机械设计学第六章
机械设计第6章-课件
精品
一、键连接的功能、类型及应用
键作为标准件，主要用于连接轴与轴上旋转零 件(轮毂，例如齿轮、皮带轮等）与摆动零件，起 周向固定零件的作用以传递转矩。
有时，键能实现轴向固定或轴向滑动的导向。
键连接的主要类型： 平键连接 半圆键连接 楔键连接 切向键连接
1、平键连接
工作面
装在轴与轮毂的键(a槽) 中，两侧面为工(b) 作面，靠 键与槽的挤压和键的剪切传递扭矩。
安全销
圆柱销：不能多次装拆（定位精度下降）； 圆锥销：1：50锥度，可自锁，定位精度高，
便于拆卸； 特殊型式销：螺纹锥销、开尾锥销
槽销、开口销等。
感谢聆听！
P2kTl1d03 [P]
将相关数据代入得：
P2 6 272 0 7 10 30 0 0 1.4 7 (M 9) P [P a ] 1(1 M 0 )Pa
由计算结果知，强度不够，所以重新设计（选键）。 综合考虑，改用双键，对称布置。
双键的工作长度l=1.5×70=105(mm), 代入强度计算式：
二、键接的强度校核
失效形式：压溃（静连接—键、轴、毂中较弱者）
磨损（动连接）
键的剪断（较少）
1、普通平键的强度计算 P2Tkl1d03 [P]
T——转矩（N.m）； k——键与轮毂键槽的接触高度, k=h/2 , h——键的高度(mm); d——轴径(mm) ； l——键工作长度(mm) ：
A型：l=L-b ，B型：l=L， C型：l=L－b/2 Ｌ——键公称长度(mm)；
P2 6 2 12 0 7 10 5 30 0 0 9.8 9 (M) P [P a ]1(1 M 0)P 安 ( a全）
键的标记为：键20×12 GB/T 1096—2003
机械设计学答案
1、机械设计的概念根据使用要求，对机械的工作原理结构运动方式力和能量的传递方式各个零件材料和形状尺寸润滑方法进行构思分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工艺过程。
2、机械设计学的研究对象机械设计学研究机械设计的规律、过程、原理、方法、设计原则以及其他机械设计的共性技术。
3、设计的重要性主要表现在哪几方面1：设计会影响产品的性能，设计中的失误将会造成极其严重的损失。
2：设计对企业的生存和发展具有重要意义。
3：设计直接关系人类未来来的发展。
4、机械设计的任务根据客观要求，通过人们的创造性思维活动，借助人类已经掌握的各种技术，经过反复的判断和决策，设计出具有特定功能的技术装置系统产品，以满足人们日益增长的生产和生活要求。
5、机械设计的类型1：开发设计2：适应性设计3：变型设计开发设计：按照需求目标设计过去从未有过的新型机械。
适应性设计：在原理方案基本保持不变的前提下，对产品作局部变更或实际一个新部件使产品在质量方向上更能满足使用要求。
变型设计：在工件原理和和功能结构都不变的前提下，变更现在产品的结构配置和尺寸，使之适应于更多的量的要求。
6、机械设计的全过程可划分哪四个阶段1：可行性研究阶段的任务：从分析需求出发，经过信息交流寻找问题的解法，进行原理性方案构思，最终得到一组可行性原理方案，作为本阶段的输出。
2：初步设计阶段：从上阶段输出的可行性原理方案中选出最优方案，建立相应的数学模型，并进行设计参数的分析，将设计参数变量加以优化。
3：详细设计阶段：完成产品的总体设计，确定零件部件的整体结构、形状和相互配置关系，绘制全套零件图和总装图，编制转述文件。
4：改进设计阶段：根据制造加工、样本实验、使用及市场反馈等环节暴漏出来的问题，进一步对产品各部分做适当的处理，以确保产品的质量，从而得到成本低、性能完善、用户欢迎的产品。
7、机械设计的三个主要内容，各是什么？（产品开发必须经历的三个主要阶段）1：功能原理是设计2：实用化设计3：商品化设计8、功能原理设计的实质是对方案的构思和拟定过程9、机械设计的思维和方法特点思维1：首先是一种偏中直觉思维形式的创造性思维2：是一种针对功能目标的发散性思维3：是一种对多解问题求优的思维方法特点：1：设计是一个创新综合的过程，也是在继承基础上的创新。
机械设计基础 第6章
表6-3 轴上零件常用轴向固定方式
3) 轴上零件周向固定的目的是传递运动和转矩。如图6-7 所示，齿轮和联轴器用键作周向固定，而滚动轴承因其不传
常用轴上零件的周向固定方式及其应用场合见表6-4。
表6-4 轴上零件的周向固定方式
2. 轴的结构工艺性是指所设计的轴是否便于加工和装配。 为了使轴的工艺性好，轴的结构设计应注意以下几个问题： (1)轴的形状力求简单，以便于加工和检验。由于轴上 通常装有多个零件，若采用直径不变的光轴，其形状虽然简 单，但装配和定位将不方便，故一般多做成阶梯轴。当然， 轴上的台阶数不宜过多，因为多加工一个台阶，就要多一次 对刀，多调整或换一次量具。另外，轴的台阶数增多，轴上 的应力集中源也相应增多，轴发生疲劳破坏的可能性也随之 增大。所以在满足装配要求的前提下，轴上的台阶数尽可能
(1)支承回转零件，如齿轮、蜗轮、凸轮、皮带轮等； (2)
2.轴的分类 1)
(1)直轴：广泛应用于各类机械中，如图6-1所示。 (2)曲轴：常用于往复式机械传动中，将回转运动和往 复直线运动相互进行转换(例如冲床、内燃机等)，如图6-2所
(3)软轴：常用于电动手持小型机具(例如铰孔机)、医疗 器械和汽车里程表的传动中，它的主要特点是具有良好的挠 性，可以把转矩和回转运动灵活地传递到空间的任何位置， 如图6-3
6.1.2 轴的材料 轴工作时的应力一般为循环变应力，所以轴的失效形式
主要是疲劳破坏。因此，对轴的材料的主要要求是：具有足 够的疲劳强度；对应力集中的敏感性小；与滑动零件接触的
轴的常用材料主要是优质碳素钢和合金钢。 优质碳素钢价格低廉、对应力集中的敏感性小，并能通 过热处理改善其综合性能，故应用很广。一般机械的轴常用 35、45钢，其中以45钢应用最普遍。受力较小或不甚重要的 轴，也可用Q235、Q275等普通碳素钢。
《机械设计基础》CHAP6机械零件设计和计算概论
《机械设计基础》CHAP6机械零件设计和计算概论第六章常⽤机械零件设计概述基本内容：机械零件设计概述；机械零件的强度；；机械制造常⽤材料及其选择；机械零件的⼯艺性和标准化。
基本要求：理解机械零件设计的基本要求、机械零件的⼯作能⼒和计算准则、材料选择的⼀般要求；了解机械零件的结构⼯艺性及其标准的意义。
重点：机械零件设计应满⾜的要求和⼀般步骤、机械零件的⼯作能⼒和计算准则。
难点：机械零件失效形式和计算准则；材料选择学时：授课时数：2学时教学⽅法：课堂讲授，多媒体动画作业：第⼀节机械零件的⼯作能⼒准则1、机械零件的主要要求：强度、刚度、耐磨性、⽆强烈的振动、耐热性2、机械零件设计的⼀般步骤=KP，P—名义载荷（公称载荷、额定（1）、建⽴零件的受⼒模型，确定零件的计算载荷Pca载荷），Ｋ—载荷系数（2）、选择零件的类型与结构（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。
要注意：对机械零件计算，设计计算与校核计算应交替进⾏。
3、机械零件的失效形式（1）失效：（定义）零件丧失正常⼯作能⼒或达不到设计要求的性能时，称为失效．．（2）机械零件的失效形式多种多样，有强度失效、刚度失效、磨损失效、振动、噪声失效、精度失效等。
在⼯程上最常见的失效形式有：断裂或过⼤的塑性变形、过⼤的弹性变形、表⾯失效、热失效、强烈振动、摩擦传动打滑、连接松弛在实际⼯作中，机械零件的失效形式可能只有⼀种，也可能有多种。
4、机械零件的计算准则⼯作能⼒：零件不发⽣失效时的安全⼯作限度称为零件的⼯作能⼒。
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，称为零件的计算准则。
（1）、强度准则（2）、刚度准则刚度：零件在载荷作⽤下抵抗变形的能⼒刚度准则:零件在载荷作⽤下产⽣的最⼤弹性变形量不超过许⽤值y≤［y］y——可以是挠度、偏转⾓或扭转⾓刚度准则⼀般都是⽤各种弹性变形量的计算公式来表⽰．（3）、耐磨性准则耐磨性——是指作相对运动的零件其⼯作表⾯抵抗磨损的能⼒磨损的后果：表⾯形状破坏，强度削弱，精度下降，有振动和噪⾳等80%零件失效的基本原因是磨损。
机械设计学第六章
(2)原理明确 所选结构的物理作用明确，从而可靠地实现能量流 (力流)、物料流和信息流的转换或传导。 同时，由于实际使用的机械装臵在工作中必然同时 进行着多种物理过程，如：受力引起变形和磨损，受 热引起形状、尺寸、位臵变化等，以及电、磁、光、 化学等过程。设计时要充分考虑这些自然过程的进行 对机械装臵工作过程以及对环境的影响，对可能影响 主要功能实现的自然现象要采取必要的应对措施。
2．简单
结构设计中，在完成功能要求的条件下，优先选用 结构较简单的方案。结构简单体现为：整机、部件和 零件的结构中，包含的零部件数量较少，专用零部件 数量较少，零部件的种类较少，零部件的形状简单， 被加工面数量较少，所需加工工序较少，结构的装配 关系较简单。
零部件数量少，实质是缩短加工、组装 和生产准备周期，降低生产成本。在设 计中常采用一个零件担任几种功能的办 法，达到减少零件数量的目的。 如图6-5吊车轨道，除作导轨用外，还 兼作水、空压、油压管道的作用，是多 功能结构件。
2．传递运动和动力
执行机构以确定的运动规律和运动轨迹实现给定 的功能。原动机的运动特性通常与执行机构的要 求不匹配，需要传动机构对原动机提供的运动和 动力进行变换。
牛头刨床：通过摆动导杆机 构将连续旋转运动变换成具 有急回特性的直线往复运动。 摆杆3的作用是把运动和动 力传给滑枕2，以便使刨刀1 实现直线往复运动并切下金 属。
二、零件的相关 1．定义：在机械装置中，每个零件都不是独立存在的， 机械装置的功能是依靠零部件的形状、尺寸和相对位 置关系实现的。在机械装置中，必须使零部件之间保 持确定的关系，才能保证其功能的实现，才能使零件 组成机器。这种零件之间确定性的关系称为零件之间 的相关。 2．分类 直接相关：两零件有直接装配关系，零件间相对位 置关系通过零件表面之间的直接接触实现。 间接相关：没有直接装配关系，零件间某些关系通 过其它零件之间的一系列直接相关关系的组合实现。
机械零件设计概论
（一）机பைடு நூலகம்零件的主要失效形式
当机械零件由于某种原因而丧失正常工作能力，称为失效。
常见的失效形式有：断裂、塑性变形、过大的弹性变形、表面失 效（磨损、疲劳点蚀、胶合、压溃和腐蚀）等。
正常条件条件引起的失效，如带传动中的打滑、受压杆件的失稳 。
随即快速将该表面冷却的热处理方法。 化学热处理是将机械零件放在含有某种化学元素介质中加热保
温，使该元素的活性原子渗入到零件表面的热处理方法。它包含渗 碳、氮化和氰化等。
3.铜合金 青铜 ——含锡青铜、不含锡青铜
种类 黄铜 ——铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍 轴承合金（巴氏合金）
特点：具有良好的塑性和液态流动性。青铜合金还具 有良好的减摩性和抗腐蚀性。
机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金。 非金属材料如塑料、橡胶等 。
(一)金属材料
常用金属 材料
铸 ——含碳量 钢铁 —>2—% 含碳量≤
铜合 2%
铁碳合 金
1.铸铁：灰铸铁、球墨金铸铁、可锻铸铁等。
特点：良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零 件。 较好的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、成本 低廉。
零件不发生失效时的安全工作限度称为工作能力。 最主要是由于强度、刚度、耐磨性、温度对工作能力的影响以及 振动稳定性、可靠性等方面的问题。
（二）机械零件的设计准则。 设计机械零件时，保证零件不发生失效所依据的基本准则，称为
设计计算准则。 主要有强度准则、耐磨性准则、刚度准则、振动稳定性准则、耐
热性准则等。
第六章 机械零件设计 和计算概论
一、机械零件的工作能力准则 二、机械制造中常用材料及其选择 三、许用应力和安全系数 四、机械零件的工艺性和标准化
机械设计学课本
机械设计学课本第⼀章绪论1.机械设计学学科的三个组成部分：功能原理设计、实⽤化设计、商品化设计。
2.机械设计具有哪些主要特点？（多解性、系统性、创新性）3.近代“设计学”的重⼤发展（功能思想的提出和发展；⼈机学思想的形成和发展；⼯业设计学科体系的发展和成熟）4.从设计构思的⾓度将机械设计步骤归纳为哪三⼤步？（创意、构思、实现）第⼆章机器的组成及典型机器的功能分析1.机器的定义：有两个或两个以上相互联系配合的构件所组成的联合体，通过其中某些构件的限定的相对运动，能将某种原动⼒和运动转变，以执⾏⼈们预期的⼯作，在⼈或其他智能体的操作或控制下，实现为之设计的某种或⼏种功能。
2.从不同⾓度看机器的组成：从机构学的⾓度看：各种基本机构，⾃由度=原动机数；从结构学的⾓度看：各种基本零件；从专业的⾓度看：各种主要部件3.从功能的观点看机器的组成：机器由多个主要分功能系统构成，它们的协调⼯作实现了实现了机器的总功能。
⼜可进⼀步分为：⼯作机（⼯作头、执⾏机构）传动机原动机控制器。
4.从功能的观点看机器的分类可分为：⼯艺类机器：对物料进⾏⼯艺性加⼯的机器，主要特征是具有专⽤的⼯作头并进⾏独特的⼯艺加⼯动作；⾮⼯艺类-不对任何物料进⾏⼯艺性加⼯，只实现某些特殊的动作性的机器。
5.家⽤缝纫机是⼀种典型的⼯艺类机器。
⼯艺⽅式：⼀是采⽤针尖引线的⽅法代替针尾引线；⼆是采⽤双线互锁交织的⽅法代替反复穿刺。
功能分析：（1）总功能：将线按⼀定规律缝于缝料上，它可使⼀根线或多根线通过⾃连、互连、交织，在缝料上形成⼀定形式的线迹。
（2）主要功能：引⾯线造环功能，勾⾯线扩环供给和收回⾯线的功能，输送缝料的功能。
（3）辅助功能：调节⾯线和底线阻尼的功能，调节压脚和压紧⼒的功能，调节送布针距的功能，绕底线功能。
（4）控制功能：机械控制功能，⼈机控制功能，电⼦控制功能。
6.现代银⾏点钞机是⼀种典型的机电⼀体化系统，属于⼯艺类机器。
功能要求：要有堆放准备清点纸币的空间，并能将纸币连续输⼊，直到最后⼀张；要有能把纸币逐张分开，避免两张当做⼀张计数的机构；要有准确计数的装置，清理完毕的纸币要整理成⼀叠。
机械设计第八版西工大6精品PPT课件
圆柱销
圆锥销
内螺纹圆锥销
槽销
开尾圆锥销
销轴和开口销
详细说明
销的材料为35、45钢（开口销为低碳钢），许用应力[t]=80MPa，许用 挤压应力[p]与键联接的挤压应力相同。
zpofrp 2013-10-23
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
键槽中绕其圆心摆动， 以适应轮毂上键槽的斜度，
安装方便。常用与锥形轴端渔轮故的联接。
3．楔键联接
详细说明
楔键的上、下表面为工作面，两侧面
为非工作面。键的上表面与键槽底面均有
1:100 的斜度。工作时，键的上下两工作
面分别与轮毂和轴的键槽工作面压紧，靠
其摩擦力和挤压传递扭矩。
4．切向键
详细说明
键联接
键联接3
普通平键
导向平键 滑键
详细说明
普通平键与轮毂上键槽的配合较紧，属静联接。 导向平键和滑键与轮毂的键槽配合较松，属动联接。 普通平键应用极为广泛。 轴上键槽可用指状铣刀或盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用插削或拉削。
zpofrp 2013-10-23
2．半圆键联接
键呈半圆形，其侧面为工作面，键能在轴上的
定载荷为：
Tm mT
m为额定载荷系数。
zpofrp 2013-10-23
销联接
销联接
销联接主要用于确定零件之间的相互位置，并可传递不大的载荷。也可 用于轴和轮毂或其他零件的联接。
根据销的用途不同，一般有：定位销、联接销、安全销。 详细说明
根据销的结构形式有：圆柱销、圆锥销、槽销、销轴和开口销等。
机械设计学(总结)
机械设计学第一章绪论1、机械设计学定义——是一门研究机械设计的共性的综合性学科。
如设计技术、设计理论和设计方法。
2、机械设计的目标：在满足需求的基础上，实现约束最优化设计。
3、机械是机器和机构的统称。
4、机械设计具有的主要特点：多解性、系统性和创新性5、机械设计学的学科由（机械产品设计的三个基本环节是）功能原理设计、实用化设计和商品化设计三大部分组成。
功能原理设计：针对产品的主要功能所进行的原理性设计实质：原理方案的构思和拟定过程。
设计方法：以简图或示意图来进行方案的设计。
实用化设计工作：设计结构、选择材料、确定尺寸要求：明确、简单、安全可靠、掌握和遵循其内在规律和一般原理。
实用化设计的核心是要使产品具有优良的性能，好用。
商品化设计（技术、经济、社会）6、从设计构思的角度机械产品设计可归纳为三大步：创意、构思和实现。
创意：重点在于新颖性，且必须具有潜在需求。
构思：重点在于创造．即要构思一种新的技术方向或功能原理来实现某创意。
实现：重点在于验证构思的合理性，可以通过模型或原理样机来检查构思的合理性。
7、创新需要充分发挥设计人员的三种能力：抽象思维（抓住问题的本质）创造性思维（求多解）形象思维（头脑设计阶段）8、信息的交流与综合是创新的前提9、设计过程是在约束条件下求优过程（约束优化问题）包括：方案优化、设计参数优化、结构形状优化和整体布局方案优化。
10、机械设计按其创新程度可分为创新设计、变型设计和适用性设计三种类型。
11、设计阶段的具体任务可分为四个阶段：可行性研究、初步设计、详细设计和改进设计。
12、机械设计的基本程序可分为四个阶段：设计规划、方案设计、技术设计和施工设计。
第二章机器的组成及典型机器的功能分析1、机器的定义：一种用来变换或传递能量、物料与信息的机构的组合。
2、任何一台机器都是由原动机、传动机、工作机和控制器四部分组成。
第三章机械产品的功能原理设计1、功能原理设计定义：针对产品的主耍功能所进行的原理性设计简称为功能原理设计。
《机械设计》第九版 公式大全
第五章螺纹连接和螺旋传动受拉螺栓连接1、受轴向力FΣ每个螺栓所受轴向工作载荷：zFF/∑=z：螺栓数目；F：每个螺栓所受工作载荷2、受横向力FΣ每个螺栓预紧力：fizFKF s∑>f：接合面摩擦系数；i：接合面对数；sK：防滑系数；z：螺栓数目3、受旋转力矩T每个螺栓所受预紧力：∑=≥niisrfTKF10sK：防滑系数；f：摩擦系数；4、受翻转力矩M螺栓受最大工作载荷：≥zMLF maxmax5、受横向力FΣ每个螺栓所受工作剪力：F==ii1螺栓连接强度计算松螺栓连接：]σπσ≤=421d只受预紧力的紧螺栓连接：[]σπσ≤=43.121dF受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓连接：受轴向静载荷：[]σπσ≤=43.1212dF受轴向动载荷：[]pmbba dFCCCσπσ≤∙+=212受剪力的铰制孔用螺栓连接剪力：螺栓的剪切强度条件：[]σπτ≤=4/2dF螺栓与孔壁挤压强度：[]pp LdFσσ≤=min螺纹连接的许用应力许用拉应力：[]S Sσσ=许用切应力：[]τστSS=许用挤压应力： 钢：[]PS P S σσ=铸铁：[]PB P S σσ=S σ：螺纹连接件的屈服极限；B σ：螺纹连接件的强度极限；p S S S ⋅⋅τ：安全系数第六章 键、花键、无键连接和销连接普通平键强度条件：[]p p kldT σσ≤⨯=3102 导向平键连接和滑键连接的强度条件：p kldT p ≤⨯=3102T ：传递的转矩，N.mkl ：键的工作长度，d ：轴的直径，mmMPa静连接强度条件：[]p mp zhld T σϕσ≤⨯=3102动连接强度条件：[]p zhld T p m≤⨯=ϕ3102ϕ：载荷分配不均系数，与齿数多少有关，一般取8.0~7.0=ϕ，齿数多时取偏小值z ：花键齿数l ：齿的工作长度，mm h ：齿侧面工作高度，C dD h 22--=，C 倒角尺寸m d ：花键的平均直径，矩形花键2dD d m +=，渐开线花键1d d m =，1d 为分度圆直径，mm[]pσ：花键许用挤压应力，MPa[]p ：花键许用压力，MPa第八章 带传动1、带传动受力分析的基本公式2001F F F F -=-201eF F F +=1F ：紧边接力，N ； N ； e F ：有效拉力，N ； αf eec F ：临界摩擦力，N ； αf F ：临界有效拉力，N ； f ：摩擦系数，N ； α：带在轮上的包角，rad 3、带的应力分析 紧边拉应力：A F 11=σ 松边拉应力：AF 22=σ 离心拉应力：Aqv A F e c 2==σ带绕过带轮产生的弯曲应力：db d hE=σA ：带的横剖面面积，mm 2； q ：带的单位长度质量，kg/m ；v ：带速，m/s ； E ：带的弹性模量，N/mm2； h ：带的厚度，mm ； d d ：带轮基准直径，mm带的最大应力发生在紧边绕入小带轮之处：b c σσσσ++=1max第十章 齿轮传动直齿轮 圆周力：1112d T F t = αcos 1t n F =向力：βtan t a F F = 法向力直齿轮齿根弯曲疲劳强度校核公式：[]F Sa Fa t F F bmY Y Y F K σσε≥=1设计计算公式[]32112F SaFa d F Y Y z Y T K m σφε∙≥ Fa Y ：齿形系数；Sa Y 应力校正系数； F K 弯曲疲劳强度计算载荷系数，βF Fa v A F K K K K K =εY 弯曲疲劳计算的重合度系数直齿圆柱齿轮齿面疲劳接触强度计算[]H Z H d H H T Z Z uu d T K σφσε≤±∙=12311 设计计算公式321112⎪⎪⎭⎫⎝⎛∙±∙≥HE H d H Z Z Z u u T K d σφε斜齿轮齿根弯曲疲劳强度校核公式[]F n d Sa Fa F F Z m Y Y Y Y T K σφβσβε≤=21321cos 2设计计算公式[]32121cos 2F SaFa d F n Y Y z Y T K m σφββ⋅≥锥齿轮轮齿受力分析 圆周力112m t d T F =径向力211cos tan a t r F F F ==δα 轴向力211cos tan r t a F F F ==δα 法向载荷αcos tn F F =齿根弯曲疲劳强度校核计算公式()[]F R R SaFa F F u zm Y Y T K σφφσ≤+-=15.01221321设计计算公式()[]32212115.01F SaFa R R F Y Y u zT K m σφφ∙+-≥齿面接触疲劳强度校核计算公式()[]H R R H EH H ud T K Z Z σφφσ≤-=31215.014 设计计算公式[]()321215.014u T K Z Z d RR H HEH φφσ-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≥ 第十一章 蜗杆传动 蜗杆圆周力11212d T F F a t ==]H K ：载荷系数，v A K K K K β=，A K 使用系数，βK 齿向载荷分布系数，v K 动载系数[]H H σσ/：分别为蜗轮齿面的接触应力和许用接触应力，MPa蜗轮齿根弯曲疲劳强度校核公式[]F Fa F Y Y md d KT σσβ≤=221253.1 设计公式[]βσY Y z KT d m Fa F 221253.1≥F σ：蜗轮齿根弯曲应力，MPa2Fa Y ：蜗轮齿形系数[]F σ：蜗轮的许用弯曲应力，MPa第十二章滑动轴承一、不完全液体润滑径向滑动轴承计算在设计时，通常已知轴承所受的径向载荷F<N>，轴颈转速n<r/min>，轴颈直径d<mm>，进行以下验算： 1、验算轴承平均压力p<MPa>MPa pv 许用值MPa.m/s[]v ：许用滑动速度，m/s二、不完全液体润滑止推滑动轴承的计算在设计止推轴承时，通常已知轴承所受轴向载荷Fa ，轴颈转速n ，轴颈直径2d 和轴承孔直径1d 以及轴环数目z ，处于混合润滑状态下的止推轴承需校核p 和pv 。
机械设计学2
二、降低噪声设计
1、机械振动引起噪声，低噪声设计的本质是减少机器振动 2、措施 （1）降低激振力 1）减少或避免运动部件的冲击和碰撞 2）提高运动部件的平衡精度 3）用连续运动代替间歇运动 4）减小运动件的重量和速度 （2）提高机抗振性 提高机器的动刚度 （3）采用隔声、吸声、消声等措施 （4）主动消噪技术
综上所述可以认为：人机工程学是以人的生理、心理 特性为依据，应用系统工程的观点，分析研究人与机 械、人与环境以及机械与环境之间的相互作用，为设 计操作简便省力、安全、舒适，人—机—环境的配合 达到最佳状态的工程系统提供理论和方法的科学。因 此，人机工程学可定义为：按照人的特性设计和改善 人—机—环境系统的科学。
三、疲劳应力与疲劳强度、疲劳曲线、疲 劳极限
1、疲劳应力与疲劳强度 疲劳失效：在交变应力作用下，构件因发生疲劳破
坏而使其丧失正常工作性能的现象 疲劳强度：试件抵抗疲劳失效的能力 疲劳极限：衡量材料或结构疲劳强度大小的指标 2、疲劳曲线 在交变载荷作用下，零件承受的交变应力和断裂循
环周次之间的关系，用疲劳曲线来表示。
四、影响疲劳强度的因素
1、应力集中的影响 2、尺寸效应 3、表面状态的影响
五、疲劳设计
1、名义应力疲劳设计法 2、局部应力应变分析法 3、损伤容限设计法 4、疲劳可靠性设计
§7-2 机械的抗振性设计与低噪声设计
一、抗振性设计
1)若z<0.3,动静刚度近似相等。 2）若激振力的频率为0，系统只受到静载荷的作用，动静刚度
相等。 提高动刚度的措施： 1）提高静刚度 2）降低频率比，也就是减少激振力频率或提高固有圆频率
(完整版)机械设计第六章
普通 平键 结构
圆头(A型) 用指状铣刀加工，固定良好，轴槽应力集中大。 平头(B型) 用盘铣刀加工，轴的应力集中小。 单圆头(C型) 用于轴端
薄型平键的高度为普通平键的60％~70%，也分圆头、 平头、单圆头三种。传递扭矩能力低，常用于薄壁结构、 空心轴等径向尺寸受限制的场合。
键槽铣刀 盘铣刀
(二)花键联接强度计算
主要失效形式仍是工作面被压溃（静联接）或工作面
过度磨损（动联接）。假定载荷在键的工作面上均匀分布，
且压力的合力F作用在平均直径dm处，并引入载荷分配不均 匀系数ψ。
静联接： p
2T 103
zhld m
p
动联接： p 2T 103 p
zhld m
上两式中: 0.7 ~ 0.8
一般8级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键 连接。由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键(A型)
参考轴的直径d=70 mm，截面尺寸为：b=20，h=12， L=90 mm(比轮毂宽度小些)
取[σp]=110MPa，工作长度l=L-b=70
改用双键
键的标记为：GB/T 1096键20×12×90
压力角为30°和45°两种。
与渐开线齿轮相比，花键齿短，齿 根宽，不产生根切的最小齿数较少。
定心方式：齿形定心，具有自动 定心作用，受力均匀。
特点：制造工艺性好，精度高，齿 根强度高，易于定心。常用于传递 大扭矩和大轴径的场合。
α=45 ˚的花键工作面高度较小，承 载能力较低，多用于载荷较轻，直 径较小的静连接。特别适用于薄壁 零件的连接。
两个楔键，相隔120°~90°布置。若夹角过小，对轴 的局部削弱过大。若夹角过大，则两个楔键的总承载能力 下降。当夹角为180°，两个楔键的承载能力上只相当于一 个楔键。
机械设计(第八版)课后答案高等教育出版社第六章习题
这时，韩生也突然摇了摇肩膀，离开了众神的控制，让人远离。上帝挠头，看着长老，看着远离他的汉生。他说，“我很粗鲁，我很害怕！” “这样.我会陪你到西藏经典三楼，帮你挑神宫！”以前没有外表，仍然很热情。似乎就是这样，它根本就没有。只是吓坏了在金刚禅的帮助 下，真理大师与困境分离了。此时，汉生敢于把长老读给上帝并像以前一样嗤之以鼻。看着上帝对长辈的眼睛，看到他的眼睛是敏捷的，似乎很高兴，和以前完全一样，没有什么区别。韩生深深地看着长老，看着长老们说：“我希望长老能帮助我，选择合适的魔法！”走出门口，带着众 神前往长老，去了西藏经典三楼。在藏经馆三楼，只有六个书架，书籍稀疏，没有完全填满。只是说这些书，但有不止一个人，来回扫地“沉湛的弟弟，沉澈的弟弟，我带老师来西藏选择了神奇的力量。”“这是他的简历，你检查一下！”来到西藏经典法院三楼与长老。在那之后，汉生 没有说什么，上帝读了材料并交给他们。沉湛和沉澈对上帝很熟悉，并且由于昨天的大动作，两人也听说深证的长老将一项伟大的成就转移到汉生，并要求他选择优点。因此，经过确认，两人没有拖延，并办理了汉生的手续。与此同时，他们说：“你是外国人的门徒。” “根据这个规 则，金刚门的四大权力，门徒以外只能选择一种金刚武术和金刚武术。”我希望你能尽快选择和接受上帝的继承！“虽然我不知道上帝的意志的含义，但我的意思是，汉生听到了。这句话仍然点头。我要问金钟保护者在哪里，然后确保做出了选择，但上帝笑着读了一遍，提醒道：“不要 急！不着急！“”第一次选择魔法，你必须选择。
机械设计学
第六章 机械结构设计
§6-1零件的功能与相关 一.零件的功能 1.传递运动和动力 2.承担载荷 3.成型 4.其他
第六章 机械结构设计
§6-1结构件的功能与相关 三.零件的结构要素 连接表面设计应遵守的原则： 1.不影响工作表面的功能（不破坏工作表面） 2.不影响零件运动（不干涉） 3.不影响操作（加工，装配，拆卸，运输）
§6-3 结构设计中的强度与刚度问题 一.提高静强度 4.改善支承
第六章 机械结构设计
§6-3 结构设计中的强度与刚度问题 一.提高静强度 5.发挥材料特性
拉应力 压应力
§6-3 结构设计中的强度与刚度问题 一.提高静强度 6.合理强化
第六章 机械结构设计
§6-3 结构设计中的强度与刚度问题 一.提高静强度 6.合理强化
§6-3 结构设计中的强度与刚度问题 一.提高静强度 1.合理的断面形状
相同断面积梁的抗弯截面模量比较
第六章 机械结构设计
§6-3 结构设计中的强度与刚度问题 一.提高静强度 2.载荷分担
第六章 机械结构设计
§6-3 结构设计中的强度与刚度问题 一.提高静强度 3.载荷均布
第六章 机械结构设计
第六章 机械结构设计
§6-4 结构设计中的工艺性问题 二.机械切削加工工艺性 1.减少被加工的结构要素数量
第六章 机械结构设计
§6-4 结构设计中的工艺性问题 二.机械切削加工工艺性 2.方便装卡
第六章 机械结构设计
§6-4 结构设计中的工艺性问题 二.机械切削加工工艺性 3.设置必要的退刀槽
第四章 机械创新设计方法
4.1 创新设计方法的核心问题
想出别人没想到的方法
开拓思路 破除思维障碍
第五章
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第二节 结构设计的基本原则与原理
自增强补偿举例
第二节 结构设计的基本原则与原理
第三节 结构设计中的强度与刚度问题
一、提高静强度的设计方法 1．采用合理截面形状
2、载荷分流
3、载荷均布 4、改善轴系支撑结构 5、充分发挥材料特性 6、合理强化
第二节 结构设计的基本原则与原理
一、结构设计的基本原则 二、结构方案设计原理
第二节 结构设计的基本原则与原理
一、结构设计的基本原则
结构方案设计时应遵循三项基本原则：
1、明确； 2、简单；
3、安全可靠。
第二节 结构设计的基本原则与原理
2、变形协调原理 变形协调，就是使相联接的两零件在外载荷的作用下所产 生的变形的方向相同，并且使其相对变形尽可能小。
第二节 结构设计的基本原则与原理
3、任务分配原理 按照结构设计中功能明确的原则，结构所要求的各种分功 能必须有明确的载体来分担。 任务分配指功能和载体之间关系的确定。 任务分配有三种情况： 1）一载体承担多种功能：功能集中于一载体，可简化结 构、降低成本； 2）一载体承担一种功能：功能与载体一一对应，便于做 到“明确”、“可靠”，便于实现结构优化及准确计 算； 3）多载体共同承担同一种功能：多载体承担同一功能可 以减轻零件负载，延长使用寿命。
零件安全 整机安全
工作安全
环境安全
第二节 结构设计的基本原则与原理
• 零件安全---指在规定的载荷和规定时间内，零件不发
生断裂、过度变形、过度磨损，不丧失稳定性。
• 整机安全----指整个技术系统保证在规定条件下实现总 功能。 • 工作安全----指对操作人员的防护，保证人身安全和身 心健康。
连接要素（连接表面）----其他结构要素称为连接要素
第一节 零件的功能、相关与结构要素
零件的结构要素举例
每一个零件都有工作表面。 零件的工作表面决定着零 件的工作能力和工作质量， 所以工作表面的设计是零 件设计的核心。
第二节 结构设计的基本原则与原理
4、自助原理（自补偿原理） 自补偿是通过系统本身结构或相配臵关系来实现加强功 能的相互支持作用。 自补偿有减载、平衡和保护的含义。
常见的自补偿原理应用形式有：
（1）自增强 （2）自平衡 （3）自保护
第二节 结构设计的基本原则与原理
第二节 结构设计的基本原则与原理
2) 间接安全技术法。通过防护系统和保护装臵来实现技 术系统的安全可靠。
图6-10 剪切销安全离合器
第二节 结构设计的基本原则与原理
3)提示性安全技术法（指导性安全技术法）。既 不能直接保证安全可靠，又没有保护或防护措 施，仅能在事故出现以前发出报警和信号，提 醒人们注意，如指示灯，警铃等。 总结： 在进行结构设计时应该是按直接安全技术法、间 接安全技术法和提示性安全技术法的优先顺序 来选择。
第一节 零件的功能、相关与结构要素
图6-2是减速器简图 零件相关举例
第一节 零件的功能、相关与结构要素
看图6-3为减速器主要零件相关图：
图6-3 减速哭主要零件相关图
第一节 零件的功能、相关与结构要素
3）成形 在工艺过程中，通过工作头的形状、运动方式和作用 场， 完成对对象物的成形。 4）其它功用
第一节 零件的功能、相关与结构要素
二、结构件的分类 结构件的形式多种多样，从不同的角度可以有不同的分类。 1）为了设计、制造和管理上的方便，通常将其分为： 盖盘、轴套、支架、杆件、壳体、箱体和支承件等类别。 2）从毛坯工艺角度可分为： 铸造件、焊接件、锻造件、铆接或粘结件等。
第二节 结构设计的基本原则与原理
简单的原则举例
图6-9 减少加工表面数量的结构设计
第二节 结构设计的基本原则与原理
3．安全可靠 安全可靠指零部件有一定的工作寿命，有充分的安全措 施，不发生人身和设备事故。 （1）机器安全包括4个方面：
5、稳定性原理 系统的结构稳定是指当出现干扰，使系统状态发生改变的 同时，会产生一种与干扰作用相反的、使系统恢复稳定 的效应。
第二节 结构设计的基本原则与原理
第三节 结构设计中的强度与刚度问题
一、提高静强度的设计方法 二、提高静刚度的设计方法 三、提高疲劳强度的设计方法 四、提高接触强度与接触刚度的设计方法
第二节 结构设计的基本原则与原理
应用等强度原理应注意以下几点：
1、如果在某些结构中追求等强度会增大成本，则应该放 弃等强度原理。 2、不同结构要素的工作原理不同，承载能力差别很大， 使工作原理不同的结构要素的承载能力相同可能会使 机构比例不协调。 如自行车的车架和轴承、轮胎的承载能力相差较大，这 种情况下通常采用多次更换易损件的方法解决。
第二节 结构设计的基本原则与原理
设计时应根据具体情况进行任务分配。
将相同功能分配给多个载体承担时要注意： 必须保证每个功能载体均匀地分担任务。分配不均可能造成： 1、个别载体会超载； 2、两个功能载体之间出现功率循环。
• 环境安全----对技术系统的周围环境和人不造成危害和
污染，同时也要保证机器对环境的适应性。
第二节 结构设计的基本原则与原理
（2）安全技术法 为了保证安全可靠性，而采取的技术措施： 1)直接安全技术法：是指在结构设计中充分满足安全可 靠要求，保证在使用中不出现危险。
L/O/G/O
机械设计学
长春工业大学机电学院
第六章 机械结构设计
1 2 3
零件的功能、相关与结构要素
结构设计的基本原则与原理
结构设计中的强度与刚度问题
4 结构设计中的精度问题 5 6
结构设计中的工艺性问题 材料选择
引言
机械结构设计 就是把原理方案结构化，即确定结构中构件的材料、形 状、尺寸、加工方法、装配方法等。 结构设计包括： 机器的总体结构设计和零部件结构设计 本章着重讨论零件的结构设计
第二节 结构设计的基本原则与原理
3、为保护重要零部件，设计中使某个零部件的承载能力较 低，通过牺牲廉价易更换零件的方法保护重要零部件。
4、有些结构参数有标准系列值，在按照等强度原理进行设 计后应按标准系列圆整参数。
第二节 结构设计的基本原则与原理
第二节 结构设计的基本原则与原理
(2)工作原理明确 指所依据的工作原理应预先考虑靠可能出现的各种物理 效应，以免出现使载荷、变形或磨损超出允许范围的有害情 况。
图6-6 同步照相机工作简图
第二节 结构设计的基本原则与原理
第一节 零件的功能、相关与结构要素
一、结构件的功用 二、结构件的分类 三、零件的相关 四、零件的结构要素
第一节 零件的功能、相关与结构要素
一、零件的功用
各种结构件具有的功能主要有： 1)承受载荷 2)传递运动和动力 3)成形 4)其它功用
图6-4支架零件
第一节 零件的功能、相关与结构要素
连接表面的设计也应遵守一些原则：
1）不影响工作表面的功能 2）不影响零件运动
3）不影响操作
图6-5 支架连接表面设计
在结构设计中，通常先确定工作部分，然后确定连接部分。 工作部分主要考虑工作面的形状、尺寸、精度、表面质量 等，连接部分主要考虑强度、刚度等要求。
（2）自平衡 自平衡----工作状态下，辅助效应同初始效应相反并达到平衡 或部分平衡状态。
第二节 结构设计的基本原则与原理
（3）自保护 超载时，特别是超载有可能反复出现时，采取自动防止 破坏的措施。
第二节 结构设计的基本原则与原理
三、零件的相关
相关----指零件之间的确定性的关系。 （这里的确定性关系实际上就是装配关系或相互位臵关系。） 直接相关 相关 间接相关
第一节 零件的功能、相关与结构要素
零件的相关分为直接相关和间接相关两类： （1）直接相关：凡是两零件有直接装配关系的。（即通 过零件表面直接接触实现的相关） （2）间接相关：没有直接装配关系的相关。（即通过其 他零件间的一系列直接相关的组合实现的）
（3）工作状态明确 指结构设计中，材料的选择和工作能力分析，要依据对 结构的工作状态分析进行。
图6-7 两端单向固定轴系结构
第二节 结构设计的基本原则与原理
2．简单 简单是指整机、部件和零件的结构，在满足总功能前提 下，力求形状简单、零部件数量少等。
简单的好处：（1）有利于加工和装配，缩短制造周期， 降低制造和运行成本（2）有利于提高产品工作的可靠 性，有利于提高工作精度
对于同一个零件来说，各处应力相等，各处寿命相等， 叫等强度。
这样可使结构有相等强度，从而达到充分利用材料，提 高经济效益。 等强度原理要求设计者确定的机构参数应使结构的各部 分具有相同或相似的承载能力。
第二节 结构设计的基本原则与原理
等强度原理举例
第一节 零件的功能、相关与结构要素
1）承受载荷
第一节 零件的功能、相关与结构要素
2）传递运动和动力
图6-2牛头刨床传动原理
第一节 零件的功能、相关与结构要素
位臵相关
间接相关 运动相关 位臵相关是指两零件在相互位臵上有要求。 运动相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关。
第一节 零件的功能、相关与结构要素
四、零件的结构要素
结构要素--指构成零件形体的表面。 工作要素 结构要素 连接要素 工作要素（工作表面）----与其他零件形成直接相关关系的 结构要素或与工作介质相接触的结构要素