第2章机械设计总论
机械设计第十版考点知识点总结
第一章绪论1.机器是用来代替人们体力和部分脑力劳动的工具。
2.机器的基本组成要素是机械零件。
第二章机械设计总论1.原动机部分是驱动整部机器完成预定功能的动力源。
2.执行部分是用来完成机器预定功能的组成部分。
3.传动部分是用来完成运动形式、运动及动力参数转变的。
4.机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。
5.设计机器的一般程序：计划阶段、方案设计阶段、技术设计阶段、技术文件编制阶段、计算机在机械设计中的应用。
6.机器的主要要求：使用功能要求、经济性要求、劳动保护和环境保护要求、寿命可靠性的要求。
7.机械零件的主要失效形式：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏、破坏正常工作条件引起的失效。
8.设计机械零件时应满足的基本要求：避免在预定寿命期内失效的要求、结构工艺性要求、经济性要求、质量小的要求、可靠性要求。
9.避免在预定寿命期内失效要求：强度、刚度、寿命。
10.机械零件的设计准则：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则。
11.平均工作时间MTTF：对不可修复的零件，其失效前的平均工作时间。
12.平均故障间隔时间MTBF：对可修复的零件，其平均故障间隔时间。
第三章机械零件的强度1.机械中各零件之间力的传递，是通过两个零件的接触来实现的，接触分为外接触和内接触，也可分为点接触和线接触。
2.可以吧一切引起失效的外部作用的参数称为应力，把零件本身抵抗失效的能力称为强度。
第四章摩擦、磨损及润滑概述1.当在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力的影响而发生相对滑动，或有相对滑动的趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这一自然现象称为摩擦，产生的阻力称为摩擦力。
2.摩擦分为两类：一类是发生在物质内部，阻碍分子间相对运动的内摩擦；另一类是当相互接触的两个物体发生相对滑动或有相对滑动的趋势时，在接触表面上产生的阻碍相对滑动的外摩擦。
3.仅有相对滑动趋势时的摩擦称为静摩擦。
4.相对滑动进行中的摩擦称为动摩擦。
机械设计总论(ppt 95页)
3. 寿命要求 影响零件寿命的主要因素有
疲劳破坏 腐蚀 磨损
大部分零件工作在变应力下，疲劳破坏是引起 零件破坏的主要原因。影响疲劳强度的因素有
▲应力集中 ▲零件的尺寸大小 ▲零件表面质量及环境状况 零件处在腐蚀性介质中工作时，可能使材料遭到腐蚀。
2、经过优化的举升液压缸布置方式
3 举升运输装备结构设计
四、技术文件编制
技术文件
设计说明书 使用说明书 零件明细表 标准件汇总表
试验大纲 ……
湘电风能： 大型叶片举升运输装备
叶片水平运输时，运输装备图。
湘电风能： 大型叶片举升运输装备
叶片举升一定角度运输图。
§2-3 对机器的主要要求
设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下， 根据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何， 一般来说，对机器都要提出以下的基本要求：
机械零件失效实例：
潘存云教授研制
齿轮轮齿折断
潘存云教授研制
轮齿塑性变形
潘存云教授研制
轴承内圈破裂
潘存云教授研制
轴承外圈塑性变形
潘存云教授研制
轴瓦磨损
潘存云教授研制
齿面接触疲劳
失效原因: 强度、刚度4.79%; 腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%，是主要失效原
机器实例
机器实例
控制部分——保证机器的启动、停止和正常协调动 作。
传感部分——将机器的工作参数，如位移、速 度、加速度、温度、压力等反馈给控制部分。
辅助部分——包括机器的润滑、显示、照明等。 也是保证机器正常工作不可缺少的部分
§2-2 设计机器的一般程序
一般而言，机器的设计阶段是决定机器好坏的 关键一环。机械设计是一个创造性的工作过程，实 践经验是保证设计质量的重要因素。因此，要求设 计者特别注意经验的积累。
机械设计第二章
破坏正常工作条件引起的失效 胶合
打滑、共振、
机械电子工程学院
机械零件失效的实例：
齿轮轴断裂 整体塑变
轮齿磨损
机械电子工程学院
机械零件失效的实例：
齿轮轮齿折断
轴承内圈破裂
轮齿塑性变形
机械电子工程学院
轴承外圈塑性变形
机械零件失效的实例：
被联件拉断
被联件相对滑移
机械电子工程学院
轴瓦磨损
齿面接触疲劳
机械电子工程学院
2. 经验设计
根据经验关系式，用类比的方法所进行的设计。如：箱
体的结构设计
2016/12/27
48
机械电子工程学院
3. 模型实验设计
把初步设计的零、部件或机器作成小模型或小尺
寸样机进行实验。如：飞机、桥梁的风洞实验。
机械电子工程学院
第八节 机械零件设计的一般步骤
机械电子工程学院
机械电子工程学院
四、质量小的要求
减小零件质量的好处： 节约材料。 减小惯性；改善机器的动力性能。 便于运输。
机械电子工程学院
五、可靠性要求
机械零件设计过程中存在不确定因素 参数不确定性：尺寸参数（制造精度） 设计参数（数据不足）
模型不确定性： （1）材料各向同性；
（2）小变形及线弹性；
（3）简化的简支梁； （4）圆柱体接触； （5）齿轮都是刚性体。
编制技术文件
第二节
机器的运动学设计
设计机器的一般程序
根据确定的结构方案 确定原动件参数（功率、转速、线速度） 确定各运动部件的运动参数（转速、速度、加速度）
机器的动力学计算
计算各主要零件所受的名义载荷
零件的工作能力设计
依据零件的设计准则和名义载荷，确定零部 件的基本尺寸
濮良贵《机械设计》(第10版)教材辅导书(机械设计总论)【圣才出品】
第2章机械设计总论
2.1 复习笔记【知识框架】
【通关提要】
本章是本书的基础章节之一，主要介绍了机械零件的失效形式和设计程序及准则。
学习
时需要掌握机器设计的程序、零件失效形式和设计准则以及提高强度和刚度的措施等内容。
本章主要以选择题、填空题和简答题的形式考查，复习时需把握其具体内容，重点记忆。
【重点难点归纳】
一、机器的组成（见表2-1-1）
表2-1-1 机器的组成
二、设计机器的一般程序（见表2-1-2）
表2-1-2 设计机器的一般程序
三、对机器的主要要求（见表2-1-3）
表2-1-3 对机器的主要要求
四、机械零件的主要失效形式（见表2-1-4）
表2-1-4 机械零件的主要失效形式
五、设计机械零件时应满足的基本要求（见表2-1-5）
表2-1-5 设计机械零件时应满足的基本要求。
机械设计各章选择题及答案
第二章机械设计总论一．选择题2-1 机械设计课程研究的内容只限于____3___。
(1) 专用零件的部件(2) 在高速，高压，环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件(3) 在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件(4) 标准化的零件和部件2-2 下列8 种机械零件：涡轮的叶片，飞机的螺旋桨，往复式内燃机的曲轴，拖拉机发动机的气门弹簧，起重机的起重吊钩，火车车轮，自行车的链条，纺织机的纱锭。
其中有__4___是专用零件。
(1) 3 种(2) 4 种(3) 5 种(4) 6 种2-3 变应力特性可用σmax,σmin,σm, σa, r 等五个参数中的任意__2___来描述。
(1) 一个(2) 两个(3) 三个(4) 四个2-4 零件的工作安全系数为__2__。
(1) 零件的极限应力比许用应力(2) 零件的极限应力比零件的工作应力(3) 零件的工作应力比许用应力(4) 零件的工作应力比零件的极限应力2-5 在进行疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的_2___。
(1) 屈服点(2) 疲劳极限(3) 强度极限(4) 弹性极限第三章机械零件的强度一．选择题3-1 零件的截面形状一定，如绝对尺寸(横截面尺寸)增大，疲劳强度将随之_3____。
(1) 增高(2) 不变(3) 降低3-2 零件的形状，尺寸，结构相同时，磨削加工的零件与精车加工相比，其疲劳强度___1___。
(1) 较高(2) 较低(3) 相同3-3 零件的表面经淬火，渗氮，喷丸，滚子碾压等处理后，其疲劳强度__1_____。
(1) 增高(2) 降低(3) 不变(4) 增高或降低视处理方法而定第四章摩擦，磨损及润滑概述一．选择题4-1 现在把研究有关摩擦，磨损与润滑的科学与技术统称为__4_____。
(1) 摩擦理论(2) 磨损理论(3) 润滑理论(4) 摩擦学4-2 两相对滑动的接触表面，依靠吸附的油膜进行润滑的摩擦状态称为__4_____。
《机械设计(3D版)》张继忠第2章 机械设计总论
对机器的主要要求
（五）其他专用要求
设计机器时，在满足前述共同的基本要求的前提下，还应着重地 满足机器的特殊要求，以提高机器的使用性能。
零件是组成机器的基本要素，零件和机器是局部和整体的关系。 因此，机器的各项要求的满足，是以组成机器的机械零件的正确设计 和制造为前提的。亦即零件设计的好坏，将对机器使用性能的优劣起 着决定性的作用。
5. 可靠性要求
在设计零件时需要考虑保证零件的可靠性。零件可靠度的定义和 机器可靠度的定义是相同的，即在规定的使用时间（寿命）内和给 定环境条件下，零件能够正常地完成其功能的概率。
§2-6 机械零件的设计准则
机械零件的计算准则1
设计零件时，首先应根据零件的失效形式确定其设计准则以及相 应的设计计算方法。一般来讲，有以下几种准则：
设计机器的一般程序
（二）方案设计阶段
方案设计阶段对设计的成败起着至关重要的作用。在这一阶段中 也充分地表现出设计工作有多个解（方案）的特点。
实现机器的功能是机器设计的核心。此阶段，对设计任务书提 出的机器功能中必须达到的要求、最低要求及希望达到的要求进行 综合分析，这些功能能否实现，多项功能间有无矛盾，相互间能否 替代等。在此基础上最终确定出功能参数，并作为进一步设计的依 据。
§2-4 机械零件的主要失效形式
机械零件的主要失效形式1
机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余变形、零件 的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。 （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。
第2章 机械设计总论
1第二章机械设计总论一、选择题1－1 机械设计课程研究的内容只限于____________。
（1）专用零件和部件（2）在高速、高压、环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件（3）在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件（4）标准化的零件和部件1－2 下列8种机械零件：螺旋千斤顶中的螺杆，机床的地脚螺栓，车床的顶尖，减速器中的齿轮，拖拉机发动机的气缸盖螺栓，船舶推进器上的多环推力轴承，颚式破碎机上的V带轮，多气缸内燃机曲柄轴上的盘形飞轮。
其中有__________是通用零件。
（1）3种（2）4种（3）5种（4）6种1－3 下列8种机械零件：涡轮的叶片，飞机的螺旋桨，往复式内燃机的曲轴，拖拉机发动机的气门弹簧，起重机的起重吊钩，火车车轮，自行车的链条，纺织机的纱锭。
其中有___________是专用零件。
（1）3种（2）4种（3）5种（4）6种1－4 下列四种叙述中___________是正确的。
（1）变应力只能由变载荷产生（2）静载荷不能产生变应力（3）变应力是由静载荷产生的（4）变应力是由变载荷产生的，也可能由静载荷产生1－5 发动机连杆横截面上的应力变化规律如图所示，则该变应力的应力比r为___________。
（1）0.24 （2）－0.24（3）－4.17 （4）4.171－6 发动机连杆横截面上的应力变化规律如题1－5图所示，则其应力幅σa和平均应力σm分别为___________。
题1－5图（1）σa＝-80.6MPa,σm=49.4MPa（2）σa=80.6MPa,σm=-49.4MPa（3）σa=49.4MPa,σm=-80.6MPa （4）σa=-49.4MPa,σm=-80.6MPa1－7 变应力特性可用σmax、σmin、σm、σa、r等五个参数中的任意___________来描述。
（1）一个（2）两个（3）三个（4）四个1－8 零件的工作安全系数为___________。
机械设计教案
教材分析1.教材基本信息教材名称:机械设计出版社：高等教育出版社主编:濮良贵出版时间：2013年5月第9版2。
章节内容第一章绪论第二章机械设计总论第三章机械零件的强度第四章摩擦、磨损及润滑第五章螺纹连接机螺旋传动第六章键、花键、物件连接和销联结第七章铆接、焊接、胶接和过盈连接第八章带传动第九章链传动第十章齿轮传动第十一章蜗杆传动第十二章滑动轴承第十三章滚动轴承第十四章联轴器和离合器第十五章轴第十六章弹簧第十七章机座和箱体1第十八章减速器和变速器3。
教学手段和方法教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发教学手段：课件演示、视频课件4.实训教学环节实训一:连接件认知（螺栓、键、销）实训二：传动部件认知（带、齿轮、蜗杆、链传动）实训三：轴系部件认知（轴、轴承、联轴器、离合器等）5.教材优缺点分析优点：《“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材：机械设计（第9版）》是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，是在西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著，濮良贵、纪名刚主编《机械设计》（第八版）的基础上，根据教育部2011年制订的“机械设计课程教学基本要求"和编者多年来的教学实践经验，考虑加强学生素质教育和能力培养，结合拓宽专业面后的教学改革以及我国机械工业发展的需要修订而成的。
内容上能够反映现代机械设计的最新技术，具有较强的针对性和实用性.书后附录有常用量的名称、单位、符号及换算关系。
教材覆盖面广,较为权威。
缺点:配套习题略少，没有配套的实验指导类教材6.参考教材机械设计指导手册（图书馆）机械设计课程设计机械设计习题集2第1次 2学时单元标题:第一章绪论第二章机械设计总论课堂类别:理论教学目标：1、了解机器的组成;明确零件的概括分类及零件与机器的关系。
2、明确本课程的内容、性质和任务；注意本课程与先修课程及后续课程的关系和相应的学习方法.3、深刻理解机械零件的失效形式及应满足的基本要求。
机械设计基础-总论
第二章机械设计总论基本要求1、了解机械的构成及功能结构。
2、了解机械设计的特点。
第一节机器的组成机器的发展经历了一个从简单到复杂的过程。
人类为了满足生产及生活的需要，设计和制造了类型繁多、功能各异的机器。
但是，只有在蒸汽机出现以后，机器才具有了完整的形态。
一部完整的机器由原动机部分、执行部分、传动部分、控制系统和辅助系统组成。
原动机部分是驱动整部机器以完成预定功能的动力源。
一般来说，它是把其它形式的能量转换为机械能。
原动机的动力输出绝大多数呈旋转运动的状态，输出一定的转矩。
原动机经历了如下发展过程.执行部分是用来完成机器预定功能的组成部分。
一部机器可以只有一个执行部分，也可以把机器的功能分解成好几个执行部分。
它是一部机器中最接近作业工作端的机构，它通过执行构件与被作业件相接触，以完成作业任务。
传动部分用来连接原动机部分和执行部分，用来将原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。
例如：把旋转运动转换为直线运动；高转速变为低转速；小转矩变为大转矩等。
机器的传动部分大多数采用机械传动系统，有时也采用液压或电力传动系统。
机械传动系统是绝大多数机器不可缺少的重要组成部分。
随着机器的功能越来越复杂，对机器的精度要求也越来越高，所以机器除了以上三个部分外，还会不同程度地增加其它部分，如控制系统和辅助系统等。
控制系统用来处理机器各组成部分之间，以及与外部其它机器之间的工作协调关系。
第二节设计机器的一般程序一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。
它是一个创造性的工作过程，同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工作。
作为一部完整的机器，它是一个复杂的系统。
要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序。
设计机器的一般程序：计划阶段在根据生产或生活的需要提出所要设计的新机器后，计划阶段只是一个预备阶段。
此时，对所要设计的机器仅有一个模糊的概念。
在计划阶段中，应对所设计的机器的需求情况作充分的调查研究和分析。
机械设计概念题
8、V 带传动中，V1 为主动轮圆周速度，V2 为从动轮圆周速度，V 为带速，这些速度之间存
在的关系是（ B ）
A.V1=V2=V
B.V1>V>V2
C.V1<V<V2
D.V1=V>V2
9、带传动中，带每转一周，拉应力是（ A ）
A.有规律变化的
B.不变的
C.无规律变化的
二、填空题 1、带传动工作时，带中的应力有紧边和松边拉力产生的 拉 应力、离心力产生的拉应力和 弯曲 应力。最大应力发生在紧边与 小 带轮的接触处。 2、已知某 V 带传动所传递的功率 P=5.5kW，带速 v=8.8m/s，紧边拉力 F1 与松边拉力 F2 的关 系为 F1=1.5F2。则其有效圆周力 Fe 为 625 N，紧边拉力为 1875 N，松边拉力为 1250 N。 3、带传动中，带每转一周受 拉 应力、 弯曲 应力和 离心拉 应力作用，最大应力发生在 带的紧边开始绕上小带轮处 。 4、选取 V 带型号，主要取决于 功率 和 小带轮转速 。 5、带传动的主要失效形式是 打滑 和 疲劳破坏 。
6、带传动中紧边拉力为 F1，松边拉力为 F2，则其传递的有效圆周力 F 为（ C ）
A.F1+F2
B.（F1-F2）/2 C.F1-F2
D.（F1+F2）/2
7、作为普通 V 带工作面的两侧面夹角为φ=40°，相应的 V 带轮槽的两侧面夹角则（ B ）
3
A.大于 60°
B.小于 40°
C.等于 40°
。Fmax 与初拉力 F0、包角α1 和摩擦系数 f 有关。
（2）F0 大、α1 大、f 大，则产生的摩擦力大，传递的最大有效圆周力也大。
5、如图所示为带传动简图。轮 1 为主动轮。试问：（1）带传动的主要失效形式有哪些？（2） 带传动工作时为什么出现弹性滑动现象？这种滑动是否可以避免？（3）带传动工作时，带
机械设计题库(第八版
NT
40
失效率 Q = 1− R = 1 − 0.825 = 17.5%
KUST
4
一 名词解释
吴老师机械设计教学资料
第3章 机械零件的强度
(1) 静应力：静应力:大小和方向不随转移而产生变化或变化较缓慢的应力，其作用下零件可能产生静 断裂或过大的塑性变形，即应按静强度进行计算。
(2) 变应力：大小和方向均可能随时间转移产生变化者，它可以是由变载荷引起的，也可能因静载荷 产生(如电动机重量给梁带来的弯曲应力)变应力作用的零件主要发生疲劳失效。
(3) 在载荷几何形状相同的条件下，钢制零件间的接触应力 Ｃ 铸铁零件间的接触应力。
A. 小于
B. 等于
C. 大于
(4) 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值 Ａ 。
A. 相等
B. 不相等
C. 是否相等与材料和几何尺寸有关
5
吴老师机械设计教学资料
(5) 在图 3-1 所示某试件的σ m − σ a ，极限应力简图中，如工作应力点 M 所在的 ON 线与横轴间夹角 θ = 45 °，则该试件受的是 Ｃ 。
3
答：机器主要由五部分组成：
吴老师机械设计教学资料
① 原动机 主要提供动力，如汽车的发动机；
② 传动部分 提供变速、改变运动方向或运动形式等，如汽车的变速箱、传动轴、离合器等；
③ 工作部分 直接完成设计者的构想，代替或减轻人类的工作，如汽车的车轮、转向器等；
④ 控制部分 使机器各部分运动协调。可以是手控、电控、遥控等。如汽车的各个按钮、手柄等；
(3) 工作应力：用计算载荷按材料力学基本公式求得作用在零件剖面上的内力:σ p , σ c , σ F ,τ , τ T
机械设计总论-机械设计第八版西北工业大学机械原理及机械零件教研室_OK
机器实例
10
机器实例
11
机器实例
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§2-1 机器的组成
润滑、显示、照明等辅助系统
原动机
传动部分
执行部分
控制系统
13
§2 -2 设 计 机 器 的 一 般 程 序
23
§2-5 机械零件应满足的基本要求
（二）结构工艺性要求 零件具有良好的结构工艺性，是指在既定的生产条件下，能够 方便而经济地生产出来，并便于装配。所以零螺纹的件断裂.的swf 结构工艺性 应从毛坯制造、机械加工过程及装配等几个生产环节加以综合 考虑。工艺性还和批量大小及具体的生产条件相关。为了改善
味着加工及装配费用低，所以工艺性对经济性有着直接的影响。
采用廉价而供应充足的材料以代替贵重材料；对于大型零件采
用组合结构以代替整体结构，都可以在降低材料费用方面起到积极
的作用。
另外，尽可能采用标准化的零、部件，就可在经济性方面取得
很大的效益。
26
§2-5 机械零件应满足的基本要求
（五）质量小的要求
第二章 机械设计总论
§2-1 机器的组成
润滑、显示、照明等辅助系统
原动机
传动部分
执行部分
控制系统
1
2
1、原动机
机器的组成
是驱动整个机器以完成预定功能的动力源。它把 其它形式的能量转换为机械能。原动机的动力输出绝 大多数呈旋转运动的状态，输出一定的转矩。
原动机经历了如下发展过程：人力、畜力——水 力机、风力机——蒸汽机、内燃机、汽轮机、电动机
轮齿根部的折断.swf
第二章 机械设计总论
第二章 机械设计总论
第六节 机械零件的设计准则
在设计中，应保证所设计的机械零件在正常工 作中不发生任何失效。为此对于每种失效形式都制 定了防止这种失效应满足的条件，这样的条件就是 所谓的工作能力计算准则。它是设计机械零件的理 论依据。所以设计零件时，首先应根据零件的失效 形式确定其设计准则以及相应的设计计算方法。
第二章 机械设计总论
第二章 机械设计总论
2、结构工艺性要求（便于加工、装配） 零件工艺性良好的标志：在具体的生产条件下， 零件要便于加工、便于装配，而且加工费用低。
第二章 机械设计总论
第二章 机械设计总论
3、经济性要求（材料、加工方法、精度等级） 4、质量小的要求（节约材料、↓惯性力） 5、可靠性要求
dN
λ (t ) = −
dt N
第二章 机械设计总论
将上式分离变量并积分，
− ∫ λ (t )dt = ∫
0 t N N0
dN N = ln = ln R N N0
R = e ∫0
− λ ( t ) dt
t
这就是可靠度和失效率的关系. 零件可靠度可用另一个指标表示，即零件的平均 工作时间（也称零件的平均寿命）。
第二章 机械设计总论
第三节 对机器的要求
在满足预期功能的前提下，要求性能好、 在满足预期功能的前提下，要求性能好、效率 成本低，造型美观， 高、成本低，造型美观，在预定使用期限内要安全 可靠，操作方便、维修简单。具体要求如下： 可靠，操作方便、维修简单。具体要求如下：
1）使用要求 2）经济性要求 3）劳动保护和环境保护要求 4）可靠性要求 5）对外观造型的要求 6）其它专用要求
非金属材料
高分子材料 陶瓷材料 复合材料
设计机械零件时应满足的基本要求
可靠度=正常工作数／总数
其它：破坏正常工作条件引起的失效（联接松 动、带传动打滑、腐蚀、过热......）
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§2—7 机械零件的设计方法
理论设计 经验设计 模型实验设计
一．理论设计
σ＝Ｆ／Ａ ≤σlim／ｓ
计算 ②σlim的取值
第二章 机械设计总论
§2—4 设计机械零件时应满足的基本要求
强度、刚度、寿命、工艺性、经济性、可靠性等
失效 —机械零件由于某种原因不能正常工作 §2—5 机械零件的主要失效形式及计算准则 一 失效形式→强度、刚度、振动稳定性、
破坏正常工作条件 二 计算准则→ ┌强度准则
├刚度准则 ├振动稳定性准则 └其它准则
└推荐使用： 标准直径
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（一）强度准则 工作应力≤许用应力
（1）失效形式
(2)计算准则
1. 整体强度
静→整体┌整体断裂(脆性材料) B S ┐ 静
应 破坏└过大的残余变形） S S┘ 强
力
（塑性材料）
度
变应力→ 疲劳破坏→疲劳断裂（塑、脆性材料）
2. 表面强度 r S →疲劳强度
表面磨损 p ≤［ p ］（压强） →耐磨性（条件性）
三 .有色金属：有特殊性能(减摩、抗腐、电…） 价昂→少用
四. 非金属： 塑料、橡胶、玻璃
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§2—10 机械零件设计中的标准化
标准化：
两重含意／按有关标准设计机械零件 ＼尽量选用标准件
分类┬按运用范围→ 国际ISO、国家GB、部标 (JB、YB、QB)、企业标准
└使用强制性 → ┬必须执行：制图、公差、 形位……
表面压溃 σj≤ [σj] （挤压应力) →挤压强度 接触疲劳 σH≤[σH] (接触应力) →接触强度(点蚀)
机械设计 机械设计总论PPT课件
§2-1 机器的组成 §2-2 设计机器的一般程序 §2-3 对机器的主要要求 §2-4 机械零件的主要失效形式 §2-5 设计机械零件时应满足的基本要求 §2-6 机械零件的计算准则 §2-7 机械零件的设计方法 §2-8 机械零件设计的一般步骤 §2-9 机械零件材料的选用原则 §2-10 机械零件设计中的标准化 §2-11 机械现代设计方法简介
塑性变形实例
塑性变形实例
三、表面损伤
绝大多数零件都与别的零件发生静的或 动的接触和配合关系或暴露在空气中。
大多数失效出现在零件表面。 零件的使用寿命在很大程度上受到表面
损伤的限制。
齿面磨损实例
磨损轴瓦
轴瓦磨损
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工作， 正常工作条件被破坏了，零件就不能工作，也就 失效了。
[X]表示许用应力，可为[]、[t]等。
Y表示极限应力，可为s、b、-1e、Hlim。
许用安全系数的选择
合理地选择许用安全系数[S]是机械设计中的一项重 要工作。
设计人员的任务在于：在保证零件工作安全可靠的 前提下，尽可能减少许用安全系数的数值，或者说 尽可能提高许用应力的数值。
影响许用安全系数（或许用应力）数值大小的因素 主要有：
第一节 机器的组成 第一节机器的组成
人们为了满足生产和生活的需要，设计和制造了类型繁多、功 能各异的机器。
一台完整的机器的组成大致可包括：
润滑、显示、照明等辅助系统
原动机部分
传感器
传动部分
传感器
执行部分
传感器
控制系统
第二节 设计机器的一般程序
机械设计有一个一
设计任务的研究和制订
第二章机械设计总论
五、可靠性要求 零件的失效是随机发生的，其原因是零件所受的载荷、环
ab3))、合降理环低提能境高耗保自护动化水平和生产率。 cd降色))适采低彩当用噪协延可声 调长靠机（、的器密7密0寿封~封命8，等0（减dB润少）滑或，系消统除净、渗化表漏废面现水保象、护）废气、废液，
18
§2-4 机械零件的主要失效形式
机械零件的失效： 机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。
轮齿塑性变形
轴承外圈塑性变形 20
轴瓦磨损
齿面接触疲劳
失效原因: 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等原因。
统计结果显示： 断裂仅占4.79%; 腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%。
--主要失效原因。
21
§2-5 设计机械零件时应满足的基本要求
机器是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基 本要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求：
设计任务书
机器的功能 经济性估计 制造要求的大致估计 基本使用要求 预计的设计周期
7
机械厂装配车间输送带传动装置设计
1、设计条件
1） 机器功用 由输送带传送机器的零、部件； 2） 工作条件 单向运输，轻度振动，环境温度不超过40℃； 3） 运动要求 输送带运动速度误差不超过5％； 4） 使用寿命 十年，每年300天，每天16小时； 5） 检修周期 一年小修，两年大修； 6） 生产厂型 中型机械厂； 7） 生产批量 中小批生产。
27
三、经济性要求 零件的经济性首先表现在零件的生产制造成本上。
▲简化零件的结构，降低材料消耗； ▲采用无余量、少余量的毛坯，减少加工工时； ▲采用廉价而充足的材料代替昂贵材料； ▲大型零件采用组合结构而非整体结构； ▲尽量采用标准件。
机设作业选择题填空题答案
河南科技大学机械原理及机械设计教研室 机械设计作业集选择题、填空题参考答案第一章绪论一、选择题第二章机械设计总论第三章 机械零件的强度二、填空题3—16 判断机械零件强度的两种方法是 最大应力法 及 安全系数法 ；其相应的强度条件式分别为 σ ≤[σ] 及 S ca ≥[S] 。
3—17 在静载荷作用下的机械零件，不仅可以产生 静 应力，也可能产生 变 应力。
3—18 在变应力工况下，机械零件的强度失效是 疲劳失效 ；这种损坏的断面包括 光滑区（疲劳区）及 粗糙区（脆断区） 两部分。
3—19 钢制零件的σ-N 曲线上，当疲劳极限几乎与应力循环次数N 无关时，称为 无限寿命 循环疲劳；而当N<N 0（N 0≈N D ）时，疲劳极限随循环次数N 的增加而降低的称为有限寿命疲劳。
3—20 公式22τστσS S S S S +=表示 复合（双向）应力状态下 疲劳 强度的安全系数，而2max2max4τσσ+=s S 表示 复合（双向）应力状态下的 静(屈服) 强度的安全系数。
3—21 零件表面的强化处理方法有 化学热处理 、 高频表面淬火 、 表面硬化加工 等。
3—22 机械零件受载荷时，在 截面形状或尺寸突变处 产生应力集中，应力集中的程度通常随材料强度的增大而 增大 。
第四章 摩擦、磨损及润滑概述二、填空题4—11摩擦学是一门研究 摩擦、磨损及润滑 的科学。
4—12 润滑油的油性是指润滑油在金属表面的 吸附并形成润滑油膜 能力。
4—13 影响润滑油粘度η的主要因素有 温度 和 压力 。
4—14 两摩擦表面间的典型滑动摩擦状态是 干摩擦 、 边界摩擦和 液体摩擦 。
4—15 流体的粘度，即流体抵抗变形的能力，它表征流体内部 流动阻力 的大小。
4—16 压力升高，粘度 降低 ；温度升高，粘度 降低 。
4—17 机器工作的环境温度高时，应该选择闪点 高 的润滑油；机器工作的环境温度低时，应该选择凝点 低 的润滑油。
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四、技术文件编制 技术文件——用来说明产品性能、设计、制造、 操作使用、维护或其他所有与产品相关的文档资料。
技术文件
设计说明书 使用说明书 零件明细表 标准件汇总表
产品验收条件 ……
实例： 大型风机叶片运输问题
计划阶段
需求分析、明确功能、 制定设计任务书。
型号
XE96-2000 XE93-2000 XE93-2000
生产 厂商
东泰 连众 惠腾
叶片总长 L(mm)
46500 45300 45300
法兰节园 螺栓件数及
直径ф(mm)
型号
2110 2110 2110
60×M36 60×M36 60×M36
支点 重心L2 L1(mm) （mm）
31750 30000
15100 14100 13990
弦长 L3(m
m)
3600 3700
重量 （t）
8.95 8.6 8.35
预弯 （mm）
3000 /
1469
二、方案设计
对机器的功能进行综合分析、确定功能参数、提出实现方案。
1、国外已经申请专利的举升原理图
2、改进设计的全新举升原理图
三、技术设计
1、经过优化的举升机构关键尺寸
一部完整的机器是一个复杂的系统，要提高设计 质量，必须有一个科学的设计程序。
机器设计的一般流程
提出任务
计
划
分析对机器的要求
确定任Hale Waihona Puke 要求机器潘功存云能教授分研析制
提出可能的解决办法 方 案
组合几种可能的方案 设 计
评价
决策——选定方案
明确构形要求 结构化
选择材潘料存云、教授确研定制 尺寸
评价
决策—确定结构形状与尺寸
3、传动装置
机器的组成
用来连接原动机部分和执行部分，它将原动机的 运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运 动形式、运动及动力参数。
例如：把旋转运动转换为直线运动；高转速变为低 转速；小转矩变为大转矩等。机器的传动部分大多数 采用机械传动系统，有时也采用液压或电力传动系统。 机械传动系统是绝大多数机器不可缺少的重要组成部 分。
原动机经历了如下发展过程：人力、畜力—— 水力机、风力机——蒸汽机、内燃机、汽轮机、电 动机
机器的组成
风力机
机器的组成
蒸汽机
机器的组成
机器的组成
机器的组成
机器的组成
2、执行部分………………….
是用来完成机器预定功能的组成部分。一 部机器可以只有一个执行部分，也可以把机器 的功能分解成好几个执行部分。
确定原动机的参数（功率、转速、线速度等）。 求解构件的运动参数（转速、速度、加速度等）。
(2）机器的动力学设计
计算构件所受公称载荷（名义载荷）大小和特性。
(3）零件的工作能力设计
由公称载荷大小和特性，根据工作能力准则作零部件 的初步设计。通过计算或类比得出零件的基本尺寸。
(4）部件装配草图及总装配草图的设计——结构设计 (5）主要零件的校核计算
在满足预期功能的前提下，要求性能好、效率高、 成本低，造型美观，在预定使用期限内要安全可靠， 操作方便、维修简单。具体要求如下：
1、使用功能要求
使用功能要求——机器应具有预定的使用功能。这 主要靠正确地选择机器的工作原理，正确地设计或 选用能够全面实现功能要求的执行机构、传动机构 和原动机，以及合理地配置必要的辅助系统来实现。
机器实例
机器实例
控制部分——保证机器的启动、停止和正常协调动 作。
传感部分——将机器的工作参数，如位移、速 度、加速度、温度、压力等反馈给控制部分。
辅助部分——包括机器的润滑、显示、照明等。 也是保证机器正常工作不可缺少的部分
§2-2 设计机器的一般程序
一般而言，机器的设计阶段是决定机器好坏的 关键一环。机械设计是一个创造性的工作过程，实 践经验是保证设计质量的重要因素。因此，要求设 计者特别注意经验的积累。
第2章 机械设计总论
§2-1 机器的组成
人们为了满足生产和生活的需要，研制了类 型繁多、功能各异的机器。
蒸汽机出现之后，才使机器具有了完整的形态。
一台完整的机器的组成如下：
润滑、显示、照明等辅助部分
原动机部分
传动部分
执行部分
传感器
传感器
传感器
控制系统
1、原动机
机器的组成
是驱动整个机器以完成预定功能的动力源。它 把其它形式的能量转换为机械能。原动机的动力输 出绝大多数呈旋转运动的状态，输出一定的转矩。
2、经济性要求
经济性要求——机器的经济性体现在设计、制造和使 用的全过程中，设计机器时就要全面综合地进行考虑。 设计制造的经济性表现为机器的成本低，使用经济性 表现为高生产率高效率、低能耗、以及低的管理和维 护费用等。
2、经过优化的举升液压缸布置方式
3 举升运输装备结构设计
四、技术文件编制
技术文件
设计说明书 使用说明书 零件明细表 标准件汇总表
试验大纲 ……
湘电风能： 大型叶片举升运输装备
叶片水平运输时，运输装备图。
湘电风能： 大型叶片举升运输装备
叶片举升一定角度运输图。
§2-3 对机器的主要要求
设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下， 根据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何， 一般来说，对机器都要提出以下的基本要求：
理想与现实、长远目标与当前目标等之间的关系。
一般而言，实现同一个功能，有多种可能的方案。以 螺纹制造为例，有车削、滚压、板牙加工等方法。 方法不同，其执行部分的工作原理也不同。 因此，存在一个方案的比较和取舍问题。
方案评价原则：经济性、技术上可行。
经济性——总费用最低。
费用
总费用
方案设计阶段要正确处理好 借鉴与创新的关系。
使用费用
同类机器的成功先例应当借 鉴，但其中的薄弱环节和不符合现
设计制 造费用
复杂程度
有任务要求的部分应当加以改进或
替换。
保守和照搬原有设计 坚决反对 一味求新而把合理的原有经验弃置不用
三、技术设计阶段 绘制总装配草图、部件装配草图，由草图确定零
部件的外形、基本尺寸和零件工作图。 为了确定零件的基本尺寸，必须完成以下工作： (1）机器的运动学设计
技
零件设计
术
部件设计
设
计
总体设计
编制技术文件
一、计划阶段
包括：需求分析、明确功能、制定设计任务书。 机器的功能 经济性估计
设计任务书 制造要求的大致估计 基本使用要求 预计的设计周期
二、方案设计阶段 对机器的功能进行综合分析、确定功能参数、提
出实现方案。 在制定功能参数时一定要注意恰当处理需要与可能、