• 機械零件的設計準則
    作者:技成機械 發布時間:2019-08-22 10:18

    1、強度準則 

        要求機械零件的工作應力σ不超過許用應力[σ].其典型的計算公式是:

     (3-16) 

       σlim——極限應力,對受靜應力的脆性材料取其強度極限,對受靜應力的塑性材料取其屈服極限,對受變應力的零取其疲勞極限. 

        S——安全系數. 

         2.剛度準則 

        機械零件在受載荷時要發生彈性變形,剛度是受外力作用的材料、機械零件或結構抵抗變形的能力.材料的剛度由使其產生單位變形所需的外力值來量度.機械零件的剛度取決于它的彈性模量E或切變模量G、幾何形狀和尺寸,以及外力的作用形式等.分析機械零件的剛度是機械設計中的一項重要工作.對于一些需要嚴格限制變形的零件(如機翼、機床主軸等),須通過剛度分析來控制變形.我們還需要通過控制零件的剛度以防止發生振動或失穩.另外,如彈簧,須通過控制其剛度為某一合理值以確保其特定功能.剛度準則是要求零件受載荷后的彈性變形量不大于允許彈性變形量.剛度準則的表達式為

     (3–17)  

        y是彈性變形量,如撓度、縱向伸長(縮短):[y]為相應的許用彈性變形量.零件的彈性變形量可由理論計算或經實驗得到,許用變形量則取決于零件的用途,根據理論分析或經驗確定. 

    3.耐熱性準則 

        由于摩擦等原因,機械在運轉時,機械零件和潤滑劑的溫度一般會升高.過高的工作溫度將導致潤滑效果下降,同時,還會引起零件的熱變形、硬度和強度下降,甚至損壞.如在高溫時,金屬機械零件可能發生膠合、卡死;塑料等非金屬機械零件可能發生軟化,甚至熔化等,在某些場合還會引起熱應力.耐熱性準則一般是控制機械零件的工作溫度不要超過許用值,以保證零部件正常工作,其表達式是 

     (3–18) 

    為了改善散熱性能、控制溫升,必要時可以采用水冷或氣冷等措施.

    4.  振動穩定性準則

    當激勵的頻率等于物體固有頻率時,物體振幅最大,激勵的頻率與固有頻率相差越大,物體的振幅越小.激勵的頻率接近物體的固有頻率時,受迫振動的振幅會很大,這種現象叫做共振.振動穩定性指機械零件在機器運轉時避免發生共振的品質.

    為了延長機器的壽命,為了避免軸和機器的損壞,應驗算軸的振動穩定性,特別是高速機器的軸.振動穩定性準則要求機械零件的固有頻率應與激勵的頻率錯開,保證不發生共振.杭州機械加工,杭州CNC加工,杭州零件加工,找杭州技成機械設備有限公司。歡迎電聯0571-88562665!

        設機器中受激勵作用的零部件的固有頻率為f,激勵力的頻率為fp,一般要求

    fp < 0.85 f  或  fp >1.15 f         (3–19) 

        改變機械零件的剛度和質量可以改變其固有頻率.增大機械零件的剛度和減小其質量,提高其固有頻率;減小機械零件的剛度和增大其質量則降低機械零件的固有頻率.有時,機器運轉時為了防止共振要調節轉速. 

    軸產生共振的主要原因是:由于材料內部質量不均勻,加之制造和安裝的誤差,使其質心和它的旋轉中心產生偏差,軸旋轉時產生慣性力,這個慣性力使轉子作強迫振動.軸在引起共振時的速度稱為臨界速度.在臨界速度下,這個慣性力的頻率等于或幾倍于轉子的固有頻率,因此發生共振.

    5.壽命準則

    為了保證機器在一定壽命期限內正常工作,在設計機械零件時必然要對機械零件的壽命提出要求.需要說明,在機器壽命期限內,零件是可以更換的,也就是說某些機械零件的壽命可以比機器的壽命短.機械零件的壽命主要受材料的疲勞、磨損和腐蝕影響.

    為了避免發生零件疲勞引起的失效,如疲勞斷裂,應根據機械零件壽命對應的疲勞極限計算疲勞強度.即根據壽命要求,結合零件轉速等具體情況,根據式(3-6),計算出應力循環次數為N時的疲勞極限,再代入強度條件式,計算疲勞強度.當滿足疲勞強度時,可以保證機械零件在破壞前的應力循環次數達到壽命要求.

    磨損一般是不可避免的.在一定條件下,腐蝕也是不可避免的,如橋梁結構件、地埋鋼質管道的腐蝕等.在設計時,主要是保證機械零件在壽命內,不要發生過度的磨損和腐蝕.磨損發生的機理尚為完全被人們掌握,影響磨損的因素也比較多,一般根據摩擦學設計原理來改善摩擦副的耐磨性.主要措施有:合理選擇摩擦副材料;合理選擇潤滑劑和添加劑;控制摩擦副的工作條件,如壓強、滑動速度和溫升.

    到目前為止,還沒有實用、有效的腐蝕壽命計算方法,通常從材料選擇及防腐處理方面采取措施.如選用耐腐蝕的材料,采用表面鍍層、噴涂、磷化等處理.

    6.  可靠性準則

    可靠性是產品在規定的條件下和規定的時間內,完成規定功能的能力.產品的質量一般應包含性能指標和可靠性指標.機械產品的性能指標是指產品具有的技術指標,如機械的功率、轉矩、工作力、工作速度等.如果只有性能指標,沒有可靠性指標,產品的性能指標也得不到保證.例如,一臺技術先進的飛機,如果可靠性不高,勢必經常發生故障,影響正常飛行和增加維修費用,甚至可能造成嚴重的事故.產品的可靠性用可靠度R(t)來衡量.可靠度的定義是:產品在規定的條件下和規定的時間內完成規定功能的概率.可靠度是時間的函數.有一批數量為n的相同產品,在t=0開始工作,隨著時間的延續,失效的件數no(t)在加大,正常工作的件數ni(t)在減少,在任意時刻t產品可靠度為(3–20) 若某產品工作至3000小時的可靠度R(t)=0.96,則表示有96%的產品可以正常工作到3000小時以上,對具體一件產品來講,其工作到3000小時的概率為96%. 杭州機械加工,杭州CNC加工,杭州零件加工,找杭州技成機械設備有限公司。歡迎電聯0571-88562665!

    失效率 指產品工作到t時刻,在下階段 的單位時間內發生失效的概率,可以證明,其數學表達式為 (3–21) 分離變量,兩邊積分,得 得(3–22) 零部件的失效率和時間的關系一般如圖3-13所示.可以用試驗的方法求得失效率曲線.失效率曲線反映產品總體壽命期失效率的情況.從失效曲線可以看出,失效大體可以分為三個階段.

    第Ⅰ階段為早期失效階段,曲線為遞減型.產品投入使用的早期,失效率較高而下降很快.其原因主要是設計、制造、貯存、運輸等形成的缺陷,以及調試、跑合、起動不當等人為因素所造成的.當這些由于先天不良引起的失效發生后,設備運轉逐漸正常,則失效率就趨于穩定.應該盡量設法避免零件的早期失效,降低失效率和早期失效階段的時間t0.

    第Ⅱ階段為偶然失效階段,其失效率緩慢增長.失效主要由非預期的過載、誤操作、意外的天災等偶然因素所造成.由于失效原因多屬偶然,故稱為偶然失效階段.降低偶然失效期的失效率則能提高有效壽命,所以應注意提高產品的質量,精心使用維護.

    第Ⅲ階段為損壞失效階段,其失效率是遞增型.在t1以后失效率明顯上升.這是由于產品已經老化,疲勞、磨損、蠕變、腐蝕等所謂有耗損的原因所引起的,故稱為耗損失效期.針對這一階段失效的原因,應該注意檢查、監控等,提前維修,使失效率仍不上升.

    7.  精度準則

    對于高精度的機械零件、機構或設備,要求其運動誤差小于許用值.例如在精密機械中,導軌的直線性誤差、主軸的徑向跳動誤差、齒輪傳動的轉角誤差等,必須要有一定的精度要求.可以根據機器和零件的功能要求,選用合適的公差與配合,即進行精度設計,并能正確地標注到圖樣上.還可以按照零件圖給定的公差值,求出機構的誤差,與要求的機構精度比較.