据设计机械零件时保证零部件不产生失效所依据的基本原则，称为设计准则。的基本原则，称为设计准则。(1) 强度设计准则强度设计准则(2) 刚度设计准则刚度设计准则 yy 一般用途的轴一般用途的轴 Ly)0005. 00003. 0(3) 精度设计准则精度设计准则(4) 寿命设计准则寿命设计准则(5) 震动稳定性准则震动稳定性准则(6) 可靠性准则可靠性准则