第八章 机械设计概述
《机械设计基础》第八章 间歇运动机构
1 1 n( ) 1 2 z
2z 由此得槽数z与圆销数n的关系： n≤ z2
槽 数z 圆销数 n
3 1~6
4 1~4
5、 6 1~3
7、 8 1~2
三、槽轮机构的特点和应用
优点：结构简单，工作可靠，能准确控制转动的角度。常用于要求 恒定旋转角的分度机构中。
第八章
间歇运动机构
(intermittent mechanism)
§8-1 棘轮机构
(ratchet mechanism)
一、棘轮机构的工作原理
组成构件： 摇杆1、棘爪4、棘轮3、止动爪5、机架2
为保持棘爪、止动爪与棘轮始终接触，可
在其旁边增设弹簧。 棘轮固联在轴O上，其轮齿分布在轮的外
A 4 1 n
四、棘轮机构的特点及应用
有齿的棘轮机构运动可靠，从动棘轮容易实现有级调节，但是有噪声、 冲击，轮齿易摩损，高速时尤其严重，常用于低速、轻载的间歇传动。 起重机、绞盘常用棘轮机构使提升的重物能停在任何位置，以防止由 于停电等原因造成事故。
§8-2 槽轮机构
(geneva mechanism)
一、槽轮机构的工作原理
槽轮的形式
二、槽轮机构的主要参数
槽轮机构的主要参数是：槽数z和拨盘圆销数n 为了使槽轮2在开始和终止转动时的瞬时 角速度为零，以避免圆销与槽发生撞击，圆 销进入或脱出径向槽的瞬时，槽的中心线O2A 应与O1A垂直。 设z为均匀分布的径向槽数目，则槽轮2转 过2φ2=2π/z弧度时，拨盘1的转角2φ1将为
21 22
2 z
在一个运动循环内，槽轮2的运动时间td 对拨盘1的运动时间t之比值τ称为运动特性系 数。
机械设计基础-第八章平衡和调速
显然，动能变化量相同时，飞轮的转动惯量越大，角速度 波动越小。
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College of Mechanical and Electrical Engineering
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2、非周期性速度波动
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措施：安装转动惯量较大的回转件——飞轮（转动惯量较大 的盘形零件）。 原理：盈功时飞轮储存能量，飞轮的动能增加，使主轴 角速度上升的幅度减小； 亏功时飞轮释放其能量，飞轮动能减少，使主轴 角速度下降的幅度减小
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机械设计基础
之
第八章 调速和平衡
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最新8机械设计第八章讲解课件ppt
（1）发生线在基圆上滚过的一段 长度等于基圆上相应被滚过的一段弧 长。
（2）因N点是发生线沿基圆滚动时的
速度瞬心，故发生线KN是渐开线K点的 N
法线。又因发生线始终与基圆相切，所
以渐开线上任一点的法线必与基圆相切。
rb
（3）发生线与基圆的切点N即为渐 II
开线上K点的曲率中心，线段为K点的 曲率半径。随着K点离基圆愈远，相应 的曲率半径愈大；而K点离基圆愈近， 相应的曲率半径愈小。
规定标准值：α＝20°
④齿顶高系数:ha* 齿顶高：ha=ha*m 标准值： ha*＝1
⑤顶隙系数: c* 标准值： c*＝0.25
顶隙：c=c*m
8.3.2 标准直齿圆柱齿轮传动的几何尺寸
名 称 代号
齿数 z
模数 m
压力角 α
分度圆直 径
d
齿顶高 ha
齿根高 hf
齿全高 h
公式与说明
根据工作要求确定,大于最小值 由轮齿承载能力确定，取标准值
一固定直线，它与连心线O1O2的 交点C必是一定点。C点称节点，
2
对应的圆为节圆。齿轮传动可理 解为两节圆作滚动。
O2 图 8-4
由上图知，两轮的传动比为
i12 12 O O12C Crrbb12
r2 r1
上式表明:两轮的传动比为一定值，并与两轮的基 圆半径成反比。公法线与连心线O1O2的交点C称为节 点，以O1、o2为圆心，、为半径作圆，这对圆称为齿 轮的节圆，
se ha
齿厚－ sk 任意圆上的弧长
h
hf
齿槽宽－ ek 弧长
齿距 （周节）－ pk= sk +ek 同侧齿廓弧长
B pk sk ek
rb
第八章-塔设备的机械设计
Fi hi
i 1
对于等直径、等壁厚塔器的底截面 地震弯矩为：
M
00 E
16 35
1m0
gH
(N mm)
风载荷
风对塔体的作用之一是造成风弯矩，在迎风面的塔壁 和裙座体壁引起拉应力，背风面一侧引起压应力；作 用之二是气流在风的背向引起周期性旋涡，即卡曼涡 街，导致塔体在垂直于风的方向产生周期振动，这种 情况仅仅出现在H/D较大，风速较大时比较明显，一般 不予以考虑。
M
ii max
/
0.785Di2
S
e
2
式中M
ii max
maxM M
ii W
ii E
Me
25%M
ii W
M e
稳定条件：
组合轴向压应 力要满足：
ii m a x压
[ ]cr
KB
minK[ ]t
式中K——载荷组合系数，取K=1.2; B——见书p172。
4 塔体拉应力验算
依前述，假设一有效壁厚Se3。 计算σ1,σ2,σ3，并进行组合，满足如下强度条件：
m0 m01 m02 m03 m04 m05 ma me
(8-1)
塔设备在水压试验时的最大质量
mmax m01 m02 m03 m04 mw ma me (8-2)
塔设备在吊装时的最小质量
mmin m01 0.2m02 m03 m04 ma me (8-3)
地震载荷
(5)水压试验验算。
8.2 裙座设计
四个部分： 1.座体---承受并传
递塔体载荷。 2.基础环---将载荷
传递到基础上。 3.螺栓座---固定塔
于基础上。 4.管孔---人孔、排
气孔、引出管孔。
机械设计概述
三、机械设计的一般程序
设计程序共同的大方向是：从总体到局部，从方案到细节。 应塌下心来花费时间精力制定若干总体方案，对比抉择后，再向局部作 细节推进。不遵循程序的大方向，难免走弯路。 “从总体到局部、从方案到细节”的大方向是肯定的，但推进到局部设计 阶段，发现问题、获得启发后，返回修改原定总体方案，也属正常和常见。 图5-10是机械设计一般程序的流程框图。
榨汁机 手机 电脑显示器 艺术吊灯 图5-4 家电、 信息等类产 品中机械结 构很重要
1
图5-4 家电、信 息等类产品中机 械结构很重要
电饭锅 家用豆浆机
2．设计人员面对的结构设计工作 若对象只涉及简单的机械结构，例如日用品、家具、小型公共设施等， 设计人员应该承担其全部设计任务，包括其中的结构设计。
图5-6 零件与构件的示例 a）内燃机 b）曲轴 c）连杆
2. 机构、机器、机械 机构 能实现运动变换和动力传递的零件、构件的组合。 机器 能代替或减轻人的劳动、能完成有用机械功的机构与构件的组合。 机械 机构和机器的总称，含义比较宽泛。
1
实例
链条加链轮——链传动机构 螺杆加螺母——螺旋机构
自行车——简单的机器 千斤顶、台钳——简单的机器
若对象涉及的机械结构复杂（图5-5），设计任务由技术工程师和造型设 计师来协作完成，但对造型设计工作、顺利与与技术工程师沟通协作来说，机 械结构知识仍必不可缺。
1
结论： 设计工作与机械结构密不可分，设计人员必须具备一定的机械结构设计 能力，这是设计人员业务素质高低的基本衡量指标之一。
图5-5 机械结构较复杂的产品示例
二、机械设计基础的教学要求与学习方法
1.了解机械与结构设计的基本概况，掌握初步设计技能 ⑴重在对机械结构设计宽泛的、概貌的“面”上了解，而不求“点”上的深透。 ⑵重在了解机械机构“可以实现什么样的应用目标？”，而不深究技术细节。 ⑶为掌握简单机械结构设计技能打下基础。 2.加强实践性教学环节——实践性、直观性、应用性 ⑴尽量多以日常生活用品为例阐述，直观性有利于提高学习兴趣。 ⑵各章的思考题练习题注重实践性练习，学生应努力去接触产品实物。 ⑶多数是实践性作业，重视并努力做好作业，是学好课程的关键。
《机械设计》第八章 链传动
主动轮：w1 节圆圆周速度：
V1 W1d1 2
v v1
A v' 1 v2 d1
v
v' 2 d2
链节进入啮合后
1
链条速度：
V V1 cos W1d1 cos 2
2
链条垂直速度：
V V1 sin W1d1 sin 2
(
算LP（链节数） 求中心距a'（实际） 4、小链轮孔径dkmax 5、轴上压力——Q
Q≈1.2Fe
§8—9 链传动的布置、张紧与润滑
一、布置 1.链传动只能布置在垂直平面内，不能布置在水平或 倾斜平面内 2.两轮中心线最好水平或水平面夹角小于45°
(a)
3.当属下列情况时，紧边在上：（尽量主动边在上）
1 P
1）极限功率曲线
5—良好润滑情况下额定功率曲线, 设计时实际使用的功率曲线 6—润滑不好或工况恶劣的极限 功率曲线,较良好的润滑下低得多。
2
3
5 6
4
n1
2）A系列套筒滚子链的实用功率曲线图 实验条件：单列,水平布置,载荷平稳, Z1=19, i=3, t=100P, th=15000h, ΔP/P≤ 3% 1. 当设计的Z、i、th、a等不同时，应对P0进行修正。
链传动中主要作用力有： 1、工作拉力 2、离心拉力 3、垂度拉力
Fe 1000 P V
Fc=qV2
F f max F f , F f
F1=Fe+Fc+Ff
F2=Fc+Ff Q=Fe+2Ff
4、紧边拉力
松边拉力
5、作用于轴上载荷
§8—7 链传动的失效形式及承载能力
东北大学机械设计习题及答案
第八章 机械设计概述一、判断题（正确 T ，错误 F ）1. 强度是指零件抵抗整体断裂、表面接触疲劳及塑性变形的能力。
强度准则是零件设计中最基本的准则。
（ ）2. 变应力只能由变载荷产生。
（ ）3. 两接触的金属表面存在相对运动时，就会由于摩擦而产生磨损，因此磨损总是有害的。
（ ）4. 钢制零件采用热处理办法来提高其刚度是非常有效的。
（ ）5. 使零件具有良好的工艺性，应合理选择毛坯，结构简单合理，规定适当的制造精度和表面粗糙度。
（ ）二、单项选择题1. 循环特性1-=r 时的应力是（ ）。
A 对称循环变应力B 脉动循环变应力C 非对称循环变应力D 静应力2. 外形复杂，结构尺寸大，生产批量大的零件的毛坯宜采用（ ）加工工艺。
A 铸造B 锻造C 焊接D 轧制3. 两个等宽的圆柱体接触，其直径212d d =，弹性模量212E E =，则其接触应力值为（ ）。
A 218σσ= B 214σσ= C 212σσ= D 21σσ=4. 合金钢对应力集中的敏感性比碳钢（ ）。
A 小B 大C 相等D 不一定三、填空题1. 机械零件设计计算的最基本计算准则是_________________________________ 。
2. 机械零件的主要失效形式有 _________、_________、________、__________和__________。
3. 在静应力作用下，塑性材料的极限应力为___________，脆性材料的极限应力为___________。
4. 在静载荷作用下的机械零件，不仅可以产生___________应力，也可能产生___________应力。
5. 零件危险截面处的几何突变、截面尺寸的大小和表面状态等均影响零件的疲劳强度，因此，在机械零件的疲劳强度计算中，引入了________________、________________和________________来 对材料的疲劳极限加以修正。
机械设计_第8章-带传动_(1)
第八章 带传动
8-3、V带传动的设计计算
（一）设计准则和单根V带的基本额定功率 • 带传动的主要失效形式：打滑、传动带的疲劳破坏。 • 设计准则： 在不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。
Fec = F1 (1 −
1 e
) fV α
σ max = σ 1 + σ b1 + σ c ≤ [σ ]
弯曲应力与带轮直径成反比，为了避免弯曲应力过大，带轮 直径不得小于最小值（表8-6）。
11
第八章 带传动
带的应力分布及最大应力值 2 离心拉应力 σ c = Fc / A = qv / A （MPa）
拉应力 弯曲应力 σc σ1 σ2 σb1 σb2
σ 1 = F1 / A （MPa） σ 2 = F2 / A （MPa）
F2 = F0 − Fe / 2
过大初始拉力的危害
P一定时，Fe一定。故增加F0导致F1及F2增加 ——带张得过紧，将因过度磨损而很快松弛
第八章 带传动
（二）带传动的初拉力和临界摩擦力 在一定的初拉力作用下，带与带轮之间最多能传递多大摩擦力 呢？ 当带与带轮之间出现打滑趋势时，摩擦力达到最大（临界状 态Ffc），从而有效拉力也达到最大（临界状态Fec ）。 • 临界状态下，紧松边拉力的关系（欧拉公式）：
F1 = e fV α F2
α 包角 α1 = 180o − fV 当量摩擦系数
d d 2 − d d1 × 57.3o a
α2 α1
8
第八章 带传动
联解： 得：
F1 = F2 e
fV α
Fec = F1 − F2
e fV α F1 = Fec fV α e −1 1 F2 = Fec f α e −1
机械设计基础课件第8章 机械零件设计概论
二、机械设计的一般程序 1、机器设计的一般程序
市场调 研
可行性 研究
设 计 任 务 书
原理 方案 设计
技术 设计
试制 试验
定
装配图、 样
出
零件图、 机
最
技术文
评
佳
件
价
方
改
案
进ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
小批生 投 产试销 产
考核
产
工艺
品
性收
销
集用
售
户意
见
1、强度准则
零件在载荷作用下抵抗破坏的能力
2、刚度准则
[ ] lim S
[ ] lim St
B(B) 脆性材料 lim(lim)S (S )塑性材料
Y (Y )疲劳极限
零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力
y [y]
y——可以是挠度、偏转角或扭转角
3、耐磨性准则 作相对运动的零件其工作表面抵抗磨损的能力
p [p ] p v pv
4、振动和噪声准则
fp0.8f5,
fp1.1f5
机械设计基础
第8章 机械零件设计概论
讲授人：邓英剑
§8-1 机械设计的基本要求及设计程序
一、机械设计的基本要求
1、对机械设计的要求 a) 对机器使用功能方面的要求 b) 对机器经济性的要求
2、对机械零件设计的基本要求 a) 在预定工作期限内正常、可靠地工作，保证机器 的 各种功能 b) 要尽量降低零件的生产、制造成本
4、复合材料
二、机械零件材料选用的原则
1、使用要求 2、工艺要求 3、经济性要求
§8-4 机械零件的结构设计工艺性及标准化
一、机械零件的结构设计工艺性
机械设计基础第八章
， 当量摩擦系数 f′>f， V带传动能力更大。 带传动能力更大。 带传动能力更大 注意： 带楔角为 带楔角为40° 注意：V带楔角为 ° 带轮槽角小于40° 带轮槽角小于 °。
带传动概述
二、带传动的结构（阅读） 带传动的结构（阅读） 机构传动中应用最广的是普通V带传动。（窄 带 机构传动中应用最广的是普通 带传动。（窄V带、宽V带、大 带传动。（ 带 楔角V带 汽车V带 楔角 带、汽车 带） 普通V带是标准件 制成无接头的环形， 带是标准件， 普通 带是标准件，制成无接头的环形，按剖面尺寸大小分为 Y、Z、A、B、C、D、E七种型号，剖面尺寸由小到大。注意： 七种型号， 、 、 、 、 、 、 七种型号 剖面尺寸由小到大。注意： 节宽b 节径d 和基准直径d 基准长度L 节宽 p、节径 p和基准直径 d，基准长度 d。
带传动的几何计算及基本理论
五、带传动的主要失效形式及设计准则 1、主要失效形式 、 （1）打滑。当传递的圆周力 超过了带与带轮之间摩擦力 ）打滑。当传递的圆周力F超过了带与带轮之间摩擦力 总和的极限时，发生过载打滑，使传动失效。 总和的极限时，发生过载打滑，使传动失效。 （2）疲劳破坏。传动带在变应力的长期作用下，因疲劳而 ）疲劳破坏。传动带在变应力的长期作用下， 发生裂纹、脱层、松散、直到断裂。 发生裂纹、脱层、松散、直到断裂。 2、设计准则 、 在不打滑的前提下，使带具有一定的疲劳强度和寿命。 在不打滑的前提下， 六、带传动的设计条件和传动功率 根据设计准则，带传动应满足以下两个条件： 根据设计准则，带传动应满足以下两个条件： 1、不打滑条件 、 1000 P 1 F1 ) F= F f lim = F1 F2 = F1 = F1 (1 F≤Fflim fα 1 e fα 1 V
《机械设计基础》第八章 键联接和销联接
花键联接的许用挤压应力、许用压强（MPa）见下表
机械设计基础
许用挤压应力、许用压强 联接工作方式
使用和制造情况 不良
齿面未经热处理 30～50 60～100 80～120 15～20 20～30 25～40 ——
齿面经热处理 40～70 100～140 120～200 20～35 30～60 40～70 3～10 5～15 10～20
键用螺钉固定在轴槽中，键与毂槽为间隙配合，故轮毂件可 在键上作轴向滑动，此时键起导向作用。为了拆卸方便，键上制 有起键螺孔，拧入螺钉即可将键顶出。
导向平键用于轴上零件移动量不大的场合，如变速箱中的滑 移齿轮与轴的联接。
机械设计基础
(3)滑键联接 当零件滑移的距离较大时，因所需导向平键的长度过大，制 造困难，故宜采用滑键。
《机械设计基础》
机械设计基础
第八章 键联接和销联接
8.1 概 述 • 联接的组成 机械联接一般由被联接件和联接件组成，有些时候被联接件 之间进行直接联接，并无独立的联接件。 联接的类型 动联接 各种运动副 静联接 • 联接的目的 动联接： 实现机械运动 便于机械的制造、装配、运输、安装和维护，降低 静联接： 成本。 机械设计方头
单圆头
A型键轴向定位好，应用广泛，但轴上键槽端部的应力集 中较大。C型键只能用于轴端。A、C型键的轴上键槽用立铣 刀切制。B型键的轴上键槽用盘铣刀铣出。B型键避免了圆 头平键的缺点，单键在键槽中的固定不好，常用紧定螺钉进 行固定。 机械设计基础
（2）导向平键联接 导向平键与普通平键结构 相似，但比较长，其长度等于 轮毂宽度与轮毂轴向移动距离 之和。
滑键比较短，固定在轮毂上，而轴上的键槽比较长，键与轴 槽为间隙配合，轴上零件可带键在轴槽中滑动。 滑键主要用于轴上零件移动量较大的场合，如车床光杠与溜 板箱之间的联接。 机械设计基础
机械设计基础课件第八章回转件的平衡
回转件是指在运动中具有旋转不对称性的机械零件，回转件的平衡性是机械 设计中非常关键的问题。
回转件的定义
常见的回转件
钻孔加工机，车削加工机，制动盘，离合器曲 轴等等。
重心与惯性矩
回转件的平衡与其重心位置和惯性矩有关，理 解这些概念有助于确定平衡条件。
特殊的回转件
手表的自动上弦装置，自行车的飞轮等，这些 回转件的平衡问题需要特殊考虑。
平衡的概念与判定条件
1 平的定义
指回转件在运动过程中，不外力不产生力矩。
2 判定条件
回转件的平衡需要满足两个条件：对重心的合外力与合外力矩均为零。
3 举个例子
一辆自行车，骑行过程中不会翻倒，就是因为车轮的平衡可以满足平衡条件。
平衡解法的基本原理
1
受力分析
分解合外力，计算受力点至重心的距离
2
力矩计算
动平衡
回转件在运动状态下的平衡状态，即回转件所受 合外力矩仍然为零。
静平衡与动平衡的判定条件
1
静平衡的判定条件
寻找合力的作用点和力矩的方向，可用物理方法求解。
2
动平衡的判定条件
刚体转动惯量必须大于等于对象所受扭矩的一部分，常用解析法求解。
3
复杂的案例
比如飞机的旋翼系统、燃气轮机的转子系统等，需要结合实验证验验证平衡性。
实例分析与课后习题
实例分析
分析一些实际的产品的平衡性，如汽车发动机的销轴、建筑杆塔的吊臂等等。
课后习题
巩固所学知识，设计一些有挑战性的习题帮助学生掌握平衡原理。
计算受力点的力矩，与重心至该点的距离相乘
3
平衡条件
平衡条件为合外力与合外力矩均为零，利用方程组求解
机械设计概述
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机械设计概述
1.3机械零件的失效形式及设计计算准则
机械零件的失效：机械零件丧失预定功能或预定功能 指标降低到许用值以下的现象。
1.3.1失效形式 1、断裂： （1）零件在外载荷的作用下，某一危险截面上的
应力超过零件的强度极限时将发生断裂（如螺栓的折 断）；
（2）零件在循环变应力的作用下，危险截面上的 应力超过零件的疲劳强度而发生疲劳断裂。
常规设计方法：
理论设计、经验设计、模型实验设计
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机械设计概述
机械设计的过程通常分为以下几个阶段：
（1）产品规划
产品规划的主要工作是提出设计任务和明确设计要求。
（2）方案设计
由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较，从中 优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可行 以及成本低廉的方案。
标准件：按规定标准生产的零件。如螺纹连接件等通用零 件。查手册和产品目录选型号。
优点： （1）由专门化工厂大量生产标准件，能保证质量、节约
材料、降低成本； （2）选用标准件可以简化设计工作，缩短产品的生产周
期； （3）选用参数标准化的零件，在机械制造过程中可以减
少刀具和量具的规格； （4）具有互换性，从而简化机器的安装和维修。
（3）技术设计
在既定设计方案的基础上，完成机械产品的总体设计、 部件设计、零件设计等，设计结果以工程图及计算书的形 式表达出来。
（4）制造及试验 经过加工、安装及调试制造出样机，对样机进行试运
行或在生产现场试用。
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机械设计概述
设计机械零件的一般步骤如下：
（1）根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定零 件的载荷。
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《机械设计基础》第8章 回转件的平衡
D
它们的质量可以视为分 布在垂直于轴线的同一回转 面内，如其质心不在回转轴 线上，则其偏心质量产生的 惯性力不平衡。这种不平衡 现象在回转件静态时就会表 现出来，故称为静不平衡。
F=me 2 m e
B
D
F=me 2 m e
B
回转件的静平衡，就是利用在回转件上增加或除去一 平衡质量的方法，使其质心回到回转轴线上，从而使回转 件的惯性力得到平衡（即∑F = 0）的一种平衡措施。 其平衡的原理：利用理论力学平面汇交力系的平衡理论。
2）分别把每个偏心质量
mi用两个平面上的质量
mi′和mi″来代替； 分解公式为： mi′= mi li″/l
图8-4 a)
mi″= mi li′/l
其中 li′为mi到平衡基面T′的距离， li″为mi到平衡基面
T″的距离， l=li′+li″为两平衡基面平面汇交力
质量不能再近似地认为是分布在同一回转面内，而应该看 作是分布在垂直轴线的多个相互平行的回转面内。
如图所示的发动机曲轴， 其不平衡质量m1、m2、m3是 分布在3个回转面内。
这类回转件转动时所产生的离心力系不再是平面汇交 力系，而是空间力系。因此，单靠在某一回转面内加一平 衡质量并不能消除这类回转件转动时的不平衡。
图8-1
∴ ∑miω2ri+ mbω2rb=0 即∑miri+ mbrb=0——静平衡条件：质径积的向量和为0。
式中：miri称为质径积，是矢量。它相对地表达了各 质量在同一转速下的离心力的大小和方向。
mbrb的大小和方向可根据图解法来求。
求解步骤如下：
1）写出质径积的矢量平衡方程式：
m1r1+ m2r2+ …+mbrb=0 2）计算各偏心质量的质径积的大小；
第八章机械设计概论
第八章机械设计概论§8.1 机械设计的重要性90年代末，美国提出了〝为竞争的优势而设计〞(Designing for Competitive Advantage)的口号，也有人说〝21世纪将是设计的世纪〞。
面对国际市场的竞争，一个企业、国度参与竞争的力气就是〝设计〞，就必需依托产品的创新设计技术。
20世纪前期所构成的全球经济一体化格式，预示着21世纪在世界范围内的经济和技术竞争将会愈加剧烈。
关于包括机械制造在内的制造业来说，这种竞争就详细表达在产品上，即要求：产品上市快〔T〕、质量高〔Q〕、本钱低〔C〕、效劳好〔Ｓ〕，从而才干占领市场。
而这些要求在很大水平上就取决于产品的设计质量和效率。
关于机械设计来说，就是顺应市场的需求，以最短的设计周期，拿出功用强、经济性好、便于运用于维护的产品。
机械设计在机器制造业起着十分重要的作用，往往机械产品的技术经济功用和竞争力就在于设计质量的好坏。
据统计剖析，虽然机械产品本钱中的约80％是制造费用，设计本钱只占5％左右，而就是这5％的设计活动决议着70～80％的产品本钱。
而机械制造业是一个国度自立于世界的标志，是国度财政支出的主要发明者，其产值占到国民产值得80%左右。
所以，作为机电专业的先生必需努力学习，掌握机械设计的基本原理、方法和技艺，只要这样才干成为有用之才。
§8.2 机械设计普经进程机械设计进程普通包括四个阶段，即：1〕明白义务阶段；2〕方案设计阶段；3〕技术设计阶段；4〕施工设计阶段。
1〕明白义务阶段在实践任务中，我们知道有各种各样的、用途各不相反的机器。
但是，一切这些机器的设计进程都有一个共同的特点，即都是从提出设计义务末尾的。
而设计义务的提出主要是依据任务和消费的需求。
设计义务普通是以义务书的方式下达的，其中明白规则有：机器的用途、主要功用参数范围、任务环境条件、特殊要求、消费批量、预期本钱、完成期限、承制单位等外容。
普通是由主管单位、用户提出。
机械设计概述
机械设计概述机械设计是指在满足特定功能要求的前提下，将机械元件、机械装置以及各种机械系统进行设计的一种技术。
机械设计是工程设计的重要组成部分，是构建出现代工业制造的核心之一。
本文将从机械设计的角度，对机械设计的概述进行深入探讨。
第一节：机械设计的基础知识1. 机械设计的定义机械设计是指在工程领域中，利用理论和方法对机械结构进行构思和设计。
机械设计的过程包括了机械零件的选型、设计、制造以及测试等多个环节。
2. 机械设计的理论基础机械设计的理论基础涵盖了许多学科，其中包括材料力学、机械力学、工程热力学、机电一体化技术、电子技术以及计算机科学等学科。
3. 机械设计的学习方法机械设计的学习方法主要是先深入学习各种基础知识，通过专业化的训练，来提高设计的能力和水平。
同时，需要掌握理论和实践相结合的技能，将理论知识应用在实际设计工作中。
第二节：机械设计的流程机械设计的流程可以分为初步设计、详细设计、制造加工、装配调试、试验验证等多个阶段。
具体内容如下：1. 初步设计初步设计是指在需求分析的基础上，进行初步的设计工作。
在这个阶段，需要进行结构的选型、设计方案的拟定以及进行草图和模型的绘制。
2. 详细设计详细设计阶段是在初步设计基础上的进一步深化，包括了从选型到细节的设计，包括了各种零件的设计、材料的选用、运动参数的确定以及对系统的布局、制造、安装、维护等方面的细化。
3. 制造加工制造加工是指在设计完成后，将设计图转换成物理零件，包括了各种工艺加工，并进行零件的检验，保证零件的质量符合所需的要求。
4. 装配调试装配调试是指将生产的零件组装起来，进行基本功能测试并优化，使机械系统达到理想的工作状态。
5. 试验验证在零件的生产和系统的装配完成后，还需要进行试验验证，以确保整个系统的工作正常，达到所有功能和性能的设计要求。
第三节：机械设计的特点1. 复杂性机械设计通常需要涉及到各种各样的工程领域，如机械力学、材料力学、工程热力学等，其本身也具有很高的复杂性。
机械设计知识概述
机械设计知识概述机械设计知识概述机械设计是涵盖机械设备的各个领域，其主要目的是通过合适的设计艺术和科学的手段，使机械装置具有良好的性能、完备的功能和优异的使用能力，以及表现出卓越的生产效率和高质量的工作结果。
本文将介绍机械设计中的一些重要知识点，以便读者了解机械设计的基本理论和实践技能。
1.机械基础知识机械基础知识是机械设计的基础。
它包括机械图学、材料力学等学科。
机械图学的研究主要涉及机械零件的绘制和标注、机械结构的组合和分解、及相关的数量计算等精细技巧。
材料力学主要涉及机械零部件的性能特点，如力学特性、疲劳寿命、耐用性和生产过程等方面。
2.机械设计机械设计是机械工程的核心部分。
它包括离散零件设计、结构设计和系统设计等。
离散零件设计是机械设计中最基本的设计形式，它主要是针对各种单一的机构部件进行设计。
结构设计是用于设计复杂机械系统的，它需要考虑各个零部件之间的情况，而且还需要考虑机械系统的运行条件和要求，比如振动、噪声、环境温度和气候条件等。
系统设计则是最终将所有组件和结构组合成大型系统的过程，它需要对系统进行优化，以达到预定的目标和检查系统的性能特点。
3.机械制图机械制图是机械设计的重要组成部分。
机械制图包括CAD 制图和手绘制图等，具有所有需要详细制定零部件图纸的各种要求。
机械制图过程中，必须遵循标准，对所需产品和组件的所有要求都应体现在图纸上，例如尺寸、材料和加工方式等。
制图要求精细、准确、规范和一致性等，以适应在生产线上的生产和组装流程，同时需与通过分析和测试获得的性能数据相吻合。
4.机械制造工艺在机械制造过程中，需要确保注意许多因素如物料预测成本、加工质量、产品外观等的产品设计。
在第一步从工程绘图转移到实际的制造过程中，需要应用各种加工工具、模具和设备。
机械制造工艺包括成型、切割、焊接、抛光、冲压等多项技术方法，还包括获得加工机械和调整良好的加工设备，如机床和切割设备等。
5.机械性能和可靠性机械性能和可靠性是机械设计工作的重要方面。
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2.塑性变形 3.磨损 4.过大的弹性变形 5.功能失效
2
第二节 机械零件的工作能力及工作能力准则
一、强度准则
强度是零件抵抗破坏的能力，强度准则是衡量机械零件工作能 力最基本的计算准则。
S lim S , ——机械零件的工作正应力、工作剪应力；
k S
max 1 max 1
1
lim
k S
20
第五几 种 摩 擦 状 态
混合磨擦
21
第六节 机械零件的常用材料
一 二 三 四 五
钢 铸铁 有色金属 非金属材料 钢的热处理
6
第三节 机械零件设计的一般步骤
建 立 计 算 模 型
受 力 分 析
确 定 计 算 准 则
选 择 材 料
确 定 零 件 主 要 尺 寸
7
确 定 结 构 尺 寸
绘 零 件 图
编 写 说 明 书
第四节 机械零件的强度
一、载荷的分类
1.静载荷与变载荷
大小和方向不随时间变化或变化缓慢的载荷称为静载荷；随 时间变化的载荷称为动载荷。
9
二、应力的分类
静应力: 不随时间变化或缓慢变化
对称循环变应力
应力
稳定变应力 变应力 非稳定变应力
脉动循环变应力
非对称循环变应力 有规律非稳定变应力 无规律非稳定变应力
10
静应力: 不随时间变化或缓慢变化。
σ
σmax= σmin=σm
σmax
o
11
t
变应力： 随时间变化的应力
• 稳定变应力
m
第八章
机械设计概述
第一节 机械零件的主要失效形式 第二节 机械零件的工作能力及工作能力准则 第三节机械零件设计的一般步骤 第四节 机械零件的强度 第五节 摩擦、磨损和润滑基础 第六节 机械零件的常用材料 第七节 机械零件的工艺性和标准化
1
第一节 机械零件的主要失效形式
静强度断裂
1.整体断裂
疲劳强度断裂
max min
2
σ
循环特性：
min r max
σm
o
12
σmin
σmax
a
max min
2
t
σ
脉动循环 r=0 σm= σa =σmax/2 σmin=0
o σ o σ
t
• 稳定变应力
对称循环 r=－1 σmax= σa = －σmin σm=0
t
非对称循环 －1<r<1 σmax= σm+σa σmin= σm －σa
22
• 1 使用要求 • 2 工艺要求 • 3 经济性要求
23
第七节 机械零件的工艺性及标准化
• 一 机械零件的工艺性
24
机械零件的工艺性
25
机械零件的工艺性
26
机械零件的工艺性
27
二 机械设计中的标准化
标准化 系列化
通用化
28
pv pv
5
四、振动稳定性准则
当零件的自振频率与激振源频率接近或相同时就会发生共振，影 响机器正常工作，甚至造成破坏性事故。振动稳定性准则就是设计时 使零件的自振频率与激振源频率错开。
f 0.87 f p f 1.18 f p
f p ——零件的自振频率
f
——激振源频率
13
o
t
非稳定变应力
有规律非稳 定变应力 o σ
t
周期
非稳定变应力
σ 无规律非稳 定变应力 o
14
t
三、静应力下零件的强度计算
[ ] lim
S
[ ]
塑性材料
lim
S
屈服极限 强度极限
塑性变形
lim s lim s
脆性材料
脆性断裂 查表法
2.名义载荷与计算载荷
根据原动机的功率或机器在稳定理想条件下的工作阻力，用力 学公式计算出作用在零件上的载荷称为名义载荷；把名义载荷乘以 一个大于1的载荷系数（或工作情况系数）K加以修正后的称为计算 载荷。
8
• 名义载荷
原动机 额定功率 传动机 工作机
在理想工作条件 工作阻力
公式
名义载荷P、M、T、F
y, , ——零件的许用挠度、许用偏转角和许用扭转角；
4
三、耐磨性准则
耐磨性是零件抵抗磨损失效的能力。 ①限制摩擦表面的压强 p不超过许用值，防止压力过大使 零件表面的油膜破坏，而导致过快磨损。
p p
②对于滑动速度较大的摩擦表面要限制单位接触面上的摩擦功不要过大， 防止摩擦表面温升过高而使油膜破坏，磨损加剧，出现胶合。
4.对材料的组成、零件的形状、尺寸、 表面状态、使用条件非常敏感。
17
2. 材料的疲劳曲线和疲劳极限
N C, ( N N0 )
m 1N
1N
A
有限寿命区 无限寿命区
N 0 107 （HB≤350） N 0 25 107
（HB≤350）
m1N N m1 N 0
lim B lim B
安全系数S确定方法 部分系数法
15
四、变应力下零件的疲劳强度计算
1 疲劳 疲劳断裂的三个阶段： 1.形成初始裂纹
2.裂纹扩展
3.瞬断
16
疲劳破坏的特点：
1.循环应力多次反复作用下产生； 2.无宏观的、明显的塑性变形迹象；
3.循环应力远小于材料的静强度极限；
1N K N 1
m
B
O
18
C
σ－ 1
N
KN
N0 N
N0
注意:
1.N>N0 KN=1；
2. m由疲劳曲线决定。一般设计中， 钢制零件受弯曲应力，m=9; 3. N0<103按静应力问题处理;
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3. 机械零件的疲劳强度计算
lim K N 1 lim K N 1 lim 1
lim
,
S
——机械零件的许用正应力，需用剪应力；
lim , lim——机械零件的极限应力；
——安全系数
3
二、刚度准则
刚度是零件抵抗弹性变形的能力。
y y
y, , ——零件工作时的挠度、偏转角和扭转角；