机械设计的相关基础知识

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1、1一、机械零件的主要失效形式一、机械零件的主要失效形式 （一）整体断裂 失效：由于某种原因，机械零件不能正常工作称为失效。机械零件的失效形式主要有： （二）过大的残余变形 过载断裂：零件受外载荷作用时，由于某一 危险截面上的应力超过零件的强 度极限而发生。 疲劳断裂：零件受变应力作用时，危险截面 上发生。 作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限（塑性变形） 机械设计相关基础知识机械设计相关基础知识2（四）破坏正常工作条件引起的失效（三）零件的表面破坏 腐蚀：发生在金属表面的一种电化学 或化学侵蚀现象。 磨损：两个接触表面在作相对运动的 过程中表面物质丧失或转移的 现象。接触疲劳：零件表面受接触

2、变应力的长 期作用产生裂纹或微粒剥落 的现象。 3 零件发生哪种形式的失效，与很多因素有关。但有人对1378项失效所做的分析结果显示，由于腐蚀、磨损和各种疲劳破坏引起的失效占73.88%，断裂引起的失效占4.79%。从中可以看出零件失效的主要原因是腐蚀、磨损和疲劳。4二、设计机械零件时应满足的基本要求二、设计机械零件时应满足的基本要求 （六）质量小（一）强度（二）刚度（三）寿命及可靠性（四）结构工艺性（五）经济性断裂、残余变形统属于强度不足引起 弹性变形 5三、机械零件的设计准则三、机械零件的设计准则 Slim085P或1.15P (一)强度准则(二)刚度准则(四)振动稳定性准则yy(三)寿命

3、准则 6(五)可靠性准则可靠度的概念 0NNR 有一批某种零件，其件数为N0，在一定的工作条件下进行试验。在t时间后仍有N件在正常地工作，则此零件在该工作环境条件下工作t时间的可靠度R可表示为失效率 NdtdNt/)( NNtRNNNdNdtt0lnln00 tdtteR0失效率曲线（浴盆曲线 ）7四、机械零件的设计方法四、机械零件的设计方法(一)理论设计(二)经验设计(三)模型实验设计由设计理论和实验数据所进行的设计 SlimSAFlim1、设计计算 limSFA2、校核计算 AF8五、机械零件设计的一般步骤五、机械零件设计的一般步骤机械零件的设计大体要经过以下几个步骤：1)根据零件的使用要

4、求，选择零件的类型和结构。为此，必须对各种零件的不同类型、优缺点、特性与使用范围等，进行综合对比并正确选用。2)根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷。3)根据零件的类型、结构和所受载荷，分析零件可能的失效形式，从而确定零件的设计准则。4)根据零件的工作条件及对零件的特殊要求(例如高温或在腐蚀性介质中工作等)，选择适当的材料。5)根据设计准则进行有关的计算，确定出零件的基本尺寸。96)根据工艺性及标准化等原则进行零件的结构设计。7)细节设计完成后，必要时进行详细的校核计算，以判定结构的合理性。8)画出零件的工作图，并写出计算说明书。10六、机械零件的强度六、机械零件的强度FK名义载荷在理想

5、的平稳工作条件下作用在零件上的载荷计算载荷载荷系数与名义载荷的乘积 载荷系数机器运转时，零件会受到各种附加载荷的影响 caFK F（一）载荷的分类 静载荷：不随时间变化的载荷。变载荷：随时间变化的载荷。1）循环变载荷 a) 稳定循环变载荷 b) 不稳定循环变载荷2）随机变载荷11随机变应力静应力 不随时间变化的应力 规律性不稳定变应力（二）应力分类变应力 随时间变化的应力 不稳定变应力 稳定循环变应力12稳定循环变应力的基本参数和种类 a) 基本参数 应力循环特性ammaxammin2minmaxm2minmaxamaxmin最大应力最小应力平均应力应力幅b) 稳定循环变应力种类： -1 +1

6、不对称循环变应力 =+1 静应力 = 1 对称循环变应力 = 0 脉动循环变应力13（三）静应力时机械零件的强度计算强度条件： scasca SSscacascacaSSSS或强度条件： 按第三或第四强度理论对弯扭复合应力进行强度计算 第三强度理论 第四强度理论 S/4s22caS/3s22ca14SS22ss2sca)(SSSSSS22ca 脆性材料极限应力： （强度极限）1）单向应力状态 强度条件： 或 BBca SBcacaSSBca SBcacaSS 失效形式：断裂 复合应力计算安全系数为：或15SB22ca)4(21SS22Bca422）复合应力下工作的零件按第一强度理论： 16疲劳