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1、机械零件设计和计算概论第1页，本讲稿共16页机械零件的设计步骤1.拟定计算简图；2.确定作用在零件上载荷的大小；3.选择合适的材料；4.确定零件尺寸，并标准化；5.绘制零件工作图。第2页，本讲稿共16页各种计算准则的介绍1.强度：是机械零件工作能力的最基本准则，常用判断危险截面处的最大应力（、）是否小于或等于许用应力（、）。强度条件表达式为 或2.耐磨性：零件抗磨损的能力。零件磨损后会改变结构形状和尺寸，使机器的精度降低、效率下降、强度减弱。影响磨损的因素很多，如载荷的大小和性质、滑动速度、润滑剂的性质等，但又不能准确估计出来，因此按磨损计算零件的方法只能是条件性的，不能十分精确。第3页，本讲
2、稿共16页3.刚度:是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。刚度的大小常用产生单位弹性变形所需的外力或外力矩来表示。刚度的反义词是柔度，柔度的大小常用单位外力或外力矩所产生的弹性变形来表示。有些零件需有一定的刚度，即其变形不能超过容许的限度，如轴弯曲刚度不足时，轴颈将在轴承中倾斜而使两者接触不良；有些零件需有一定的柔度，如弹簧一类的弹性零件。刚度会影响零件的自振频率。刚度大自振频率高，刚度小自振频率低。按刚度计算所得的零件截面尺寸一般要比按强度计算的大，满足刚度要求的零件往往也满足强度要求。第4页，本讲稿共16页4.振动稳定性：零件发生周期弹性变形的现象称为振动。机器工作速度的提高和结构重量的
3、减轻，易使机器出现振动问题，影响工作质量。当机器的自振频率与周期性干扰力变化频率相同或接近时，就要发生共振，这时振幅急剧增大，此现象称为失稳，即丧失振动稳定性。振动稳定性是指机器在工作时不能发生振幅超过容许值的振动现象。第5页，本讲稿共16页5.耐热性:在高温下工作的零件需要进行蠕变计算。蠕变是在一定工作温度和应力下，零件塑性变形缓慢而连续增长的现象。在设计摩擦副时，需进行热平衡计算，以判断单位时间内的摩擦发热量和散热量达到平衡时，零件的工作温度t是否超过许用值t。第6页，本讲稿共16页6、2机械制造中常用材料及其选择一、机械常用材料：铁碳合金（钢和铸铁）、有色合金、非金属材料和各种复合材料。
4、钢是机械制造中最常用的材料。二、钢的热处理：将钢在固态下加热到一定温度，经过一定时间的保温，然后用一定的速度冷却，来改变金属及合金的内部结构，以期改变金属及合金的物理、化学和力学性能的方法。常用热处理的方法：退火、正火、淬火、回火、表面热处理等。第7页，本讲稿共16页1.退火：将钢加热到一定温度（45钢8308600C），保温一段时间，随炉缓冷。退火可消除内应力，降低硬度。2.正火：与退火相似，只是保温后在空气中冷却。正火后钢的硬度和强度有所提高。低碳钢一般采用正火代替退火。3.淬火：将钢加热到一定温度（45钢8408500C），保温一段时间，而后急速冷却（水冷或油冷）。淬火后钢的硬度急剧增加
5、，但脆性也增加。第8页，本讲稿共16页4.回火：将淬火钢重新加热到一定温度，保温一段时间，然后空冷。回火可减小淬火引起的内应力和脆性，但仍保持高的硬度和强度。根据加热温度不同分低温回火、中温回火、高温回火。淬火后高温回火称调质。5.表面热处理：表面淬火：将机械零件需要强化的表面迅速加热到淬火温度，随即快速将该表面冷却的热处理方法。化学热处理：将机械零件放在含有某种化学元素（如碳、氮、铬等）介质中加热保温，使该元素的活性原子渗入到零件表面的热处理方法。据渗入元素不同有渗碳、氮化、氰化。第9页，本讲稿共16页几种普通碳素钢、优质碳素钢、合金钢的力学性能见表6163。几种常用的铸钢和铸铁的性能见表6
6、4。几种青铜（有色金属）的力学性能见表65。三、选择材料应满足的要求：1.使用方面的要求；2.工艺方面的要求；3.经济方面的要求。第10页，本讲稿共16页6.3 许用应力和安全系数应力按随时间变化的特性分静应力和变应力。1.静应力为应力恒定，不随时间变化；2.变应力为应力随时间变化的，分脉动循环应力、对称循环应力、任意不对称循环应力。应力随时间变化图见表66第11页，本讲稿共16页选择许用应力的方法：1.查许用应力表法：2.部分系数法：S1:考虑计算载荷及应力准确性的系数，一般S111.5S2:考虑力学性能均匀性系数，S21.22.5S3:考虑零件重要程度的系数，一般S311.5第12页，本讲
7、稿共16页静应力下，1.塑性材料的屈服极限s 作为极限应力，即：2.脆性材料的抗拉强度 b 作为极限应力，即：变应力下，零件疲劳断裂是主要的破坏形式，疲劳断裂与应力大小和应力循环次数有关。材料经过N次应力循环后，不发生破坏的应力最大值称为疲劳极限r。第13页，本讲稿共16页表示循环次数N与疲劳极限间的关系曲线称为疲劳曲线（N曲线）。如图62，当循环次数N超过某一数值N0以后，曲线趋向水平，即 不再随N的增加而降低，N N0的区域称无限寿命区，N N0的区域称有限寿命区，N0称为循环基数。对应与N0的疲劳极限为r，在对称循环变应力下r=-1，在脉动循环变应力下s=0。（r为应力循环特性系数 ）第14页，本讲稿共16页考虑到零件的截面突变、绝对尺寸及表面状态对疲劳极限的影响，在变应力下加入影响系数1.应力对称循环变化时2.应力脉动循环变化时第15页，本讲稿共16页6.4 机械零件的工艺性和标准化从零件的工艺性出发，对零件结构提出三个基本要求：1.选择合理的毛坯种类；2.零件的结构简单合理3.规定合理的制造精度和表面粗糙度。第16页，本讲稿共16页