機(jī)械零件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)A2A21/65機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)A2主講：周志剛主講：周志剛學(xué)時：56/90Telmail：答疑安排 時間：星期四上午10:30-11:30 地點(diǎn)：2-209河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院 101 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)10-2 機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑10-3 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序10-4 機(jī)械設(shè)計(jì)中常用材料的選用原則機(jī)械設(shè)計(jì)中常

2、用材料的選用原則第十章第十章 機(jī)械零件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械零件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院3 3/65/65 強(qiáng)度是指零件承受載荷后抵抗發(fā)生斷裂或超過容許限度的殘余變形的能力。也就是說，強(qiáng)度是衡量零件本身承載能力（即抵抗失效能力）的重要指標(biāo)。強(qiáng)度是機(jī)械零部件首先應(yīng)滿足的基本要求。10101 1 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù) 在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，主要零部件的基本尺寸的確定往往是通過強(qiáng)度計(jì)算、剛度計(jì)算并經(jīng)結(jié)構(gòu)化之后確定的。而在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時，應(yīng)先確定該零件工作時所承受的載荷和應(yīng)力的性質(zhì)。河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技

3、大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院 一、載荷和應(yīng)力10101 1 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù) 1.1.載荷載荷（1）載荷的分類 靜載荷變載荷載荷河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院10101 1 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)（2）載荷的分類 名義載荷計(jì)算載荷載荷工作載荷：機(jī)器正常工作時所承受的載荷。當(dāng)缺乏工作載荷譜 或者工作載荷難于確定時，用名義載荷代替。名義載荷：在平穩(wěn)工作條件下，零件所能承受的最大載荷F。 計(jì)算載荷：用于設(shè)計(jì)計(jì)算的載荷（考慮收到內(nèi)外部激勵所產(chǎn)生 的附加動載荷影響），F(xiàn)C=K

4、F。工作載荷河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院t 2.2.應(yīng)力應(yīng)力t 靜應(yīng)力：由靜載荷產(chǎn)生變應(yīng)力：由靜載荷或變載荷產(chǎn)生naFaFaFFnat AFa10101 1 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)應(yīng)力河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力（ m、 a 、T均為常數(shù)）規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力隨機(jī)變應(yīng)力非穩(wěn)定變應(yīng)力（ m、 a 、T之一不為常數(shù)）t maxminamT對稱循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力tt變應(yīng)力的類型10101 1 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)

5、力和安全系數(shù)河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院（1）穩(wěn)定性變應(yīng)力的描述m平均應(yīng)力；max最大應(yīng)力； min最小應(yīng)力r 應(yīng)力比（循環(huán)特性）2minmaxm2minmaxamaxminr描述規(guī)律性的交變應(yīng)力可有5個參數(shù)，但其中只有2個參數(shù)是獨(dú)立的。ammaxt amminmaxminmaa應(yīng)力幅10101 1 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院1、非對稱循環(huán)11r2、對稱循環(huán)minmaxa0mt1rt maxminmanaFaFaFFna10101 1 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用

6、應(yīng)力和安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)maxminmaxmin河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院3、脈動循環(huán)tmaxmamax21am0minFa4、靜應(yīng)力t0r1rnaaFaF10101 1 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)min0河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院二、機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度lim s強(qiáng)度計(jì)算通式：-計(jì)算應(yīng)力（零件所受的實(shí)際應(yīng)力）；S-許用安全系數(shù)（查手冊）； lim-極限應(yīng)力，取決于材料等因素；10101 1 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安

7、全系數(shù)河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院 許用應(yīng)力：零件設(shè)計(jì)的最大條件應(yīng)力。 Slim 1. 1. 許用應(yīng)力和安全系數(shù)許用應(yīng)力和安全系數(shù) 極限應(yīng)力脆性材料： lim 為強(qiáng)度極限b 靜應(yīng)力：失效形式為斷裂或塑性變形。塑性材料： lim 為屈服極限 s安全系數(shù)（查表法、計(jì)算法）10101 1 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院疲勞失效的機(jī)理疲勞失效是零件在變應(yīng)力（ r B或或 S）反復(fù)長期作用下，疲勞損傷積累的結(jié)果，經(jīng)歷三個階段： 裂紋形成裂紋擴(kuò)展瞬時斷裂疲勞源疲勞源粗糙區(qū)粗

8、糙區(qū)光滑區(qū)光滑區(qū)變應(yīng)力疲勞失效10101 1 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院10101 1 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院10101 1 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院 變應(yīng)力：失效形式為疲勞破壞。lim 為疲勞極限r(nóng)N（如-1、0）rNrNON0NN0循環(huán)基數(shù)mm-材料常數(shù)，由試驗(yàn)確定。mr

9、rNNN010101 1 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院34、影響零件疲勞強(qiáng)度的主要因素材料試件材料試件不同于零件，零件的幾何形狀的變化、尺寸大小、加工質(zhì)量及強(qiáng)化因素等的影響，使得的疲勞極限要小于的疲勞極限。應(yīng)力集中的影響 理論應(yīng)力集中系數(shù)k、k；FFmax絕對尺寸的影響 尺寸系數(shù)、；表面質(zhì)量的影響 表面質(zhì)量系數(shù)綜合影響系數(shù)1)(kKD？10101 1 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、許用應(yīng)力和安全系數(shù)河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院10102

10、 2 機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑q 摩擦是相對運(yùn)動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；q 磨損是由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；q 潤滑是減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。關(guān)于摩擦、磨損與潤滑的學(xué)科構(gòu)成了摩擦學(xué)(Tribology)。 一、概述： 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，摩擦學(xué)的理論和應(yīng)用必將由宏觀進(jìn)入微觀，由靜態(tài)進(jìn)入動態(tài)，由定性進(jìn)入定量，成為系統(tǒng)綜合研究的領(lǐng)域。 世界上使用的能源大約有 1/31/2 消耗于摩擦。如果能夠盡力減少無用的摩擦消耗，便可大量節(jié)省能源。另外，機(jī)械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過限度而報廢和更換的，如果能控制和減少磨損，則既減少設(shè)備維修次

11、數(shù)和費(fèi)用，又能節(jié)省制造零件及其所需材料的費(fèi)用。河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院10102 2 機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑2.2.摩擦的分類摩擦的分類內(nèi) 摩 擦：在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對運(yùn)動的現(xiàn)象。外 摩 擦：在相對運(yùn)動的物體表面間發(fā)生的相互阻礙作用現(xiàn)象。靜 摩 擦：僅有相對運(yùn)動趨勢時的摩擦。動 摩 擦：在相對運(yùn)動進(jìn)行中的摩擦?；瑒幽Σ粒何矬w表面間的運(yùn)動形式是相對滑動。滾動摩擦：物體表面間的運(yùn)動形式是相對滾動。q “機(jī)械說”產(chǎn)生摩擦的原因是表面微凸體的相互阻礙作用；q “分子說”產(chǎn)生摩擦的原因是表面材料分子間的吸力作用；1.1.

12、摩擦的機(jī)理摩擦的機(jī)理q “機(jī)械分子說”兩種作用均有。 二、機(jī)械零部件中的摩擦河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院10102 2 機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑3.3.四種滑動摩擦狀態(tài)四種滑動摩擦狀態(tài)（1）干摩擦是指表面間無任何潤滑劑或保護(hù)膜的純金屬接觸時的摩擦。（2）邊界摩擦是指摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，其摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面的吸附性能時的摩擦。摩擦理論： 庫侖公式 nfFfF河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院（4）混合摩擦是指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)?；旌夏Σ聊苡行Ы档湍Σ磷枇?，其摩擦

13、系數(shù)比邊界摩擦?xí)r要小得多。（3）流體摩擦是指摩擦表面被流體膜隔開，摩擦性質(zhì)取決于流體內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦。流體摩擦?xí)r的摩擦系數(shù)最小，且不會有磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。邊界摩擦和混合摩擦在工程實(shí)際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于摩擦學(xué)的研究已逐漸深入到微觀研究領(lǐng)域，形成了微納米摩擦學(xué)理論，引發(fā)出許多新的概念，比如提出了超潤滑的概念等。從理論上講，超潤滑是實(shí)現(xiàn)摩擦系數(shù)為零的摩擦狀態(tài)，但在實(shí)際研究中，一般認(rèn)為摩擦系數(shù)在0.001量級（或更低）的摩擦狀態(tài)即可認(rèn)為屬于超潤滑。關(guān)于這方面的研究也是目前微納米摩擦學(xué)研究的一個重要方面，同學(xué)們應(yīng)對此給予關(guān)注。10102 2 機(jī)

14、械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院1.1.典型的磨損過程典型的磨損過程 （1）磨合磨損過程 （2）穩(wěn)定磨損階段 （3）急劇磨損階段 新的零件在開始使用時一般處于這一階段，磨損率較高，所占時間比率較小經(jīng)磨合的摩擦表面加工硬化，形成了穩(wěn)定的表面粗糙度，摩擦條件保持相對穩(wěn)定，磨損較緩,該段時間長短反映零件的壽命經(jīng)穩(wěn)定磨損后，零件表面破壞，運(yùn)動副間隙增大動載振動潤滑狀態(tài)改變溫升磨損速度急劇上升直至零件失效 10102 2 機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑二、機(jī)械零部件中的磨損河南科技大學(xué)車輛與動力工

15、程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院在設(shè)計(jì)或使用機(jī)器時，應(yīng)該力求縮短磨合期，延長穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損的到來。為此就必須對形成磨損的機(jī)理有所了解。F磨粒磨損也簡稱磨損，是外部進(jìn)入摩擦表面的游離硬顆粒或硬的輪廓峰尖所引起的磨損。F疲勞磨損也稱點(diǎn)蝕，是由于摩擦表面材料微體積在交變的摩擦力作用下，反復(fù)變形所產(chǎn)生的材料疲勞所引起的磨損。 關(guān)于磨損機(jī)理與分類的見解頗不一致，大體上可概括為： 10102 2 機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑2.2.磨損的基本類型磨損的基本類型河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院F微動磨損是指摩擦副在微幅運(yùn)動時，由上述各磨損

16、機(jī)理共同形成的復(fù)合磨損。微幅運(yùn)動可理解為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對運(yùn)動。F腐蝕磨損當(dāng)摩擦表面材料在環(huán)境的化學(xué)或電化學(xué)作用下引起腐蝕，在摩擦副相對運(yùn)動時所產(chǎn)生的磨損即為腐蝕磨損。10102 2 機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑F(xiàn)沖蝕磨損流體中所夾帶的硬質(zhì)物質(zhì)或顆粒，在流體沖擊力作用下而在摩擦表面引起的磨損。F粘附磨損也稱膠合，當(dāng)摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點(diǎn)處由于瞬時的溫升和壓力發(fā)生“冷焊”后，在相對運(yùn)動時，材料從一個表面遷移到另一個表面，便形成粘附磨損。河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院1.1.潤滑劑分類潤滑劑分類潤滑劑液體（如油、水及液態(tài)

17、金屬）氣體（如空氣或其他氣態(tài)工作介質(zhì)）半固體（如潤滑脂）固體（如石墨、二硫化鉬、聚四氟乙稀）10102 2 機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑 三、機(jī)械零部件中的潤滑 潤滑劑的主要作用是減少摩擦和磨損，減低表面溫度，防銹、傳遞動力、清污、減振、密封等作用河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院二、潤滑劑及主要性能二、潤滑劑及主要性能 (1)潤滑油 ：動植物油、礦物油、合成油。1）粘度 2）油性 3）凝點(diǎn) 4）閃點(diǎn)和燃點(diǎn) 5）氧化穩(wěn)定性 粘度是潤滑油的主要質(zhì)量指標(biāo)，粘度值越高，油越稠，反之越??；粘度的種類有很多，如：動力粘度、運(yùn)動粘度、條件粘度等。潤滑油

18、的牌號與運(yùn)動粘度有一定的對應(yīng)關(guān)系，如：牌號為L-AN10的油在40時的運(yùn)動粘度大約為10 cSt。工程中常用運(yùn)動粘度，單位是：St(斯)或 cSt(厘斯)，量綱為(m2/s)；10102 2 機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院2、潤滑脂 鈣基潤滑脂、鈉基潤滑脂、鋰基潤滑 性能指標(biāo)： 1）針入度 ，反映其稠度大小。2）滴點(diǎn) ，決定工作溫度。3.固體潤滑劑石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。10102 2 機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院提

19、高油性、極壓性延長使用壽命改善物理性能添加劑的作用油性添加劑極壓添加劑分散凈化劑消泡添加劑抗氧化添加劑降凝劑增粘劑添加劑的種類 為了提高油的品質(zhì)和性能，常在潤滑油或潤滑脂中加入一些分量雖小但對潤滑劑性能改善其巨大作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)叫添加劑。三、添加劑三、添加劑10102 2 機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損和潤滑河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院1. 實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能要求2. 經(jīng)濟(jì)性要求3. 操作方便與安全要求4. 美學(xué)與環(huán)保要求5. 可靠性和安全性要求6. 其他特殊要求10103 3 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序一、機(jī)械設(shè)

20、計(jì)的基本要求河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院10103 3 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序二、機(jī)械設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1. 選擇機(jī)器的工作原理 2. 運(yùn)動和動力計(jì)算 3. 零、部件的工作能力計(jì)算4. 繪制零、部件及整機(jī)的工作圖和裝配圖等 河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院10103 3 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序三、機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序 機(jī)器設(shè)計(jì)的一般程序 市場調(diào)研可行性研究原理方案設(shè)計(jì)技 術(shù)設(shè) 計(jì)試制試驗(yàn)小批生產(chǎn)試銷投產(chǎn)設(shè)計(jì)任務(wù)書定出最佳方案裝配圖、零件圖、技術(shù)文件樣機(jī)評價改進(jìn)考核工藝性收集

21、用戶意見產(chǎn)品銷售河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院10103 3 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序四、機(jī)械零件應(yīng)滿足設(shè)計(jì)的基本要求和設(shè)計(jì)的一般步驟 1. 機(jī)械零件應(yīng)滿足的基本要求 q 避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求q 結(jié)構(gòu)工藝性要求q 經(jīng)濟(jì)性要求q 質(zhì)量小的要求q 可靠性要求應(yīng)保證零件有足夠的強(qiáng)度、剛度、壽命。設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工和裝配。 零件應(yīng)有合理的生產(chǎn)加工和使用維護(hù)的成本。 質(zhì)量小則可節(jié)約材料，質(zhì)量小則靈活、輕便。應(yīng)降低零件發(fā)生故障的可能性（概率）。河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院 標(biāo)準(zhǔn)化的益處： 與設(shè)計(jì)有關(guān)的標(biāo)

22、準(zhǔn):國際標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等如： ISOGB JB、HBQB 國標(biāo)分為：強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)和推薦標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量，減輕設(shè)計(jì)工作量，便于零部件的互換和組織專業(yè)化的大生產(chǎn)，以降低生產(chǎn)成本。 強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)：代號為GB (為標(biāo)準(zhǔn)序號) (為批準(zhǔn)年代)強(qiáng)制性國標(biāo)必須嚴(yán)格遵照執(zhí)行，否則就是違法。 標(biāo)準(zhǔn)化就是要通過對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、設(shè)計(jì)方法、制圖要求等，制定出大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。q 標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的要求10103 3 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院標(biāo)準(zhǔn)化：零件的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品的系列化、零

23、部件通用化。系列化：對同一產(chǎn)品，為了符合不同的使用條件，在同一基本結(jié)構(gòu)或基本尺寸條件下，規(guī)定出若干個輔助尺寸不同的產(chǎn)品，稱為不同的系列。 零部件通用化：最大限度地減少和合并產(chǎn)品的形式、尺寸、材料品種。例如：機(jī)床照明燈、車輪、自行車腳蹬等。10103 3 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院10103 3 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序1）建立零件的受力模型，確定零件的計(jì)算載荷； 2. 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟2）按可能的失效形式確定零件的計(jì)算準(zhǔn)則；3）選擇零件的材料；4）根據(jù)工作能力計(jì)算準(zhǔn)則

24、建立或選定相應(yīng)的計(jì)算式，確定 零件的基本尺寸，并加于標(biāo)準(zhǔn)化和圓整；5）零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；6）繪制零件的工作圖，并編寫計(jì)算說明書。河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院10103 3 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序 五、機(jī)械零件的常規(guī)設(shè)計(jì)方法1. 理論設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)計(jì)算 2. 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì) 校核計(jì)算 3. 模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院10103 3 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序六、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡介u以動態(tài)的取代靜態(tài)的如機(jī)器結(jié)構(gòu)動力學(xué)計(jì)算。u以定量的取代定性的如有限元計(jì)算。u以隨機(jī)量取代

25、確定量如可靠性設(shè)計(jì)。u以優(yōu)化設(shè)計(jì)取代可行性設(shè)計(jì)如優(yōu)化設(shè)計(jì)。u并行設(shè)計(jì)取代串行設(shè)計(jì)如并行設(shè)計(jì)。u微觀的取代宏觀的如微納米摩擦學(xué)設(shè)計(jì)。u系統(tǒng)工程法取代分部處理法如系統(tǒng)工程。u自動化設(shè)計(jì)取代人工設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)化如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法從總體上概括為力求運(yùn)用現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)、應(yīng)用力學(xué)、微電子學(xué)及信息科學(xué)等方面的最新成果與手段實(shí)現(xiàn)下列轉(zhuǎn)換：河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院一、機(jī)械零件的工作能力 整體斷裂 過大的殘余變形 零件的表面破壞 破壞正常工作條件引起的失效10104 4 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件由于某些原因不能正常工作時，稱為失效 常

26、見的失效形式1.1.機(jī)械零件的主要失效形式機(jī)械零件的主要失效形式河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院（1）整體斷裂。整體斷裂是指零件在載荷作用下，其危險截面的應(yīng)力超過零件的強(qiáng)度極限而導(dǎo)致的斷裂，或在變應(yīng)力作用下，危險截面發(fā)生的疲勞斷裂。齒輪輪齒斷裂 軸承內(nèi)圈斷裂軸承外圈、滾動體斷裂10104 4 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院 （2）過大的殘余變形。當(dāng)作用于零件上的應(yīng)力超過了材料的屈服極限，零件將產(chǎn)生殘余變形。齒輪齒面塑形變形軸承外圈塑性變形 10104 4 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)

27、則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院軸承外圈塑性變形軸承內(nèi)圈塑性變形10104 4 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院 （3）零件的表面破壞。零件的表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞（點(diǎn)蝕）。齒面接觸疲勞（點(diǎn)蝕）軸瓦磨損10104 4 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院軸承套圈點(diǎn)蝕軸承內(nèi)圈點(diǎn)蝕10104 4 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則河南科技大學(xué)車輛

28、與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院 （4）破壞正常工作條件引起的失效 液體摩擦的滑動軸承: 只有存在完整的潤滑油膜時才能正常工作。 帶傳動: 只有在傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力時才能正常工作。 高速轉(zhuǎn)動的零件: 只有在轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動件系統(tǒng)的固有頻率避開一個適當(dāng)?shù)拈g隔才能正常工作。零件在工作時會發(fā)生哪一種失效，這與零件的工作環(huán)境、載荷性質(zhì)等很多因素有關(guān)。10104 4 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院 有統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，一般機(jī)械零件的失效主要是由于疲勞、磨損、腐蝕等因素引起。 有資料統(tǒng)計(jì)，由于疲勞、磨損、腐

29、蝕等因素引起的失效占73.88%，斷裂失效僅占4.79%。10104 4 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院一、機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則10104 4 機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則：剛度準(zhǔn)則： 設(shè)計(jì)零件時，首先應(yīng)根據(jù)零件的失效形式確定其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。一般來講，有以下幾種準(zhǔn)則：壽命準(zhǔn)則：振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則：散熱性準(zhǔn)則：確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形，是最基本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。yy 通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關(guān)。高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)應(yīng)注重

30、此項(xiàng)準(zhǔn)則。進(jìn)行熱平衡計(jì)算。河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院10105 5 機(jī)械設(shè)計(jì)中常用材料的選用原則機(jī)械設(shè)計(jì)中常用材料的選用原則一、機(jī)械零件的常用材料1.鋼 含碳量小于2的鐵碳合金稱為鋼。 按用途分：按化學(xué)成份分：鋼的分類：結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特種鋼碳素鋼合金鋼低碳鋼中碳鋼高碳鋼河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院在機(jī)械中常用鋼種： （2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：45，用于制造較重要的機(jī)械零件，是機(jī)械制造中廣泛應(yīng)用的鋼種。 （3）合金結(jié)構(gòu)鋼：40Cr，應(yīng)用制造重要的或有特殊要求的機(jī)械零件。 （4）鑄鋼：ZG230-450 （1）碳素結(jié)構(gòu)鋼： 用于制造一般要

31、求的零件。 AQ23510105 5 機(jī)械設(shè)計(jì)中常用材料的選用原則機(jī)械設(shè)計(jì)中常用材料的選用原則河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院2.鑄鐵 含碳量大于2的鐵碳合金稱為鑄鐵。 鑄鐵具有良好的鑄造性、切削加工性、抗壓性、耐磨性和減振性，而且價格便宜。常用的是灰鑄鐵和球墨鑄鐵。 （1）灰鑄鐵 灰鑄鐵中的碳主要以片狀石墨形式存在，因斷口呈灰色而得名?；诣T鐵常用來制造箱體件。 200HT（2）球墨鑄鐵 球墨鑄鐵中的碳主要以球狀石墨形式存在。球墨鑄鐵經(jīng)球化處理后有的機(jī)械性能比鋼還好，所以常用來制造齒輪、曲柄、連桿、閥體等。 3600 QT10105 5 機(jī)械設(shè)計(jì)中常用材料的選用原則

32、機(jī)械設(shè)計(jì)中常用材料的選用原則河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院3.有色金屬合金 在金屬中，除了鑄鐵、鋼、黑色金屬外，其它的金屬則為有色金屬。這類金屬具有很多特殊的性能，即良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性和減磨性等，因此也具有很多特殊的用途，是機(jī)械制造中不可缺少的材料。 常用的有色金屬有黃銅、青銅和軸承合金。 4.非金屬材料 在非金屬材料中，最常用的是橡膠，它的彈性好，常用來制造緩沖吸振和密封的零件，如膠帶、密封圈和彈簧等。 10105 5 機(jī)械設(shè)計(jì)中常用材料的選用原則機(jī)械設(shè)計(jì)中常用材料的選用原則河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院：鋁(LY12)、銅(ZCuSn10P1).黑色金屬有色金屬鐵鋼高分子材料復(fù)合材料陶瓷金屬材料非金屬材料：塑料、橡膠、合成纖維 ：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、合金鋼(如：08F08F 4545 6060 40Cr40Cr） ：灰鑄鐵、球墨鑄鐵(如：TH300 QT500-5TH300 QT500-5)：強(qiáng)如鋼、輕如鋁、硬如金剛石：強(qiáng)度高、彈性模量大、質(zhì)量輕10105 5 機(jī)械設(shè)計(jì)中常用材料的選用原則機(jī)械設(shè)計(jì)中常用材料的選用原則河南科技大學(xué)車輛與動力工程學(xué)院河南科技大學(xué)車輛與動力