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尺寸系数εσ战概况形态系数β等当应力是对称轮

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  * 第9章 机械零件设想概论 §9-1 机械零件设想概论 §9-2 机械零件的强度 §9-3 机械零件的接触强度 §9-4 机械零件的耐磨性 §9-5 机械制制常用材料及其选择 §9-6 公役取共同、概况粗拙度和优先数系 §9-7 机械零件的工艺性及尺度化 §9-1 机械零件设想概论 机械设想应满脚的要求: 正在满脚预期功能的前提下,机能好、效率高、成本低,正在预定利用刻日内平安靠得住,操做便利、维修简单和制型美妙等。 机械零件的失效: 机械零件曲于某种缘由不克不及一般工做时,称为失效。 工做能力----正在不发生失效的前提下,零件所能平安工做的限度。凡是此限度是对载荷而言,所以习惯上又称为: 承载能力。 零件的失效形式: 断裂或塑性变形; 过大的弹性变形; 工做概况的过度磨损或毁伤; 发生强烈的振动;连接的败坏; 摩擦传动的打滑等。 如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带传动等。机械零件虽然有多种可能的失效形式,归纳起来最次要的为 对于各类分歧的失效形式,也各有响应的工做能力鉴定前提 强度前提:计较应力许用应力; 机械零件设想的步调: 1)拟定零件的计较简图; 5) 绘制工做图并标注需要的手艺前提。 防止失效的鉴定前提是: 计较量许用量 ----工做能力计较原则。 2) 确定感化正在零件上的载荷; 3) 选择合适的材料; 4) 按照零件可能呈现的失效形式,选用响应的鉴定 前提,确定零件的外形 ; 留意,零件尺寸的计较值一般并不是最终采用的数值,设想者还要按照制制零件的工艺要乞降标谁、规格加以圆整 失效缘由: 强度、刚度、耐磨性、振动不变性、温度等 缘由。 刚度前提:变形量许用变形量; 载荷系数K----考虑各类附加载荷要素的影响。 表面载荷-----正在抱负的平稳工做前提下感化正在零件上 的载荷。 §9-2 机械零件的强度 计较载荷-----载荷系数取表面载荷的乘积。 计较应力-----按表面载荷计较所得之应力: 表面应力-----按表面载荷计较所得之应力。 强度判 定前提: σ、τ [σ]=、[τ]-----许用应力 S-----平安系数 σlim、τ lim -----极限应力,由尝试方式测定。 然而正在机械运转时,零件还会遭到各类附加载荷,凡是用引入 一、应力的品种 o t σ σ= σmax 脉动轮回变应力 r =0 σm 静应力: σ= 变应力: σ随时间变化 平均应力: 应力幅: T σmax σmin σa σa σm 轮回变应力 o t σ 变应力的轮回特征: σmax σmin σa σa 对称轮回变应力 r =-1 o t σ ----脉动轮回变应力 ----对称轮回变应力 -1 = 0 +1 ----静应力 o t σ σa σa σmin r =+1 静应力是变应力的特例 二、静应力下的许用应力 静应力下,零件材料的形式:断裂或塑性变形 塑性材料,取极限σS 做为极限应力,许用应力为: 脆性材料:取强度极限σB 做为极限应力,许用应力为: 三、变应力下的许用应力 变应力下,零件的损坏形式是委靡断裂。委靡断裂具有以下特征: 1) 委靡断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限 低,以至比极限低; 2) 委靡断口均表示为无较着塑性变形的脆性俄然断裂; 3) 委靡断裂是微不雅毁伤堆集到必然程度的成果。它的初期现象是正在零件概况或表层构成微裂纹,这种微裂纹跟着应力轮回次数的添加而逐步扩展,曲至余下的未断裂的截面积不脚以承受外载荷时,就俄然断裂。委靡断裂分歧于一般静力断裂,它是毁伤到必然程度后,即裂纹扩展到必然程度后,才发生的俄然断裂。所以委靡断裂是取应力轮回次数(即利用刻日或寿命)相关的断裂。 不管脆性材料或塑性材料, 1、委靡曲线N N 由图可知:应力越小,试件能的轮回次数就越多。试验表白,当 NN0当前,曲线趋于程度,可认为正在无限次轮回时试件将不会断裂。 应力σ取应力轮回次数N 之间的关系曲线称为:委靡曲线 时, 试件将不会断裂。 N0 ----轮回基数 N0 对应的应力称为: 当NN0 时, 有近似公式: 对应于N 的弯曲委靡极限: 委靡极限 用σ-1暗示材料正在对称轮回应力下的弯曲委靡极限。 2、许用应力 正在变应力,应取材料的委靡极限做为极限应力。同时还招考虑零件的暗语和沟槽等截面突变、绝对尺寸和概况形态等影晌,为此惹人应力集中系数kσ、尺寸系数εσ和概况形态系数β等。 当应力是对称轮回变化时,许用应力为: 当应力是脉动轮回变化时,许用应力为: σ0 为材料的脉动轮回委靡极限,S为平安系数。以上各系数均可机械设想手册中查得。以上所述为“无限寿命” , 无限寿命时,用σ-1N代入得: 四、平安系数 平安系数定得准确取否对零件尺寸有很大影响 1)静应力下,塑性材料的零件:S =1.2~1.5 铸钢件:S =1.5~2.5 S↑ 典型机械的 S 可通过查表求得。 无表可查时,按以下准绳取: → 零件尺寸大,布局笨沉。 S↓ → 可能不平安。 2)静应力下,脆性材料,如高强度钢或铸铁: S =3~4 3)变应力下, S =1.3~1.7 材料不服均,或计较不准时取: S =1.7~2.5 初始委靡裂纹 初始委靡裂纹 §9-3 机械零件的接触强度 若两个零件正在受载前是点接触或线接触。受载后,因为变形其接触处为一小面积,凡是此面积甚小而表层发生的局部应力却很大,这种应力称为接触应力。这时零件强度称为接触强度。 如齿轮、凸轮、滚动轴承等。 机械零件的接触应力凡是是随时间做周期性变化的,正在载荷反复感化下,起首正在表层内约20μm处发生初始委靡裂纹,然后裂纹逐步扩展(润滑油被挤迸裂纹中将发生高压,使裂纹加速扩展,终究使表层金属呈小片状剥落下来,而正在零件概况构成一些小坑 ,这种现象称为渡劳点蚀。发生委靡点蚀后,减小了接触面积,损坏了零件的滑腻概况,因此也降低了承载能力 。 裂纹的扩展取断裂 油 失效形式常表示为: 委靡点蚀 金属剥落呈现小坑 后果:削减了接触面积、损坏了零件的滑腻概况、降低了承载能力、惹起振动和乐音。 b 由弹性力学可知,应力为: 对于钢或铸铁取泊松比: μ1=μ2=μ=0.3 , 则有简化公式。 上述公式称为赫兹(H·Hertz)公式 “+”用于外接触, “-”用于内接触。 ρ2 ρ1 Fn σH σH ρ1 Fn b ρ2 σH σH σH -------最大接触应力或赫兹应力; b -------接触长度; Fn -------感化正在圆柱体上的载荷; -----分析曲率半径; -----分析弹性模量; E1、 E2 别离为两 圆柱体的弹性模量。 接触委靡强度的鉴定前提为: b Fn §9-4 机械零件的耐磨性 活动副摩擦概况物质不竭丧失的现象称为磨损。磨损会逐步改变零件尺寸和摩擦概况外形。零件抗磨损的能力称为耐磨性。 磨损↑ →间隙↑、 精度↓、 效率↓、 振动↑、 冲击↑、 乐音↑ 据统计,约有80%的损坏零件是因磨损而报废的。 磨损的次要类型 : 1)磨粒磨损 2)粘着磨损(胶合磨损) 正在滚动或兼有滑动和滚动的高副申,如凸轮、齿轮等,受载时材料表层有很大的接触应力。当载荷反复感化时,常会呈现表层金属呈小片状剥落,而正在零件概况构成小坑,这种现象称为委靡磨损或委靡点蚀。 正在摩擦过程申,取四周介质发生化学反映或电化学反映的磨损,称为侵蚀磨 硬质颗粒或摩擦概况上硬的凸蜂,正在摩擦过程中惹起的材料零落现象称为磨粒磨损 。硬质颗粒可能是零件本身磨损形成的金属微粒,也可能是外来的灰尘杂质等。摩擦面间的硬粒,能使概况材料零落而留下沟纹。 加工后的零件概况总有必然的粗拙度。摩擦概况受载时,现实上只要部门峰顶接触,接触处压强很高,能使材料发生塑性流动。若接触处发生粘着,滑动时会使接触概况材料由一个概况转移到另一个概况,这种现象称为粘着磨损(胶合磨损)。所谓材料转移是指接触概况擦伤和撕脱,严沉时摩擦概况能彼此咬死。 3)委靡磨损(委靡点蚀) 4) 侵蚀磨损 适用耐磨计较是活动副的压强p,即: p ≤ [p] [p]由尝试或同类机械利用经验确定 相对活动速度较高时,还招考虑活动副单元时间单元接触面积的发烧量 f p v 。正在摩擦系数必然的环境下,可将 p v 值取许用的 [p v] 值进行比力。即: p v ≤ [p v ] §9-5 机械制制常用材料及其选择 机械制制中最常用的材料是钢和铸铁,其次是有色金属合金。非金属材料如塑料、橡胶等 。 一、金属材料 1.铸铁:灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。 2.钢:布局钢、东西钢、特殊钢(不锈钢、耐热钢、耐酸钢等)、碳素布局钢、合金布局钢、铸钢等。 铸铁 常用金属材料 钢 铜合金 ----含碳量2% ----含碳量≤ 2% 铁碳合金 特点:优良的液态流动性,可锻制成外形复杂的零件。 较好的减震性、耐磨性、切削性(指灰铸铁)、成本低廉。 使用:使用范畴广。此中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。 选用准绳: 优选碳素钢,其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。 特点:取铸铁比拟,钢具有高的强度、韧性和塑性。可用热处置方式改善其力学机能和加工机能。 零件毛坯获取方式:锻制、冲压、焊接、锻制等。 使用:使用范畴极其普遍。 表9-2 常用材料的相对价钱 材 料 种 类 规 格 相对价钱 热轧圆钢 碳素布局钢Q235 (φ 33~42) 1 铸 件 优良碳素钢 (φ 29~50) 1.5~1.8 合金布局钢(φ 29~50) 1.7~2.5 滚动轴承钢(φ 29~50) 3 合金东西钢(φ 29~50) 3~20 4Cr9Si2耐热钢(φ 29~50) 5 灰铸铁铸件 0.85 碳素钢铸件 1.7 铜合金、铝合金铸件 8~10 价钱廉价且供应充实 我国资本丰硕 3.铜合金 -铜锌合金,并含有少量的锰、铝、镍 特点:具有优良的塑性和液态流动性。青铜合金还具有优良的减摩性和抗侵蚀性。 零件毛坯获取方式:辗压、锻制。 使用:使用范畴普遍。 品种 青铜 黄铜 轴承合金(巴氏合金) -含锡青铜、不含锡青铜 二、非金属材料 1. 橡胶 橡胶富于弹性,能接收较多的冲击能量。常用做联轴器或减震器的弹性元件、带传动的胶带等。硬橡胶可用于制制用水润滑的轴承衬。 2. 塑料 塑料的比沉小,易于制成外形复杂的零件,并且各类分歧塑料具有分歧的特点,如耐蚀性、绝热性、绝缘性、减摩性、摩擦系数大等,所以近年来正在机械制制中其使用日益普遍。 3.其它非金属材料:皮革、木材、纸板、棉、丝等。 选材要素: 设想机械零件时,选择合适的材料是一项复杂的手艺经济问题设想者应按照零件的用处、工做前提和材料的物理、化学、机械和工艺机能以及经济要素等进行全面考虑。 用处、工做前提、物理、化学、机械工艺机能、经济性。 零件材料 各类材料的化学成分和力学机能可正在相关国标、行标和机械设想手册中查得。 为了材料供应和出产办理上的便利,应尽量缩减材料的品种。 表9-1 常用钢铁材料的商标及力学机能 材 料 力 学 性 能 试件尺寸 类 别 牌 号 强度极限σB 极限σS 延长率% mm Q215 335-410 215 31 碳素 布局钢 Q235 375-460 235 26 d≤ 16 Q275 490-610 275 20 20 410 245 25 优良碳素布局钢 35 530 315 20 d≤ 25 45 600 355 16 35 SiMn 883 735 15 d≤ 25 合金 布局钢 40Cr 981 785 9 d≤ 25 20CrMnTi 1079 834 10 d≤ 15 60Mn 981 785 8 d≤ 80 ZG270-500 500 270 18 铸 钢 ZG310-570 570 310 15 d≤100 ZG42SiMn 600 380 12 HT150 145 -- -- 灰铸铁 HT200 195 -- -- HT250 240 -- -- 壁厚 10~20 QT400-15 400 250 15 球墨铸铁 QT500-7 500 320 7 QT600-3 600 370 3 壁厚 30~200 §9-6 公役取共同、概况粗拙度和优先系数 一、 公役取共同 交换性:零件正在拆卸时,不需要选择和附加加工的就 能满脚预期手艺取利用要求的特征。 根基尺寸:由设想图纸给定的零件理论尺寸;为确定值。 现实尺寸:制制加工后丈量所得零件尺寸;因为丈量 有误差,所以现实尺寸并非实值。相对于 根基尺寸而言,老是有误差。或大或小 现实尺寸 Φ25.1 轴 现实尺寸 现实尺寸 根基尺寸 现实尺寸 Φ24.9 孔 Φ25.1 孔 φ25 孔 根基尺寸 轴 φ25 轴 Φ24.9 最小极限尺寸:零件满脚交换性要求的最小答应尺寸; 最大极限尺寸:零件满脚交换性要求的最大答应尺寸; 尺寸误差 :现实尺寸取理论设想尺寸之差; 上误差 :最大极限尺寸取根基尺寸之差;符号:ES,es 下误差 :最小极限尺寸取根基尺寸之差;符号:EI,ei es ES ei EI 尺寸公役:最大极限尺寸取最小极限尺寸之差;即 答应的尺寸变更量。 ES-EI es-ei 公役=Lmax- Lmax =ES-EI =es-ei Lmin 孔 φL 孔 Lmax 孔 轴 L Lmax 轴 Lmin 轴 轴 L Lmax 轴 Lmin 轴 零线:代表根基尺寸所正在的一条曲线; 公役带:由代表上、下误差的两条曲线所限制的区域; 零线 ES EI 孔公役带 es ei 轴公役带 国标:孔取轴各有28个,别离用如下符号暗示: 孔:A B C CD D E EF F FG G H JS K M N P R S T U V W X Y Z ZA ZB ZC 轴:a b c cd d e ef f fg g h js k m n p r s t u v w x y z za zb zc 根基误差:尺度表列的,用于确定公役带相对于零线的上误差或下误差,一般为接近零线 - 零线 L 孔:A B C CD D E EF F FG G H JS K M N P R S T U V W X Y Z ZA ZB ZC 轴:a b c cd d e ef f fg g h js k m n p r s t u v w x y z za zb zc 根基误差系列 呈正态分布 B C CD D E EF A F FG G H K M N P R S T U V X Y Z ZA ZB ZC JS 孔 + 0 - 根基尺寸 b c cd d e ef a f fg g h k m n p r s t u v x y z za zb zc js 轴 + 0 - 根基尺寸 共同:根基尺寸不异,彼此连系的孔取轴公役带之间 的关系; 间隙或过盈:孔的尺寸减去相共同轴的尺寸所得代数差; 间隙:代数差为“+”, 孔轴; 过盈:代数差为“-”, 孔轴; 公役品级:国标了20个品级,用阿拉伯数字:0 01 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18暗示。 标识表记标帜方式:公役带符号后跟阿拉伯数字暗示。如:H7。 常用公役品级的使用 4、5级用于出格细密的零件; 6、7、8级用于主要的零件; 8、9级用于中速及中等精度要求的零件; 10、11级用于低速、低精度的零件。可间接采棒材、管材、细密锻件而不消切削加工。 共同类型 间隙共同 过渡共同 过盈共同 孔轴,用于可动连接,如勾当搭钮; 孔轴,用于静连接,如火车轮取轴。 可能有间隙,也可能具有过盈。用于 要求具有优良的同轴性而又便于拆拆 的静连接,如齿轮取轴; 最大间隙: Xmax = 孔max-轴min 最小间隙: Xmin = 孔min-轴max 最大过盈: Ymax = 孔min-轴max 最小过盈: Ymin = 孔max-轴min 间隙共同 孔公役带 轴公役带 孔公役带 轴公役带 孔公役带 轴公役带 孔公役带 轴公役带 过盈共同 过渡共同 孔公役带 轴公役带 孔公役带 轴公役带 孔公役带 Ymax Xmax Ymax Xmax Ymax Xmax Ymax Ymax Xmin Xmax Xmin= 0 Ymin= 0 轴公役带 Xmax Ymin H 零线 D 孔公役 k js h g e f r p m s 间隙共同 过渡共同 过盈共同 共同 基准制 基孔制共同:孔是基准孔,下误差EI=0, 代号为:H , 通过改变轴的公役带来或得各类分歧的共同特征。 基孔制共同 基轴制共同 使用普遍 ,可削减孔加工刀具 零线 h D 轴公役 K JS H G E F R P M S 间隙共同 过渡共同 过盈共同 基轴制共同:轴是基准轴,上误差es=0, 代号为:h , 通过改变孔的公役带来或得各类分歧的共同特征。

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