第2节 机械零件的失效形式跟设计准则.ppt

第2章 机械零件的失效形式及设计准则 2.1 机械的载荷与工况 2.2 机械零件的主要失效形式 2.3 机械零件的常用材料及选用原则 2.4 机械零件的设计准则 2.5 现代设计方法简介 机械的载荷与工况 机械的载荷按需要可以用功率、转矩或力表示。 机械系统正常工作时所受的实际载荷称为工作载荷。工作载荷通常比较复杂，它与工况密切相关。 机械零件的载荷计算 名义载荷：机械在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。 载荷与应力 载荷与应力 机械零件的主要失效形式 机械零件的常用材料及选用原则 机械零件的常用材料及选用原则 机械零件的设计准则 机械零件的设计准则 机械零件的设计准则 机械零件设计中的标准化 机械现代设计方法简介 机械现代设计方法简介 机械现代设计方法简介 CAD三维实体建模 CAD：建立数字原型 CAD：建立数字原型 CAD：建立数字原型 CAD：建立数字原型 CAD：建立数字原型 CAE：产品性能分析 CAE：产品性能分析 CAE：产品性能分析 CAE：产品性能分析 瞬态动力学—汽车碰撞 飞机齿轮的应力及应变分析 凸轮轴的应力和应变分析 并联运动机床的应力与应变分析 机械设计 Machine design * 工作特性：平稳载荷（带式输送机、发电机组、通风机等）； 轻微的冲击载荷：（传送不均匀物料的带式输送机、搅拌变密度材料的搅拌机等）； 中等冲击载荷：（间歇工作的搅拌机、木工机械、钢坯初轧机等）； 严重的冲击载荷（挖掘机、破碎机、锻压机械等）； 作业的忙闲程度：间歇性（如起重机械）；连续工作（如冶金机械、水厂供水设备）； 负载繁重程度：有些机械经常处于满负荷甚至还有短时超负荷工作状态，有些则经常为不足载的轻负荷工作。 工作速度：有些机械的工作速度基本恒定不变，有些则需经常变速。 原动机输出动力的均匀程度：电动机比较均匀稳定，液压马达及频繁起动的电动机有轻微冲击，多缸内燃机则有中等程度的冲击，单缸内燃机会给机械造成严重的冲击载荷。 解决方法：如能获得反映其载荷变化规律的载荷谱，则应根据载荷谱进行设计计算；如有该类机械的设计规范，应按规范进行设计计算。 计算载荷 ＋附加动载荷→ 计算载荷 工作载荷 安全因数 1、载荷分类 静载荷：不随时间变化或变化缓慢。 动载荷：随时间变化。 2、应力分类 变应力 静应力：r=1 σ t 脉动循环：r=0 σ t 0 对称循环：r= -1 σ t 0 非对称循环 t σ 0 循环特征： 静应力只能由静载荷产生，变应力可能由变载荷或静载荷产生。 a σ 0 t t 0 σ a 在变应力下，零件的主要失效形式为：疲劳破坏 0 t ? ?a ?m ?min ?max 0 t ? ?a ?m ?max 0 t ? ?a= ?max ?min 变应力特性参数： 对称循环 脉动循环 非对称循环 机械零件的应力 （一）整体断裂 　　整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应力超过零件的强度极限而导致的断裂，或在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。 齿轮轮齿断裂 轴承内圈断裂 断裂 静强度 疲劳 失效：规定功能的丧失。 失效 ≠ 破坏 （二）过大的残余变形 当作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件将产生残余变形。 齿轮齿面塑形变形 轴承外圈塑性变形 机械零件的主要失效形式 （三）零件的表面破坏 零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。 齿面接触疲劳 轴瓦磨损 机械零件的主要失效形式 （四）破坏正常工作条件引起的失效 有些零件只有在一定的工作条件下才能正常的工作，如： 液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时才能正常工作。 带传动只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时才能正常工作。 高速转动的零件，只有在转速与转动件系统的固有频率避开一个适当的间隔才能正常工作。 　　零件在工作时会发生那一种失效，这与零件的工作环境、载荷性质等很多因素有关。 　　有统计结果表明，一般机械零件的失效主要是由于疲劳、磨损、腐蚀等因素引起。 机械零件的主要失效形式 ：铝(LY12)、铜(ZCuSn10P1)…... 黑色金属 有色金属 铁 钢 高分子材料 复合材料 陶瓷 金属材料 非金属材料 载荷及应力的大小和性质 零件的工作情况 零件的结构及加工性 材料的经济性 零件的尺寸及重量 一、常用材料 二、机械零件材料的选用原则 详细说明 ：塑料、橡胶、合成纤维 ：低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢… (如：08F　　 45　 　 60　 　 1Cr18）　 ：灰铸铁、球墨铸铁… (如：TH30