机械零件的设计基本概论
机械零件设计概论
9-4机械零件的耐磨性 机械零件的耐磨性
磨损: 磨损 摩擦过程带来了表面材料的丧失和转移的现象。 摩擦过程带来了表面材料的丧失和转移的现象。
磨损的危害： 磨损的危害： 1．影响机器的质量 例如，齿轮齿面的磨损， ． 例如，齿轮齿面的磨损， 破坏了渐开线齿形，传动中导致冲击振动。 破坏了渐开线齿形，传动中导致冲击振动。机床 主轴轴承磨损，影响零件的加工精度。 主轴轴承磨损，影响零件的加工精度。 2．降低了机器的效率 例如柴油机缸套的磨损， ． 例如柴油机缸套的磨损， 导致功率不能充分发挥。 导致功率不能充分发挥。 3．减少了机器的可靠性 ． 例如断齿，钢轨磨损。 例如断齿，钢轨磨损。
2.变应力下的破坏形式： 疲劳破坏 变应力下的破坏形式： 变应力下的破坏形式 A、疲劳断裂的特征： 、疲劳断裂的特征： 1）疲劳断裂的最大应力远比静应力下的强度极限低，甚至比 ）疲劳断裂的最大应力远比静应力下的强度极限低， 屈服极限低。 屈服极限低。 2）其疲劳断口为无明显塑性变形的脆性突称然断裂。 ）其疲劳断口为无明显塑性变形的脆性突称然断裂。 无明显塑性变形的脆性突称然断裂 3）疲劳断裂是损伤的积累。 ）疲劳断裂是损伤的积累。 损伤的积累 形成过程：表面初始裂纹 裂纹扩展 断裂。 裂纹扩展→断裂 形成过程：表面初始裂纹→裂纹扩展 断裂。 其断口有明显的光滑区和粗糙区。 其断口有明显的光滑区和粗糙区。 光滑区 零件在变应力作用下，其极限应力不仅与材料的性能有关，而 零件在变应力作用下，其极限应力不仅与材料的性能有关， 且应力的循环特性r、应力循环次数N、应力集中、 且应力的循环特性 、应力循环次数 、应力集中、零件的表面 状态和零件的大小都对极限应力有很大的影响。 状态和零件的大小都对极限应力有很大的影响。
9-3 机械零件的接触强度 二、接触强度计算
机械设计基础机械零件设计概论
鉴定条件可概括为计算量≤许用量。这种为预防 失效而制定旳鉴定条件，一般称为工作能力计算 准则。
同一零件可能发生多种不同形式旳失效
轴可能旳失效形式：
nF
强度条件： 工作应力≤许用应力 σ≤ [σ] 或 τ≤ [τ]
刚度条件： 实际变形量≤许用变形量
y ≤[y]、 θ ≤[θ] 、φ ≤ [φ]
第一节 机械零件设计概述
Fn —作用在圆柱体上旳载荷； —综合曲率半径,
12 2 1
正号用于外接触，负号用于内接触。
第三节 机械零件旳接触强度
E 2E1E2 E1 E2
E —综合弹性模量，E1、E2 分别为 两圆柱体材料旳弹性模量。
接触强度旳鉴定条件为
式中 H lim 为由试验测得旳材料旳接触疲劳极
限，对于钢其经验公式为
第二节 机械零件旳强度
小型起重设备，一般工作不频繁，满载起重次数不 多，故本题按承受静载荷考虑，以最大起重量（涉 及小车、电动葫芦自重）作为计算载荷。
第二节 机械零件旳强度
第二节 机械零件旳强度
例9-2 一车轴9-5所示。已知Fr=F=110KN，轴旳 材料为Q275钢，σb=550MPa，σ-1=240MPa，要
求旳安全系数Smin=1.5。试较核A—A截面旳疲劳强 度。
第二节 机械零件旳强度
机械零件设计概论
2. 塑料 塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件， 而且各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、绝热 性、绝缘性、减摩性、摩擦系数大等，所以近年来在 机械制造中其应用日益广泛。 3.其它非金属材料：皮革、木材、纸板、棉、丝等。
各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、行标 和机械设计手册中查得。
选用原则： 优选碳素钢，其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。
将零件的型式、规格、实验方法 、质量鉴定及标号等标准化，在 机械制造中具有重大意义。设计人员在设计时如无特殊要求，就应 当采用国家标准。
（二）机械零件设计中的标准化
零件的标准化，就是通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检 验方法、设计方法、制图要求等，制定出各种各样的大家共同遵守 的标准。 1、标准化的内容 标准化工作包括三方面的内容，即标准化、系列化和通用化，简称 为机械产品的“三化”。 1）、标准化 是指对机械零件种类、尺寸、结构要素、材料性质、检验方法、公 差配合和制图规范等制定出相应的标准，供设计、制造时共同遵照 使用。 2）、系列化 将同一类产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等依次分档，制 成系列化产品，以较少的规格品种满足用户的广泛要求。 3）、通用化 将用途、结构相近的零部件（如轴承、螺栓等），经过统一后实现 互换。
（三）、我国标准化的分类
标准层次：国际标准、国家标准、行业标准、企业标准
代号为 ISO
GB J号) －××××(为 批准年代) 强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。
推荐性国家标准：代号为GB／T ××××－××××，这类标准 占整个国标中的绝大多数。如无特殊理由和特殊需要，必须遵守这 些国标，以期取得事半功倍的效果。
1.退火 退火是将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后工件随 炉温缓慢冷却。退火可消除因锻造、焊接等产生的内应力，降低硬 度以改善切削加工性能。
机械零件设计概论(ppt49页).pptx
应力按方向分正应力和剪应力。
失效：机械零件在限定的期间内，在规定条件下， 不能完成正常的功能。如断裂、变形太大等。
工作能力（承载能力）：机械零件抵抗失效的能力 。或机械零件在预定的使用期限内，不发生失效的 安全工作限度。含时间和载荷两个要素。
三.失效形式： 1）断裂、塑性变形； 2）过大的弹性变形； 3）磨损或损伤 4）松弛、摩擦传动的打滑和强烈振动等。
5.振动稳定性准则 激振频率fp＜0.87f（固有频率），或fp＞1.18f
6.可靠性准则 可靠度应大于许用值
五. 机械零件的设计步骤
拟定机械部件总图
拟定零件图
拟定零件计算简图
选择合适材料
确定作用载荷
满足工
N
作能力
确定零件尺寸的取值 Y 范围和选材范围范围
设计步骤
(1)拟定零件的计算简图。选择零件类型、简化； (2)受力分析。确定作用在零件上的载荷； (3)选择材料。确定许用应力（许用应力查手册）； (4)确定设计准则。失效分析→确定计算准则。 (5)理论设计计算。按设计准则公式，确定零件主要 几何尺寸。如螺栓小径、齿轮齿数、模数等。 (6)结构设计。除主要尺寸的其余结构尺寸，必须考 虑功能要求，加工或装配工艺要求，减小应力集中 ，尺寸小，重量轻等原则。 (7)绘制零件工作图。尺寸、公差配合、表面粗糙度 及技术条件等。 (8)编写设计计算说明书。
常用金属材料的牌号及力学性能（p123）
布氏硬度与材料的抗拉强度之间存在一定关系： σb＝(0.3~0.4)HB ，或σb ＝K×HB ， K为系数，例如对于低碳钢有K≈0.36，对于高碳钢有K≈0.34 ，对于调质合金钢有K≈0.325；HRC≈0.1HB
机械零件设计概论2
机械零件设计概论2引言机械零件是机械系统中不可或缺的一部分。
它们承担着传递力量、转换能量、支撑结构等功能，影响着整个机械系统的性能和效率。
因此，机械零件的设计至关重要。
本文将介绍机械零件设计的基本概念和原则，并提供一些实用的设计方法和技巧。
1. 机械零件设计的基本概念机械零件的设计是指通过设计和优化零件的几何形状、材料选择和制造工艺，使其能够满足机械系统的功能要求和性能指标。
在进行机械零件设计时，需要考虑以下几个基本概念：1.1 功能要求机械零件设计的首要任务是确保零件能够完成所需的功能要求。
这包括传递力量、承受载荷、转换能量等功能。
设计师需要充分理解机械系统的工作原理和要求，以便在设计中考虑这些功能要求。
1.2 性能指标性能指标是衡量机械零件设计质量的重要标准。
常见的性能指标包括强度、刚度、耐久性、精度等。
设计师需要根据机械系统的工作条件和需求，确定合适的性能指标，并在设计中予以考虑。
1.3 材料选择材料选择是机械零件设计的关键步骤。
不同材料具有不同的特性，如强度、硬度、韧性等。
设计师需要根据零件的功能要求和性能指标，选择适合的材料。
此外，还需要考虑材料的可加工性和可靠性等因素。
1.4 制造工艺制造工艺对机械零件的设计有着重要影响。
不同的制造工艺对零件的复杂度、成本和性能都有不同的要求。
设计师需要了解各种制造工艺的特点和限制，并在设计中考虑这些因素，以实现零件的可制造性。
2. 机械零件设计的原则机械零件设计需要遵循一些基本原则，以实现设计的效果和质量。
2.1 安全性安全性是机械零件设计的首要原则。
设计师需要确保设计的零件能够安全地工作，防止因失效或故障而造成人员伤害或财产损失。
因此，在设计中需要考虑零件的强度、刚度等因素，并进行充分的安全性分析和测试。
可靠性是机械零件设计的重要要求。
设计师需要确保设计的零件能够在设计寿命内正常工作，不发生故障或失效。
在设计中需要考虑材料的持久性、质量控制等因素，并进行可靠性分析和测试。
机械零件设计概论
第9章机械零件设计概论机械零件设计概述机械零件由于某种缘故不能正常工作时，称为失效。
在不发生失效的条件下，零件所能平安工作的限度，称为工作能力。
通常此限度对载荷而言，因此习惯上又称为承载能力。
零件的失效可能由于：断裂或塑性变形；过大的弹性变形；工作外表的过度磨损或损伤；发生强烈的振动；联接的松弛；摩擦传动的打滑等。
机械零件尽管有多种可能的失效形式，但回纳起来最要紧的为强度、刚度、耐磨性、稳定性和温度的碍事等几个方面的咨询题。
关于各种不同的失效形式，相应地有各种工作能力判定条件。
设计机械零件时，常依据一个或几个可能发生的要紧失效形式，运用相应的判定条件，确定零件的外形和要紧尺寸。
机械零件的设计常按以下步骤进行：1)拟定零件的计算简图。
2)确定作用在零件上的载荷。
3)选择适宜的材料。
4)依据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定条件，确定零件的外形和要紧尺寸。
应当注重，零件尺寸的计算值一·般并不是最终采纳的数值，设计者还要依据制造零件的工艺要求和标准、规格加以圆整。
5)绘制工作图并标注必要的技术条件。
以上所述为设计计算。
在实际工作中，也常采纳相反的方式─—校核计算，这时先参照实物〔或图纸〕和经验数据，初步拟定零件的结构和尺寸，然后再用有关的判定条件进行验算。
还应注重，在一般机器中，只有一局部零件是通过计算确定其外形和尺寸的，而其余的零件那么仅依据工艺要求和结构要求进行设计。
机械零件的强度在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷称为名义载荷。
然而在机器运转时，零件还会受到各种附加载荷，通常用引进载荷系数K 〔有时只考虑工作情况的碍事，那么用工作情况系数K A 〕的方法来估量这些因素的碍事。
载荷系数与名义载荷的的乘积，称为计算载荷。
按照名义载荷用力学公式求得的应力，称为名义应力，按照计算载荷求得的应力，称为计算应力。
当机械零件按强度条件判定时，比立危险截面处的计算应力〔σ、τ〕是否小于零件材料的许用应力([σ]、[τ])。
机械零件设计概论
机械零件设计概论概述机械零件设计是机械工程领域中非常重要的一个方面。
它涉及到设计师通过使用不同的工程原理和技术，设计出能够满足特定功能和要求的机械零件。
在机械零件的设计中，设计师需要考虑到多方面的因素，包括力学性能、结构强度、材料选择等等。
在本文档中，我们将讨论机械零件设计的一些基本概念和方法，以及在设计过程中应该注意的一些要点。
设计原则在进行机械零件设计时，有一些基本的设计原则是必须遵循的。
这些设计原则可以帮助设计师在设计过程中做出正确的决策，并确保设计出符合要求的零件。
1.功能性：零件的设计应该能够满足其预期的功能和要求。
设计师需要仔细分析零件的用途和工作环境，以确保设计出的零件能够正常运行并达到预期的效果。
2.可靠性：零件的设计应该具有良好的可靠性，即能够在设计寿命期间保持稳定的性能。
设计师需要考虑到零件所受到的各种力和载荷，并采取相应的措施来提高零件的结构强度和耐久性。
3.经济性：设计师在设计零件时需要考虑到成本因素。
他们需要尽量选择成本较低的材料和加工工艺，以确保零件的制造成本在可接受范围内。
4.可制造性：设计师需要考虑到零件的制造过程。
他们需要尽量设计出易于加工的零件形状，并减少加工过程中的复杂性和成本。
5.可维修性：设计师在设计零件时需要考虑到维修和保养过程。
他们需要尽量设计出易于维修的零件结构，以便未来的维修工作能够更加方便和快捷。
设计流程机械零件的设计流程通常包括以下几个步骤：1.需求分析：设计师首先需要与客户或用户进行沟通，了解对零件的功能和性能的要求。
他们需要确定零件的尺寸、形状、材料等参数。
2.概念设计：根据客户需求，设计师开始进行概念设计。
他们会产生多种不同的设计方案，并对每个方案进行评估和比较。
最终选择最佳的设计方案。
3.详细设计：在确定最佳设计方案后，设计师开始进行详细设计。
他们会使用CAD软件绘制零件的三维模型，并对零件进行力学分析，以确保其结构强度和稳定性。
4.材料选择：设计师需要根据零件的功能和要求选择合适的材料。
第1章机械零件设计概论
§1.1 机械、机器、机构及其组成 §1.2 本课程的内容、性质的任务 §1.3 机械设计的基本要求和设计 过程 §1.4 机械零件的工作能力及其计算准则 §1.5 机械零件的载荷、应力和许用应力 §1.6 机械零件的材料的选用原则 §1.7 机械设计的新发展
1.1 机械、机器、机构及组成
1.6 机械制造常用材料及其选择
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：良好的塑性和液态流动性； 良好的减摩性和抗腐蚀性。 零件毛坯获取方法：辗压、铸造。 应用：应用范围广泛。
二、非金属材料
1、橡胶 橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。
4) 腐蚀磨损
在滚动或兼有滑动和滚动的高副申，如凸轮、齿轮等，受载时材料表层有很大的 接触应力。当载荷重复作用时，常会出现表层金属呈小片状剥落，而在零件表面 形成小坑，这种现象称为疲劳磨损或疲劳点蚀。 在摩擦过程申，与周围介质发生化学反应 或电化学反应的磨损，称为腐蚀磨
静应力是变应力的特例 1.5 机械零件的载荷、应力和许用应力
零件工作表面出现疲劳破坏或过度磨损 零件的弹性变形过大 零件发生强烈振动
2) 衡量零件工作能力的指标： 强度、刚度、抗磨性、耐热性、振动稳定性
1.4 机械零件的工作能力及其计算准则
三、机械零件的计算准则
强度计算准则 (整体强度和表面强度)： [ ] 刚度计算准则； 抗磨性计算准则：
[ ]
1.1 机械、机器、机构及组成
机 器
进气阀3 制造角度:由若干个机械零件装配面成的 。 运动角度:由若干个可以相对运动的构件组装而成的。
结构角度:由机构组成的，而机构则是由一些能相对 独立运动的构件组成的。 排气阀4
1 机械设计基础概论
工作能力计算准则：根据零件失效的原因，可建立相应的零件工作 能力的判定条件。
计算准则包括：①强度判定条件：应力许用应力； ②刚度判定条件：变形量许用变形量； ③耐磨性判定条件：压强许用压强； ……。 判定条件可概括为：计算量许用量。
1、机械零件的强度准则（基本条件） 强度：零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面失效的 能力。 判定准则：零部件在载荷作用下的工作应力不超过许用应力。
2、 磨损的分类
按照磨损的机理以及零件表面磨损状态的不同，一般工况下把 磨损分为磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等。
(1）粘着磨损 也称胶合，摩擦表面的微观凸峰粘在一起后，在相对运动 中，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘着磨损。
(2）磨粒磨损 也称磨料磨损，是外界的硬颗粒或粗糙的硬表面在相对运 动中，对摩擦表面的擦伤所引起的磨损。
•经济性要求 1、应尽可能采用先进的设计方法，计算机辅助设计，加快 设计进度，降低设计成本； 2、尽量采用标准件、通用件，产品系列化； 3、采用新技术、新材料和新结构，选用高效传动系统以降 低能耗； 4、考虑机器的机械化、自动化水平，提高机器的生产率。
•满足社会要求 操作方便、省力，劳动强度低，维修简便；能够安全运行； 造型美观；低噪音、无毒、低辐射等。
另外，要考虑材料的费用（材料费占成本的30﹪以上）。
材料的费用 （材料费占成本 的30﹪以上）
原材料的价格 包 括
零件制造费用
机械零件材料具体的选用措施： (1)尽量采用高强度铸铁来代替钢材，用工程塑料或粉末冶金 材料代替有色金属材料； (2)采用热处理或表面强化处理等工艺，充分发挥利用材料的 潜在力学性能； (3)合理采用表面镀层等方法，减少磨损速度，延长零件的使 用寿命； (4)采用组合式零件结构，使得工作部分用贵重材料，非工作 部分用廉价材料（如部分铸铁刀具只在刀尖处用金刚石、大型蜗轮 用青铜齿圈和铸铁轮心的组合式结构）； (5)优化工艺方案，提高材料的利用率； （6）用本地富有元素合金钢代替稀有元素合金钢，金属采购、 运输费用。
8机械零件设计概论
1、机械设计基本要求：在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在预定使用期限内安全可靠、操作方便、维修简单等。
机械零件设计的基本要求：在满足机械整体性能、功能要求的前提下，工作可靠、成本低。
2、失效机械零件由于某种原因而不能正常工作失效形式：断裂、过大的弹性变形、塑性变形、工作表面的过度磨损或损失、发生强烈的振动、联接的松弛、摩擦打滑等。
3、机械零件设计要点除满足设计准则外，还必须处理好（1）材料及热处理问题；（2）公差与配合、表面粗糙度问题；（3）公益性问题；（4）标准化及系列化问题等。
4、公差零件尺寸必须介于两个允许的极限尺寸之间，这两个极限尺寸之差称为公差。
5、变应力：随时间变化而变化的应力。
6、应力：具有周期性的变应力。
（机械零件所受应力多数为循环变应力）7、应力循环特性：应力循环中的最小应力与最大应力之比，可用来表示变应力中变化的特征。
（用r表示）r=-1 对循环变应力条件：σmax=-σminr=0 脉动循环变应力σmax≠0σmin=0r=+1 静应力σmax=σmin8、疲劳断裂零件损伤到一定程度后，裂纹扩展到一定程度后，才发生的突然断裂。
与变应力的最大值和应力循环作用次数有关。
9、机械零件的接触强度10、摩擦分为内摩擦和外摩擦。
11、静摩擦：仅有相对滑动趋势的摩擦。
动摩擦：相对滑动中的摩擦。
12、根据摩擦面间存在润滑剂的情况分为：（1）干摩擦：表面间无任何润滑剂或保护物的纯金属接触时的摩擦。
（2）边界摩擦：摩擦表面被吸附的边界膜隔开，摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能。
流体摩擦：摩擦表面被流体隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力。
（4）混合摩擦：摩擦状态处于边界摩擦及流体摩擦的混合状态。
13、磨损运动副之间的摩擦导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。
磨损三阶段：（1）磨合阶段：磨合后的稳定粗糙度是给定摩擦条件下的最佳粗糙度。
（2）稳定磨损阶段：零件在平稳而缓慢的速度下磨损，摩擦条件保持相对恒定。
机械零件设计概论及原理
表层萌生疲劳磨损：表层萌生疲劳磨损造成扇形疲劳坑，磨屑多为扇形颗粒，故又称其为点蚀 表面萌生疲劳磨损：表面萌生疲劳磨损造成浅而大的疲劳凹坑，磨屑呈片状，故又称其为剥落。
接触疲劳准则
σHmax≤4τs 最大接触应力；剪切屈服点。
五、润滑剂及其特性
凡能降低摩擦阻力、且人为加入摩擦副的介质都称为润滑剂。
1．润滑剂的基本类型
液体润滑剂：矿物油、有机油、矿物油、合成油等 润滑脂：皂基脂、无机脂、烃基脂和有机脂 固体润滑剂：软金属，如Pb、Au、Ag、Sn、In等；无机化合物
２．润滑油
粘度 表征流体流动的阻力，在流体动力和静力润滑状态，粘度与油膜厚度、摩擦阻力直接相关。
强度准则
一、静强度
在静应力下工作的零件，其可能的失效形式是塑性变形或断裂。材料种类不同，所取极限应力也不同。
塑性材料
单向应力状态下：
，
复合应力状态下：
按第三或第四强度理论计算当量应力。
脆性材料
单向应力状态下：
，
复合应力状态下： 按第一强度理论计算当量应力。
对于塑性材料和组织不均匀的材料（如灰铸铁），在计算静强度时，可不考虑应力集中的影响。 对于组织均匀的低塑性材料（如淬火钢），在计算静强度时，应考虑应力集中的影响。
工作能力——机械零件具有足够的抵抗失效的能力
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
因为失效类型不同，所以机械零件的工作能力类型也不同，故机械零件的计算准则也不同
载荷和应力
１、载荷
动载荷：由于运动中产生的惯性力和冲击等引起的载荷
静载荷
变载荷
按是否随时间变化，载荷
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一、应力的种类
静应力: σ=常数
变应力: σ随时间变化
平均应力:
m
m
axm
2
in
应力幅:
a
maxm
2
in
变应力的循环特性:
σ
-1
= r min 0
max
+1
T
σ
σa
σa
σmax σmin σm o
----对称循环变应力 ----脉动循环变应力
----静应力
静应力是变应力的特例
σ
r =+1
σmax
的数值，设计者还要根据制造零件的工艺要求和标谁、规格加以圆整
5) 绘制工作图并标注必要的技术条件。 机械零件的设计基本概论
§9－2 机械零件的强度
名义载荷-----在理想的平稳工作条件下作用在零件上 的载荷。 然而在机器运转时，零件还会受到各种附加载荷，通常用引入
名义应力-----按名义载荷计算所得之应力。
载荷系数K----考虑各种附加载荷因素的影响。 计算载荷-----载荷系数与名义载荷的乘积。
计算应力-----按计算载荷计算所得之应力：
强度判 定条件：
[] []
其中
[
]
lim
S
[ ] lim
S
[σ]=、[τ]-----许用应力 S-----安全系数
σ、τ
σlim、τ lim -----极限应机力械零，件的由设计实基本验概论方法测定。
系数εσ和表面状态系数β等。 当应力是对称循环变化时，许用应力为：[1]
1
k S
当应力是脉动循环变化时，许用应力为：[0
]
0
k S
σ0 为材料的脉动循环疲劳极限，S为安全系数。以上 各系数均可机械设计手册中查得。以上所述为“无限寿命” ，
有限寿命时，用σ-1N代入得： [1]
机械零件的设计基本概论
后果：减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、
降低了承载能力、引起振动和噪音。
油
裂金纹属初的剥始扩落疲展出劳与现裂断小纹裂坑 机械零件的设计基本概论
1、疲劳曲线
σ
应力σ与应力循环次数N 之间
的关系曲线称为：疲劳曲线
由图可知：应力越小，试件能经受的循环次数就越多。试 验表明，当 N>N0以后，曲线趋于水平，可认为在无限次循 环时试件将不会断裂。
当N>N0 时, 试件将不会断裂。 O
σ-1N
N
σ-1
N N0
N0 ----循环基数
N0 对应的应力称为：疲劳极限
在零件表面或表层形成微裂纹，这种微裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展，直至余下的未断裂的截面积不足以承受外载荷
时，就突然断裂。疲劳断裂不同于一般静力断裂，它机是械损零伤件到的一定设程计度基后本，概即论裂纹扩展到一定程度后，才发生的突然断裂。所以
疲劳断裂是与应力循环次数(即使用期限或寿命)有关的断裂。
用σ-1表示材料在对称循环应力下的弯曲疲劳极限。
当N<N0 时, 有近似公式： m 1NN m 1N0C
对应于N
的弯曲疲劳极限：1N
1m
N0 N
机械零件的设计基本概论
2、许用应力
在变应力，应取材料的疲劳极限作为极限应力。同
时还应考虑零件的切口和沟槽等截面突变、绝对尺寸
和表面状态等影晌，为此引人应力集中系数kσ、尺寸
3）变应力下，
S =1.3～1.7
材料不均匀，或计算不准时取： S =1.7～2.5
机械零件的设计基本概论
§9－3 机械零件的接触强度
若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，
由于变形其接触处为一小面积，通常此面积甚小而表
层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力。
这时零件强度称为接触强度。 如齿轮、凸轮、滚动轴承等。
σmin to
σa σa
σ=常数
o
t
σ
σmax
σa
σa
σm
t o σmin
t
循环变应力
对称循环变应力 机械零件r 的=设-计1基本概论
脉动循环变应力 r =0
二、静应力下的许用应力
静应力下，零件材料的破坏形式：断裂或塑性变形
塑性材料，取屈服极限σS
极限应力,许用应力为：
作为
[
]
s
S
脆性材料：取强度极限σB 作
1
kS
m
N0 N
四、安全系数 安全系数定得正确与否对零件尺寸有很大影响 S↑ → 零件尺寸大，结构笨重。 S↓ → 可能不安全。 典型机械的 S 可通过查表求得。 无表可查时，按 以下原则取：
1）静应力下，塑性材料的零件：S =1.2～１.5 铸钢件：S =1.５～２.5
２）静应力下，脆性材料，如高强度钢或铸铁： S =3～4
失效形式常表现为：疲劳点蚀
机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的， 在载荷重复作用下，首先在表层内约20μm处产生初始 疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展(润滑油被挤迸裂纹中将 产生高压，使裂纹加快扩展，终于使表层金属呈小片 状剥落下来，而在零件表面形成一些小坑 ，这种现象 称为渡劳点蚀。发生疲劳点蚀后，减小了接触面积， 损坏了零件的光滑表面，因而也降低了承载能力 。
强度条件：计算应力<许用应力； 刚度条件：变形量<许用变形量； 防止失效的判定条件是：
计算量<许用量 ----工作能力计算准则。 机械零件设计的步骤：
1)拟定零件的计算简图; 2) 确定作用在零件上的载荷; 3) 选择合适的材料;
4) 根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定 条件，确定零件的形状 ; 注意，零件尺寸的计算值一般并不是最终采用
称为： 承载能力。
如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
断裂或塑性变形;
传动等。机械零件虽然有多种可能的 失效形式，归纳起来最主要的为
过大的弹性变形;
零件的失效形式: 工作表面的过度磨损或损伤;
发生强烈的振动；联接的松弛;
机摩械零擦件的传设计动基本的概论打滑等。
失效原因: 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等 原因。对于各种不同的失效形式，也各有相应的工作能力判定条件
§9－1 机械零件设计概论
机械设计应满足的要求： 在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低， 在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修简单和 造型美观等。
机械零件的失效： 机械零件曲于某种原因不能正常工作时，称为失效。
工作能力----在不发生失效的条件下，零件所能安全工
作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上又
为极限应力,许用应力为：
[ ] B
S
三、变应力下的许用应力
变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。疲劳断裂具
有以下特征：
1) 疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限
低，甚至比屈服极限低;
不管脆性材料或塑性材料，
2) 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂;
3) 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。它的初期现象是