第一章精密机械设计的基础知识
2023大学_精密机械设计(庞振基黄其圣著)课后答案
2023精密机械设计(庞振基黄其圣著)课后答案精密机械设计(庞振基黄其圣著)内容简介前言基本物理量符号表绪论第一章精密机械设计的基础知识第一节概述第二节零件的工作能力及其计算第三节零件与机构的误差估算和精度第四节工艺性第五节标准化、系列化、通用化第六节零件的设计方法及其发展思考题及习题第二章工程材料和热处理第一节概述第二节金属材料的力学性能第三节常用的工程材料第四节钢的热处理第五节表面精饰第六节材料的选用原则思考题及习题第三章零件的几何精度第一节概述第二节极限与配合的基本术语和定义第三节光滑圆柱件的极限与配合及其选择第四节形状与位置公差及其选择第五节表面粗糙度及其选择思考题及习题第四章平面机构的结构分析第一节概述第二节运动副及其分类第三节平面机构的运动简图第四节平面机构的自由度第五节平面机构的组成原理和结构分析思考题及习题第五章平面连杆机构第一节概述第二节铰链四杆机构的基本型式及其演化第三节平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念第四节平面四杆机构的设计思考题及习题第六章凸轮机构第一节概述第二节从动件常用运动规律第三节图解法设计平面凸轮轮廓第四节解析法设计平面凸轮轮廓第五节凸轮机构基本尺寸的确定思考题及习题第七章摩擦轮传动和带传动第一节概述第二节磨擦轮传动第三节磨擦无级变速器第四节带传动第五节同步带传动第六节其它带传动简介思考题及习题第八章齿轮传动第一节概述第二节齿廓啮合基本定律第三节渐开线齿廓曲线第四节渐开线齿轮各部分的名称、符号和几何尺寸的计算第五节渐开线直齿圆柱齿轮传动第六节渐开线齿廓的切制原理、根切和最少齿数第七节变位齿轮第八节斜齿圆柱齿轮传动第九节齿轮传动的失效形式和材料第十节圆柱齿轮传动的强度计算第十一节圆锥齿轮传动第十二节蜗杆传动第十三节轮系第十四节齿轮传动精度第十五节齿轮传动的空回第十六节齿轮传动链的设计思考题及习题第九章螺旋传动第一节概述第二节滑动螺旋传动第三节滚珠螺旋传动第四节静压螺旋传动简介思考题及习题第十章轴、联轴器、离合器第一节概述第二节轴第三节联轴器第四节离合器思考题及习题第十一章支承第一节概述第二节滑动摩擦支承第三节滚动摩擦支承第四节弹性摩擦支承第五节流体摩擦支承及其它形式支承第六节精密轴承思考题及习题第十二章直线运动导轨第一节概述第二节滑动摩擦导轨第三节滚动摩擦导轨第四节弹性摩擦导轨第五节静压导轨简介思考题及习题第十三章弹性元件第一节概述第二节弹性元件的基本特性第三节螺旋弹簧第四节游丝第五节片簧第六节热双金属弹簧第七节其它弹性元件简介思考题及习题第十四章联接第一节概述第二节机械零件的联接第三节机械零件与光学零件的联接思考题及习题第十五章仪器常用装置第一节概述第二节微动装置第三节锁紧装置第四节示数装置第五节隔振器思考题及习题第十六章机械的计算机辅助设计第一节概述第二节计算机辅助设计系统的原理与构成第三节表格和线图的处理第四节机械优化设计第五节设计举例思考题及习题参考文献精密机械设计(庞振基黄其圣著)目录本书对精密机械及仪器仪表中常用机构和零部件的工作原理、适用范围、结构、设计计算方法，以及工程材料、零件几何精度的基础知识等诸方面均作了较为详细的阐述。
精密机械设计的基础知识
精密机械设计的基础知识精密机械设计是一门关键性的工程学科，它为各种行业的发展提供了必要的支持。
本文将介绍精密机械设计的基础知识，包括材料选择、结构设计以及性能优化等方面。
一、材料选择在精密机械设计中，材料的选择至关重要，因为不同的材料拥有不同的特性和性能。
常见的材料选择包括金属、塑料和陶瓷等。
金属常用于承载结构和传递力量，而塑料则常用于隔离和减震。
陶瓷具有较高的硬度和耐磨性，常用于高速旋转部件的设计。
二、结构设计在精密机械的结构设计中，需要考虑多个因素，例如刚度、稳定性以及装配性等。
首先，设计师需要确保结构具有足够的刚度，以便在工作过程中不会产生过大的变形。
其次，稳定性也是一个重要的考虑因素，特别是在高速运转的设备中。
最后，装配性的考虑在设计过程中也非常关键，以确保零部件可以准确地安装和拆卸。
三、性能优化性能优化是精密机械设计的核心目标之一。
在设计过程中，需要根据具体的应用要求，优化机械的工作效率、精确度和稳定性等性能指标。
例如，在高速电机设计中，需要通过减小机械传动的阻尼和损耗来提高效率。
同时，采用精密加工和装配工艺，能够提高机械的精确度和稳定性。
四、热处理与表面处理热处理和表面处理是精密机械设计中的重要工艺步骤。
通过热处理，可以改善材料的硬度和耐磨性。
常见的热处理方法包括淬火、回火和表面渗碳等。
此外，表面处理也非常关键，可以提高机械零部件的抗腐蚀性能和摩擦特性。
例如，镀铬和氮化处理可显著改善零部件的表面硬度和润滑性。
五、精密机械加工精密机械加工是精密机械设计中不可或缺的步骤。
通过精密加工，可以确保零部件的尺寸和形状精确到微米级别。
常见的精密加工方法包括数控加工、电火花加工和激光切割等。
此外，还需要使用精密测量工具对零部件进行检测和校准，以确保其质量和精度。
在总结中，精密机械设计涉及多个方面，包括材料选择、结构设计、性能优化、热处理与表面处理以及精密机械加工等。
只有掌握了这些基础知识，才能设计出高效、精确和稳定的精密机械产品，满足不同行业的需求。
精密机械设计的基础知识
4FL3 Ebh3
f (L, b, h, E)
片簧变形的绝对误差为
d f dL f db f dh f dE
L b h E
写成增量形式，略去高阶无穷小，
f L f b f h f E
L b h E
因所有的原始误差都是随机变量，故实际误差可 用下式估算
ห้องสมุดไป่ตู้f (
L)2 ( f
b)2 ( f
制，甚至加以消除。
2） 偶然误差（随机误差）。
这种误差是由于许多互不相关的因素引起的，其大
小和方向不能事先预测，因而只能部分地控制和减小，
因而无法消除。
1 2 ... n
n
i
i 1
n
2 1
2 1
...
2 n
2 i
i 1
2、零件的特性误差估算
1）绝对误差估算 例如片簧的弹性变形
m
强度是指零件外载荷作用的能力。强度不足时，零
件将发生断裂或产生塑性变形（永久性变形），使零件
丧失工作能力而失效。
第二节 零件与机构的误差估算和精度
一、零件的误差
1、加工误差：是指零件的实际尺寸或几何形状与理想 值之间的差异。例如片簧的 L、b、h、E
2、特性误差：是指零件的实际特性与理想特性之间的 差异。例如，片簧的挠度误差为特性误差。
h)2 ( f
E )2
L
b
h
E
2）相对误差估算（衡量零件的工作性能）
零件的绝对误差与其最大的工作范围的比值。
例如，片簧挠度误差，可用绝对误差与其最大挠度的
比值来表示。即 3、机构的特性误差 max
从动件位置是主动件位置、机构各运动学尺寸的
[精密机械设计基础][电子工业出版社]复习资料整理
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2015/12/22几页纸学会精密机械设计基础绪论“机械”是机器和机构的总称特征：①它们是人为的实物组合；②各实物之间具有确定的相对运动；③用来代替或减轻人类的劳动。
机器由各种机构组合而成，而机构是由构件组成的。
构件和零件是不同的概念，构件是“运动单元”，而零件是“制造单元”。
机械中的零件可分为两类：通用零件、专用零件第1章 受力分析和平衡力是物体间相互的作用，使得物体的运动状态发生变化，同时物体也发生了变形。
使物体的运动状态发生变化成称为力的外效应，使物体产生变形称为力的内效应。
力的三要素：大小、方向、作用点所谓“刚体”，就是在任何力的作用下，物体的大小和形状都保持不变的物体。
平衡：物体相对于地球静止或做匀速直线运动。
平衡是物体机械运动的特殊形式。
静力学公理：二力平衡理论、加减平衡力系理论、力的平行四边形法则、三力平衡汇交定理、作用与反作用定律 约束与反约束力：把零件在某些方向的运动加以限制，就是约束；构成约束的周围物体称为约束体；约束体作用于研究对象上的力称为约束反力。
常见约束类型：柔索约束、光滑接触面约束、光滑圆柱铰链约束（固定铰链支座、活动铰链支座、中间铰链） 物体受力平衡的条件：①力系中各力沿任一方向的分力的代数和应等于零；②力系中各力对于任意一点的力矩的代数和应等于零。
第2章 变形和应力分析强度：构件抵抗破坏的能力刚度：构件抵抗变形的能力按力的来源分类——主动力和约束反力按力的作用范围分类——表面力和体积力按力与时间的关系分类——静载荷和动载荷（交变载荷、冲击载荷）内力：弹性杆件在外力作用下发生变形，同时，杆件内部各部分之间产生相互作用力，这种力称为内力。
求杆件内力的方法称为 截面法拉伸或压缩时横截面正应力σ = N A = P A。
拉伸取+，压缩取- 胡克定律σ = Eε，AE Pl Δl =，弹性模量E ，应变l Δl ε= 杆中最大应力σ≤ [σ] = σlim S剪切剪应力τ = Q A 。
精密机械设计
精密机械设计第一章精密机械设计的基础知识1、什么是机械？答：一般认为它是“机器”和“机构”的总称2、机器的基本组成要素是什么？答：机械零件3、机器的基本组成部件是什么？答：各种机构4、什么叫部件？答：几个零件的组合体称为部件5、设计精密机械时应满足那些基本要求？答：1、功能要求设计精密机械时首先应满足它的功能要求。
2、可靠性要求要使精密机械在一定的时间内和一定的使用条件下有效的实现预期的功能，则要求其工作安全可靠，操作维修方便。
为此，零件应该具有一定的强度、刚度和振动稳定性等工作能力。
3、精度要求精度是精密机械的一项重要技术指标，设计时必须保证机密机械正常工作时所要求的精度。
4、经济性要求组成精密机械的零、部件能最经济的被制造出来，要求零件结构简单、节省材料、工艺性好，尽量采用标准尺寸和标准件。
5、外观要求设计精密机械时应使其造型美观大方、色泽柔和。
6、强度的概念是什么？答：强度是零件抵抗外载荷作用的能力。
7、什么叫静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷答：静载荷和静应力不随时间变化或变化缓慢的载荷和应力变载荷和变应力随时间作周期性变化的载荷和应力名义载荷在稳定和理想的工作条件下，作用在零件上的载荷计算载荷考虑影响零件强度的各种因素时，将名义载荷乘以某些系数，作为计算时采用的载荷，此载荷称为计算载荷8、什么叫静应力、变应力、应力循环，应力循环的三种形式答：静载荷和静应力不随时间变化或变化缓慢的载荷和应力变载荷和变应力随时间作周期性变化的载荷和应力应力循环应力作周期性变化时，一个周期所对应的应力变化称为应力循环三种形式①当r=-1时，称为对称循环；②当r≠-1时，称为非对称循环；③特例r=0时称为脉动循环9、什么是疲劳极限？何为有限寿命疲劳极限阶段和无限寿命疲劳阶段？答：当循环特性r 一定时，应力循环N 次后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力称为疲劳极限，用表示，0N 称为循环基数，0N N ≥区为无限寿命区，0N N ≤区为有限寿命区。
机械设计 第一章绪论_48
四、设计精密机械时应满足的基本要求：
1. 使用性（功能性）要求：实现预定功能
机械的功能指标是机械设计最基本的出发点。
2. 可靠性要求：具有一定的强度、刚度和振 动稳定性。
机械应能保证在规定的使用寿命期限内，零件 不发生各种型式的失效。 为此要进行强度、刚度和寿命的计算，这些计 算在整个设计工作量中占了很大的比例。
b.
① ②
交变应力下的强度：
其损坏形式是疲劳断裂。断裂开始的两个阶段： 金属材料的某些部分通过各种滑移方式形成初始裂纹 裂纹尖端在剪应力下发生塑性变形，使裂纹扩展。 表示应力循环次数与疲劳极限的关系
lg(
rN
疲劳曲线（ N 曲线）：
rN
N C
m rN
N mm 2
)
m rN N C
a.
静应力下的强度：可以用上述两种方法中的 任意一种。
用塑性材料制成的零件 用脆性材料制成的零件
屈服极限
S
、S
强度极限 B 、 B
当材料缺少屈服极限的数据时，可取强度极限， 但安全系数应取大一些。
安全系数与许用应力的关系： 安全系数过大：材料浪费，结构过于笨重 安全系数过小：零件强度不足而失效
参数化设计
§1-2 零件和机构的误差估算和精度
一、误差与精度的概念
误差：实际值－真值 误差 ↑ 1. 零件误差 按使用场合 加工误差：零件的实际尺寸与理想值之差。 的不同 特性误差：实际特性与给定特性之差。 2. 机构误差：实际机构运动精度与理想机构运动精度 之间的偏差。 精度↓
二、零件和机构的误差
在交变载荷的作用下，零件将产生机械振动。 共振：零件的固有频率与载荷的频率相同。 例：圆柱形拉压螺旋弹簧的固有频率为：
精密机械设计基础
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第13页
精密机械设计
第三章 零件的几何精度
精密机械与精密仪器系 李永新 liyx@ University of Science and Technology of China
– 采用包容要求的单一要素应在其尺寸极限偏差 或公差带代号后加注符号“E ”，见图3-21a
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• 包容要求 轴的实际表面必须在最大实体边界内，该边界
尺寸为 dM＝φ150mm，其局部实际尺寸不得小于dL＝ φ149.96mm（图c、d）；当轴径均为dM＝φ150mm时， 其允许的形状误差为零（图b）；当轴径均为dL＝ φ149.96mm时，其允许的形状误差可达到最大值0.04mm，
即等于尺寸公差（图d）。
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（2）最大实体要求
• 最大实体要求是指被测实际要素的实际轮廓应遵守其最大 实体实效边界，当其实际尺寸偏离最大实体尺寸时，允许 其形位误差值超出在最大实体状态下给出的公差值的一种 要求。
• 最大实体要求仅适用于中心要素，且保证装配互换的场所。 • 最大实体要求的符号为“M ”。当应用于被测要素时，应
公差是产品设计时给定的
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第二节 极限与配合的基本术语和定义
一、轴与孔
孔与轴的基本特征表现为包容和被包容的关系， 即孔为包容面，轴为被包容面。
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三、尺寸偏差和尺寸公差
精密机械设计基础
B1 B0
B 1 ′ B0 ′
位移误差： Δ B1 B0 B1 B0
相对位移误差： Δ Δ
20/13
五. 精度概念（不确定度）
表征测量结果与真实值的接近程度。
精度的高低常用误差的大小来度量，误差
越小，则精度越高（不确定度越小）。
20/07
1. 加工误差 机械零件的实际尺寸和几何形状与理想 值之间的差异。 如：几何参数误差：长度、高度、角度等 几何形状误差：圆度、直线度等 相对位置误差：平行度、垂直度等 造成加工误差的因素十分复杂，如设备、 检具、人为等，正常误差值符合正态分布。
误差在系统中存在累积，可以利用原理 性方法予以控制。
机械设计中控制精度的方法：
公差与配合：标准公差等级、基本偏差
例1：预控制长度尺寸100的精度 设计标注为：100±0.03
0 50 h 7 例2：外圆尺寸精度设计： 0.025
20/14
六. 机械设计的误差分析
1. 设计误差（原理性误差） 采用近似机构代替理想机构（或近似假 设），使得设计的零件或机构在原理上产生 了误差。
规划、方案、技术、施工
2.功能设计法（最重要的设计途径） 以分析产品功能为基点，运用相应技术
手段寻求实现的总体方案设计。
设计主要流程：
主要功能→原理性构思→简图→方案整合
20/02
二. 零件的工作能力及其计算 产品由多机构组成，机构的最小单元是零 件，实现产品预定功能必须保证零件质量。 机械设计要素：运动、动力
σ s( σ b) σ max σ n
20/06
三. 零件的误差 机械制造过程，各类误差客观存在。
绪论及第一章精密机械设计的基础知识
第二节
零件的工作能力及其计算
一、强度——零件抵抗外载荷作用的能力
零件的强度不足时，将发生断裂或产生塑性变形 1、静应力下的强度
简单应力：
max
[ ]
[ ]
lim
max [ ]
S
[ ]
lim
S
S
lim
或
S
lim
[S ]
[S ]
或 EX 0 1 0 ... 0 10 0 .4
则 EX 0 0 . 7 1 0 . 2 2 0 . 1 0 . 4
精密机械设计的基础知识
精密机械设计的基础知识引言精密机械设计是一门工程学科，主要涉及设计、制造和优化精密机械系统的原理和方法。
在现代科技的发展中，精密机械在各个领域的应用越来越广泛，如光学仪器、半导体设备、医疗器械等。
本文将介绍精密机械设计的基本概念和关键知识，帮助读者理解精密机械设计的原理和方法。
精密机械设计的定义精密机械设计是指通过合理的设计方案和优化方法，满足特定工作要求并保证高精度和稳定性的机械系统。
它需要考虑材料特性、机械结构、传动系统、控制系统等因素，以确保机械系统的性能达到预期的要求。
精密机械设计的关键要素1. 精度要求精密机械设计的一个重要方面是确定精度要求。
精度是指机械系统输出值与设计值之间的差异。
在精密机械设计中，需要根据实际应用需求来确定所需的精度水平。
不同的应用领域有不同的精度要求，例如在光学仪器中，精度通常要求达到亚微米级别。
2. 结构设计结构设计是精密机械设计的核心部分。
它涉及到确定机械系统的几何形状和尺寸。
在结构设计中，需要考虑机械件的强度、刚度、耐磨性等性能，以确保机械系统的长期稳定性和可靠性。
3. 传动系统设计传动系统设计是指选择合适的传动装置来实现机械系统的运动。
常见的传动形式包括齿轮传动、带传动、链传动等。
在传动系统设计中，需要考虑传动效率、传动精度、传动承载能力等因素，以满足精密机械系统的要求。
4. 控制系统设计控制系统设计是精密机械设计中的重要环节。
它涉及到确定合适的控制方法和控制器，以实现对机械系统运动的精确控制。
在控制系统设计中，需要考虑控制精度、响应速度、系统稳定性等因素，以确保机械系统的准确性和可靠性。
精密机械设计的优化方法为了提高精密机械系统的性能，需要采用合理的优化方法来优化设计方案。
以下是几种常见的优化方法：1. 性能参数设计通过选择适当的性能参数，可以对机械系统进行全面的性能评估。
例如，可以选择机械系统的刚度、阻尼和共振频率作为性能参数进行优化，以使机械系统的动态响应达到最优。
机械设计思路绪论讲义
四、设计精密机械时应满足的基本要求：
1. 使用性（功能性）要求：实现预定功能 2. 机械的功能指标是机械设计最基本的出
发点。 3. 2. 可靠性要求：具有一定的强度、刚度和
振动机稳械定应能性保。证在规定的使用寿命期限内，零件
不发生各种型式的失效。 为此要进行强度、刚度和寿命的计算，这些计
算在整个设计工作量中占了很大的比例。
系列化：是指对于同一产品，为了符合不同的使用条 件，在同一基本结构或基本尺寸条件下，规定出若干个辅 助尺寸不同的产品，称为不同的系列。
通用化：指系列之内或跨系列的产品之间，尽量采用 同一结构和尺寸的零部件，以减少零部件数量。
“三 化” :零件的标准化、部件的通用化和产品的系列化
4. 精度要求 5. 其它特殊要求
3．经济性要求
制造成本
成本
简化结构 选用适当的材料 确定合理的加工精度 标准化、通用化பைடு நூலகம்系列化
使用成本
降低机械的能量损失 考虑到维修的方便性和经济性
设计阶段的工作如何，就基本上决定了一个产品 成本的高低。
标准化、通用化、系列化
标准化：是指对零件的尺寸，结构要素、材料性能、 检验方法和制图要求等，制定出各式各样的大家共同遵守 的标准。
艺性收 品
集用户 销
意见
售
三者中至少应该有一项是首创的
一、机开械发性设设计计 的过程
功能 工作 主体
原理 结构
设 计 的 类
实现自主创新，拥有自主知识产 权主要依靠开发性设计。创新性 最强、过程最完整。
型 适应性设计
对现有的机械进行 局部的修改或增补 。
参数化设计
不改变机械的基本结构、只 改变机械功能的范围、机械 的尺度和参数。
第一章精密机械设计的基础知识
2）第二步为新产品的技术设计——称后期开发，
完成后应绘制总装配图、部件装配图、零件工作图、各种 系统图（传动系统、液压系统、电路系统、光路系统等） 以及详细的设计说明书、使用说明和验收规程等各种技术 文件。以上各个环节须相互配合与联系，设计工作往往经 过多次修改与反复，逐步逼近，达到优化（技术先进可靠、 经济合理、造型美观）
失效——零件丧失正常工作能力或达不到设计要求的性能
失效形式：强度失效、刚度失效、磨损失效、振动、 噪声失效、精度失效、可靠性失效
二、机械零件的计算准则
计算准则——以防止产生各种可能失效为目的而拟定的零 件工作能力计算依据的基本原则
1、强度准则
是零件抵抗外载荷作用的能力，即零件在载荷作用下抵 抗破坏的能力。强度不够产生断裂、变形零件丧失工作能 力。衡量参数有：
Rt
Nt N
NNf N
1 N f N
不可靠度（失效概率）：
Ft
Nf N
1 Rt
,
Rt Ft 1
n个零件组成的串联系统，单个零件的可靠度:R1、R2 、 …Rn， 则系统的可靠度为Rf=R1R2…Rn
三、强度
1．载荷与应力
在计算零件强度时，需要根据作用在零件上载荷 的大小、方向、性质和工作情况，确定零件中的 应力。作用在零件上的载荷和相应的应力，按随 时间变化的情况可分为：
4、振动和噪声准则
f p 0.85 f ,
f p 1.15 f
5、热平衡准则
t t
6、可靠性准则 系统、机器或零件在规定的条件下和规定 的时间内完成规定功能的能力。
Rt ：可靠度——表示零件在规定的条件下和规定的时间
内完成规定功能的概率
N个相同零件在同样条件下同时工作，在规定的时间内有Nf 个失效，剩下Nt个仍继续工作，则
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应力-应变图
2）将零件在载荷作用下的实际安全系数sδ、sτ与许用安全 系数 [sδ]、[sτ]比较，其强度条件为
Rt
Nt N
NNf N
1 N f N
不可靠度（失效概率）：
Ft
Nf N
1 Rt
,
Rt Ft 1
n个零件组成的串联系统，单个零件的可靠度:R1、R2 、 …Rn， 则系统的可靠度为Rf=R1R2…Rn
三、强度
1．载荷与应力
在计算零件强度时，需要根据作用在零件上载荷 的大小、方向、性质和工作情况，确定零件中的 应力。作用在零件上的载荷和相应的应力，按随 时间变化的情况可分为：
Ｂ）∴圆ρ柱Σ越体大，H mσaxHmax越p11小2
，球 H max
1
p2 3
Ｃ）同样的p1、p2下，内接触时ρΣ较小， σHmax较小，约 为外接触时的48%，∴重载情况下，采用内接触，有
利于提高承载能力或降低接触副的尺寸。 (3) 失效形式
静应力: 表面压碎 ——脆性材料, 表面塑性变形——塑性材料
E1、E2——两圆柱体材料的弹性模量；
μ1、μ2——两圆柱体材料的泊松比， 当μ1=μ1=μ时，δH可简化为 ：
H
Fµ E
2 (1 µ2）
当两钢制圆拄在力F作用下相压时，最大接触应力δH为：
1 2 0.3, E1 E2 E, H max 0.418
FE
b
Hmax Hmax
(2)两球接触
变应力：疲劳点蚀——齿轮、滚动轴承的常见失效形式。
多数出现疲劳点蚀（局部应力大于许用强度）——在循环应力作用下接触表面产生疲劳裂纹，裂纹扩展导致表面小块 金属脱落。点蚀又分：扩张性点蚀（产生于硬度大的材料）；局限性点蚀（产生于软载荷小的材料），疲劳点蚀使零件表 面失去正确形状、降低工作精度、产生噪声和振动、降低零件使用寿命。
３.零件的表面强度
分１）表面接触强度δH； 2）表面磨损强度P或PV ．
在精密机械中，经常遇到两个零件上 的曲面相互接触传递压力，理论上是点接 触或线接触→实际上由于接触部分的局部 弹性变形而形成面接触→由于接触面积很 小，使表层产生的局部应力却很大。该应 力称为接触应力。
在表面接触应力作用下的零件强度称 为接触强度
无限寿命区
—对应无限寿命区的疲
劳极限，称持久极限． Ａ）有限寿命区
N
当N<103(104)—低周循环，
疲劳极限接近于屈服极限，
按静强度计算
O
N
N0
N
当N>103(104)——高周循环疲 N
劳当103 (104 ) N 时N随0 循环次数↑ 疲劳极限↓
有限寿命区
无限寿命区
N
Ｂ）无限寿命区
失效——零件丧失正常工作能力或达不到设计要求的性能
失效形式：强度失效、刚度失效、磨损失效、振动、 噪声失效、精度失效、可靠性失效
二、机械零件的计算准则
计算准则——以防止产生各种可能失效为目的而拟定的零 件工作能力计算依据的基本原则
1、强度准则
是零件抵抗外载荷作用的能力，即零件在载荷作用下抵 抗破坏的能力。强度不够产生断裂、变形零件丧失工作能 力。衡量参数有：
4、振动和噪声准则
f p 0.85 f ,
f p 1.15 f
5、热平衡准则
t t
6、可靠性准则 系统、机器或零件在规定的条件下和规定 的时间内完成规定功能的能力。
Rt ：可靠度——表示零件在规定的条件下和规定的时间
内完成规定功能的概率
N个相同零件在同样条件下同时工作，在规定的时间内有Nf 个失效，剩下Nt个仍继续工作，则
3)材料的疲劳曲线和极限应力图
N ( N ) ——当r一定时，应力循环N次后，材料不发
生疲劳破坏时的最大应力称为疲劳极限 用δrN表示。
疲劳寿命（N）——材料疲劳失效前所经历的应力循环次数N
疲劳曲线： 应力循环特性一定时，材料的疲劳极限与应力循环
次数之间关系的曲线
N N
No —循环基数
N
有限寿命区
计算依据：弹性力学的赫兹公式
1）表面接触强度（应力）
(1)两圆柱体接触
Hmax Hmax
F
1 b
2a 2
F
H
F
1
µ12 E1
1 µ22 E2
δH ——最大接触应力； Fμ——接触线单位长度上的应力，=Ｆ／b； ρ——两圆柱体在接触处的综合曲率半径。
1/ρ=1/ρ1±1/ρ2 正号用于外接触，负号用于内接触。
≥350HBS钢， No=(10 - 25)x107
有色金属(无水平部分)，规定当No>25x107时,近似为无限寿命
区
② m—指数与应力与材料的种类有关。
钢 m=9——拉、弯应力、剪应力 m=6——接触应力
青铜 m=9——弯曲应力
m=8——接触应力
③ 应力循环特性越大，材料的疲劳极限与持久极限越大，对零件 强度越有利。 对称循环（应力循环特性=-1）最不利
Pd
KAP
3）选择零件的材料 4）按可能的失效形式确定零件的计算准则，并确定零件的
基本尺寸，并加于标准化和圆整
5）零件的结构设计 6）绘制零件的工作图，并编写计算说明书
§1—2 机械零件的工作能力及其计算准则
一、机械零件的工作能力
工作能力——零件不发生失效时的安全工作限度。即 零件为达到预期的设计要求较长期使用（在一定时间、一 定使用条件下有效地实现预期功能）的能力，如要有足够 的强度、刚度、绕度（稳定性）、耐磨性、精度等
密机械正常工作时的精度要求。如回转精度、导轨导向精度
4．经济性要求： 成本低——零件结构简单、工艺性好、省料，标准化、通用 化、系列化
5．人-机友好： 造型美观大方、色彩柔和、操作宜人
二、精密机械设计的一般步骤
新产品开发都必须经过设计过程： 开发性设计——利用新原理、新技术设计新产品; 适应性设计——保留原产品的原理及方案不变，只对个别零 部件进行重新设计; 变参数设计——保留原产品的功能、原理方案和结构，仅改 变零部件的尺寸和结构布局形成系列产品。
[ ] lim
S
[ ] lim
2、刚度准则
St
lim
(
lim
)
B S
( (
B S
) )
脆性材料 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] pv pv
C）脉动应力： 特例r=0、δm=1/2|δmax|
考虑零件工作实际情况，如 变形、工作阻力变化、工作 状态变化（启停）、冲击等
因素，将名义载荷乘以一些
系数加以修正。
2.零件的整体强度
零件整体抵抗载荷作用的能力称零件整体强度。判 断零件整体强度的方法（准则）有两种：
1）将零件在载荷作用下产生的应力（δ、τ）与零件许用 应力（[δ]、[τ]）相比较，其强度条件为:
精密机械（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
小批生 投 产试销 产
考核
产
工艺
品
性收
销
集用
售
户意
见
三、机械零件设计的一般步骤
1）建立零件的受力模型，确定零件的计算载荷 2）选择零件的类型与结构
3．试制阶段：样机试制完成后，应进行样机实验，并作 出全面的技术经济评价，以决定设计方案是否可行或需要 修改。
投产销售阶段：样机实验成功后，对于批量生产的产品尚 须进行工艺、工装方面的生产设计。经小批试制、用户试 用、改进和鉴定后，即可投入正式生产与销售。经过开展 售后服务（），发现产品薄弱环节，进一步完善产品设计， 提高产品可靠性，萌发新的设计构思，开发新产品。
1
H max
1
3
bF[
p
1 12
1
2 2
]
E1
E2
1 2
0.3, E1 E2
E时, H max
0.3883
F E2 p2
ρ——综合曲率半径
1 1 12
F
说明 Ａ）圆柱体
F1 2 H max
，球
∴σHmax与F不呈线性关系
F1 3 H max
新产品开发设计，从提出任务到投放市场的全部程序
要经过如下四个阶段：
1．调查决策阶段：
了解市场（用户）需求，收集有关的技术资料及新 技术、新工艺、新材料的应用情况。拟定新产品开发 计划书。方案多样，反复分析优化。决策是非常关键 的一不，直接影响设计工作和产品开发成本
2．研究设计阶段：在决策后进行。
1）第一步主要为功能设计研究——称前期开发，任务是 解决技术中的关键问题。需要对新产品进行实验研究和 技术分析，验证原理的可靠性和发现存在的问题。并写 出总结报告和、总布局图和外形图等等
sδ=δlim/δ< [sδ]、sτ=τlim/τ< [sτ]
1）
A）对静应力情况下的强度：可以使用以上两种判断方法。 对塑性材料制成的零件取材料的屈服极限δs、τs作为零 件的极限应力；对脆性材料制成的零件取材料的强度极 限sb、τb作为零件的极限应力。