第2章机械零件常用材料和机械设计基础知识

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1、第三章第三章 机械零件常用材料和机械设计机械零件常用材料和机械设计基基 础础 知知 识识 第一节第一节 机械零件常用材料、热处理方法及其选择机械零件常用材料、热处理方法及其选择本章主要内容本章主要内容 第五节第五节 机械零部件的结构设计机械零部件的结构设计 第二节第二节 机械零件的工作能力和计算准则机械零件的工作能力和计算准则 第三节第三节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算 第四节第四节 摩擦、磨损和润滑简介摩擦、磨损和润滑简介本章学习要求本章学习要求 1 1、了解机械零件常用材料、热处理方法及其选择；、了解机械零件常用材料、热处理方法及其选择； 2 2、了解机械零件的工作能力和计

2、算准则；、了解机械零件的工作能力和计算准则； 3 3、掌握稳定变应力下机械零件的疲劳强度分析及计算；、掌握稳定变应力下机械零件的疲劳强度分析及计算； 4 4、了解摩擦、磨损和润滑的相关知识；、了解摩擦、磨损和润滑的相关知识； 5 5、初步了解机械零件的接触强度计算；、初步了解机械零件的接触强度计算； 6 6、掌握机械结构设计的一般原则和方法。、掌握机械结构设计的一般原则和方法。本章重点本章重点 1 1、机械零件的主要失效形式、设计准则；、机械零件的主要失效形式、设计准则； 2 2、机械零件的疲劳强度分析及计算；、机械零件的疲劳强度分析及计算； 3 3、机械结构设计的原则和方法、机械结构设计的原

3、则和方法. .第一节第一节 机械零件常用材料、热处理方法及其选择机械零件常用材料、热处理方法及其选择 二、钢的二、钢的 （一）退火和正火（一）退火和正火 （二）淬火、回火和调质（二）淬火、回火和调质 （三）表面淬火和化学处理（三）表面淬火和化学处理一、机械零件常用材料：一、机械零件常用材料： （一）钢（一）钢 （二）铸铁（二）铸铁 （三）有色金属（三）有色金属第一节第一节 机械零件常用材料、热处理方法及其选择（机械零件常用材料、热处理方法及其选择（续）续） 三、机械零件材料的选择原则三、机械零件材料的选择原则 1 1、满足机械零件的使用要求：、满足机械零件的使用要求： 载荷、几何条件、尺寸及重

4、量、特殊要求载荷、几何条件、尺寸及重量、特殊要求 3、满足经济性要求：、满足经济性要求： 材料价格、加工和热处理的成本等材料价格、加工和热处理的成本等2 2、满足工艺性要求、满足工艺性要求 ( (便于加工制造便于加工制造):): 零件结构的复杂程度、尺寸大小、毛坯制造零件结构的复杂程度、尺寸大小、毛坯制造 第二节第二节 机械零件的工作能力和计算准则机械零件的工作能力和计算准则一、机械零件的工作能力一、机械零件的工作能力机械零件的机械零件的主要失效形式主要失效形式断断 裂裂塑性变形、塑性变形、过大弹性变形过大弹性变形正常工作条件遭破坏正常工作条件遭破坏引起的失效引起的失效表面磨损表面磨损机械零件

5、的工作能力机械零件的工作能力: :在一定工作条件下不发生失效的安全工作限度。在一定工作条件下不发生失效的安全工作限度。（一）强度准则（一）强度准则（二）刚度准则（二）刚度准则（三）耐磨性准则（三）耐磨性准则（四）振动稳定性准则（四）振动稳定性准则 Slim yy 第二节第二节 机械零件的工作能力和计算准则机械零件的工作能力和计算准则二、机械零件的计算准则二、机械零件的计算准则pff 85. 0或或pff 15. 1目前尚无定量可靠的计算方法，常采用一些条件性计算。目前尚无定量可靠的计算方法，常采用一些条件性计算。 第三节第三节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算一、载荷和应力的分类一

6、、载荷和应力的分类 （二）应力的分类（二）应力的分类 静应力静应力 变应力变应力: : 1. 1.稳定循环变应力稳定循环变应力 2.2.不稳定循环变应力不稳定循环变应力对称循环变应力对称循环变应力脉动循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力非对称循环变应力（一）载荷的分类（一）载荷的分类 静载荷静载荷: :不随时间变化或变化缓慢的应力。不随时间变化或变化缓慢的应力。 变载荷：随时间变化的应力。变载荷：随时间变化的应力。 名义载荷名义载荷F F ：按额定功率计算的载荷。：按额定功率计算的载荷。 计算载荷计算载荷Fca Fca ：Fca=K.FFca=K.F稳定循环变应力的类型稳定循环变应力的类型

7、2minmaxm平均应力平均应力2minmaxa应力幅应力幅设计计算：设计计算：1 1、名义应力、名义应力 : : 由名义载荷求得的应力由名义载荷求得的应力 2 2、计算应力：由计算载荷求得的应力、计算应力：由计算载荷求得的应力第三节第三节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算maxmin/ 循环特性循环特性对称循环变应力对称循环变应力 脉动循环变应力脉动循环变应力 非对称循环变应力非对称循环变应力 第三节第三节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算二、疲劳曲线和疲劳极限应力线图二、疲劳曲线和疲劳极限应力线图 （一）疲劳曲线（一）疲劳曲线CNNmmN0NmNKNN0r疲劳极限疲

8、劳极限1对称循环疲劳极限对称循环疲劳极限0脉动循环疲劳极限脉动循环疲劳极限循环次数循环次数 N N材料常数材料常数 m m循环基数循环基数无限寿命区的起始点无限寿命区的起始点寿命系数寿命系数材料的疲劳曲线材料的疲劳曲线有限寿命疲有限寿命疲劳极限劳极限4545（二）疲劳极限应力线图（二）疲劳极限应力线图 1 1、材料的疲劳极限应力线图、材料的疲劳极限应力线图AG AG 段：段：rmra1CG CG 段段: :srmra0012第三节第三节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算材料常数材料常数20DG201OamsCA 2 2、零件的疲劳极限应力线图、零件的疲劳极限应力线图Ke11kK r

9、meeraeeK11AG AG 段段: :rmeraeK1CG CG 段段: :srmerae0012KKe第三节第三节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算弯曲疲劳极限的弯曲疲劳极限的综合影响系数综合影响系数绝对尺寸绝对尺寸影响系数影响系数表面质量表面质量系数系数三、稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算三、稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算（单向稳定变应力的机械零件疲劳强度计算（单向稳定变应力的机械零件疲劳强度计算 ）第三节第三节 机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算机械零件疲劳强度的计算时：机械零件疲劳强度的计算时：先求出零件危险截面的最大工作应力和最小工作应力；先求出零件危

10、险截面的最大工作应力和最小工作应力；求出平均工作应力和工作应力幅，由此在极限应力线图上标出工作应力点。求出平均工作应力和工作应力幅，由此在极限应力线图上标出工作应力点。根据应力变化规律确定极限应力曲线上的极限应力（计算时所用极限应力）。根据应力变化规律确定极限应力曲线上的极限应力（计算时所用极限应力）。三种典型应力变化规律：三种典型应力变化规律：C（1）变应力的循环特性保持不变）变应力的循环特性保持不变 ，如转轴的应力状态。，如转轴的应力状态。Cme（2）变应力的平均应力保持不变）变应力的平均应力保持不变 , 振动受载弹簧的应力状态振动受载弹簧的应力状态Cemin（3）变应力的最小应力保持不变

11、）变应力的最小应力保持不变 , 如受轴向变载荷螺栓的应力状态如受轴向变载荷螺栓的应力状态三、稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算三、稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算（单向稳定变应力的机械零件疲劳强度计算（单向稳定变应力的机械零件疲劳强度计算1 1 ） 时为例时为例: :CmeaeeeKmax1max对应于对应于M点的零件的极限应力点的零件的极限应力:SKSmeaeca1安全系数及强度条件为：安全系数及强度条件为：SSmeaesca对应于对应于N点的极限应力为屈服应力，只需进行静强度计算，安全系数为点的极限应力为屈服应力，只需进行静强度计算，安全系数为第三节第三节 机械零件的疲劳强度计算机械零件