第2章机械零件总论
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
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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
《机械设计》习题集
《机械设计》习题集第一章绪论分析与思考题1-1 机器的基本组成要素是什么1-2 什么是零件什么是构件什么是部件试各举三个实例。
1-3 什么是通用零件什么是专用零件试各举三个实例。
1-4 机械设计课程研究的内容是什么第二章机械设计总论分析与思考题2-1 一台完整的机器通常哪些基本部分组成各部分的作用是什么2-2 设计机器时应满足哪些基本要求设计机械零件时应满足哪些基本要求 2-3 机械零件主要有哪些失效形式常用的计算准则主要有哪些2-4 什么是零件的强度要求强度条件是如何表示的如何提高零件的强度2-5 什么是零件的刚度要求刚度条件是如何表示的提高零件刚度的措施有哪些 2-6 零件在什么情况下会发生共振如何改变零件的固有频率2-7 什么是可靠性设计它与常规设计有何不同零件可靠度的定义是什么 2-8 机械零件设计中选择材料的原则是什么2-9 指出下列材料的种类，并说明代号中符号及数字的含义：HTl50，ZG230-450， 65Mn，45，Q235，40Cr，20CrMnTi，ZCuSnl0Pb5。
2-10 机械的现代设计方法与传统设计方法有哪些主要区别第三章机械零件的强度一、选择与填空题3-1 零件表面的强化处理方法有_________________、___________________、_________________等。
3-2 零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之____________。
(1)增高(2)不变(3)降低3-3 机械零件受载时，在_____________________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___________________。
3-4 在载荷和几何形状相同的情况下，钢制零件间的接触应力_____________铸铁零件间的接触应力。
3-5 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__________。
机械设计期末知识点总结
第一章绪论1.通用零件、专用零件有哪些？P4通用零件：传动零件——带、链、齿轮、蜗轮蜗杆等；连接零件——平键、花键、销、螺母、螺栓、螺钉等；轴系零件——滚动轴承、联轴器、离合器等。
专用零件：汽轮机的叶片、内燃机的活塞、纺织机械中的纺锭、织梭等。
第二章机械设计总论1.机器的组成。
P5机器的组成：原动机部分、传动机部分、执行部分、测控系统、辅助系统。
2.机械零件的主要失效形式有哪些？P13①整体断裂；②过大的残余变形；③零件的表面破坏；④破坏正常工作条件引起的失效。
3.机械零件的设计准则有哪些？P16①强度准则；②刚度准则；③寿命准则；④振动稳定性准则；⑤可靠性准则。
第三章机械零件的强度1.交变应力参数有哪些？应力比r的定义是什么？r = -1、r =0、r=1分别叫什么？P27最大应力σmax、最小应力σmin、平均应力σm=σmax+σmin2、应力幅度σa=σmax−σmin2、应力比（循环特性系数）r=σminσmax。
最小应力与最大应力之比称为应力比（循环特性系数）。
r = -1：对称循环应力、r =0：脉动循环应力、r =1：静应力。
第五章螺纹连接和螺旋传动1.连接螺纹有哪些？各有哪些特点？P71①普通螺纹。
牙型为等边三角形，牙型角α=60°，内、外螺纹旋合后留有径向间隙。
同一公称直径螺纹按螺距大小可分为粗牙螺纹和细牙螺纹。
②55°非密封管螺纹。
牙型为等腰三角形，牙型角α=55°。
管螺纹为英制细牙螺纹。
可在密封面间添加密封物来保证密封性。
③55°密封管螺纹。
牙型为等腰三角形，牙型角α=55°。
螺纹旋合后，利用本身的变形就可以保证连接的紧密型。
④米制锥螺纹。
牙型角α=60°，螺纹牙顶为平顶。
2.传动螺纹有哪些？各有哪些特点？P72①矩形螺纹。
牙型为正方形，牙型角α=0°。
传动效率比其他螺纹高。
②梯形螺纹。
牙型为等腰梯形，牙型角α=30°。
机械设计-习题集答案
第一章绪论1-1机器的基本组成要素是什么？答：机械零件1-2什么是零件？什么是构件？什么是部件？试各举三个实例。
答：零件是组成机器的不可拆的基本单元，即制造的基本单元。
如齿轮、轴、螺钉等。
构件是组成机器的运动的单元，可以是单一整体也可以是由几个零件组成的刚性结构，这些零件之间无相对运动。
如内燃机的连杆、凸缘式联轴器、机械手的某一关节等。
部件是由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体，如减速器、离合器、联轴器。
1-3什么是通用零件？什么是专用零件？答：通用零件在各种机器中经常都能用到的零件，如：齿轮、螺钉、轴等。
在特定类型的机器中才能用到的零件，如：涡轮机的叶片、内燃机曲轴、减速器的箱体等。
1-4机械设计课程研究的内容是什么？答：机械系统设计的基础知识和一般尺寸和参数的通用零件设计方法。
第二章机械设计总论2-1答：一台完整的机器通常由原动机、执行部分和传动部分三个基本部分组成。
原动机是驱动整部机器以完成预定功能的动力源；执行部分用来完成机器的预定功能；传动部分是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。
2-2答：设计机器应满足使用功能要求、经济性要求、劳动保护要求、可靠性要求及其它专用要求。
设计机械零件应满足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、质量小的要求和可靠性要求。
2-3答：机械零件常见的失效形式：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。
常用的计算准则主要有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则和可靠性准则。
2-4答：强度要求为确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形。
强度条件为[]σσ≤。
提高机械零件的强度，可以采取：a、采用强度高的材料，使零件具有足够的截面尺寸；b、合理地设计零件的截面形状，增大截面的惯性矩；c、采用热处理和化学处理方法，提高材料的力学性能；d、提高运动零件的制造精度，降低工作时的动载荷；e、合理配置零件的位置，降低作用于零件上的载荷等。
《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___________。
第2章机械零件设计总论(wxd)
若t↑ → N↓ → R ↓ ----R是时间的函数。
8
§2-7 机械零件的设计方法
常规设计方法
机械零件的 设计方法 理论设计 经验设计 模型实验设计
现代设计方法
常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算， 结合人们在长期的设计和生产实践中总结出的方法、 公式、图表等进行设计的方法。 1) 理论设计 ----根据长期的总结出来的设计理论和实验数据所 进行的设计。 9
事半功倍的效果。
19
复习思考题
1。什么是通用零件和专用零件？什么叫一般尺寸和参 数的通用零件？
2。选定一台简单的机器（如车床，减速器等），分析
有哪些通用零件？其中哪些是联接件，哪些是传动件， 哪些是轴系零部件？ 3。机械零件有哪些主要失效形式？其失效形式与其设 计准则有何关系？
4。设计计算与校核计算有何区别？
以受拉杆为例，强度计算公式为：
σ ≤ σlim/S 或 F/A ≤ σlim/S F----拉力， A----截面积。
设计计算：
A≥ FS/ σ
lim
σ ＝ F/A ≤ [σ] F ≤ A [σ] 校核计算有四种可选方式： Sca = σlim / σ ≥ S Sca ----计算安全系数 σlim ≥ S σ
强制标准（GB）----必须强制执行；
推荐性标准（GB/T）----鼓励企业自愿采用。
18 作为设计人员，要求必须熟悉现行的相关标准，学会查询和 使用标准资料。无论设计何种产品，必须遵循相关标准。
强制性国家标准：代号为GB ××××(为标准序号)
－××××(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
机械设计重点面试概念提问60题必背
机械设计重点面试概念提问60题必背！！第一章绪论1.问：什么是零件？答：零件是组成机器的不可拆的基本单元，即制造的基本单元。
第二章机械设计总论2.问：一台完整的机器通常由哪些基本部分组成?答：原动机部分、执行部分和传动部分。
3.问：一般机器的设计程序通常由哪几个基本阶段构成？答：一部机器的设计程序基本上由计划阶段、方案设计阶段、技术设计阶段、技术文件编制阶段构成。
4.问：机械零件主要有哪些失效形式？答：机械零件的主要失效形式有：整体折断、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等。
5.问：机械零件的常用设计准则是什么？答：大体有以下设计准则：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则和可靠性准则等。
6.问：什么是机械零件的强度设计准则?答：强度准则就是指零件中的应力不得超过允许的限度。
例如，对一次断裂来说，应力不超过材料的强度极限；对疲劳破坏来说，应力不超过零件的疲劳极限：对残余变形来说，应力不超过材料的屈服极限。
第三章机械零件的强度7.问：试述零件的静应力与变应力是在何种载荷作用下产生的?答：静应力只能在静载荷作用下产生，变应力可能由变载荷产生，也可能由静载荷产生。
8.问：疲劳损伤线性累积假说的含义是什么？答：该假说是：在每一次应力作用下，零件寿命就要受到一定损伤率，当损伤率累积达到l00%时（即达到疲劳寿命极限）便发生疲劳破坏。
通过该假说可将非稳定变应力下零件的疲劳强度计算折算成等效的稳定变应力疲劳强度。
第四章摩擦、磨损及润滑概述9.问：何谓摩擦？答：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，或有相对滑动趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这种现象叫做摩擦。
10.问：根据摩擦面间存在润滑剂的情况，滑动摩擦能分为几种类型的摩擦?答：分为干摩擦、边界摩擦（边界润滑）、流体摩擦（流体润滑）及混合摩擦。
11.问：一般零件磨损过程大致可分为哪三个阶段？答：一般零件磨损过程大致可分为磨合阶段、稳定磨损阶段及剧烈磨损阶段。
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
第2章机械设计总论PPT学习教案
（五）其它专用要
求
❖ 对机床有长期保持精度的要求 ❖ 对食品、纺织机械有不得污染产品 的要求 ❖ 对大型机器有便于起重、运输的要 求等
第8页/共43页
§2-3
机械零件的失效： ---零件由于某种原因不能正常工作 时
第1页/共43页
§2-1 设计机器的一般程序
三、技术设计阶段 ❖ 绘制总装配草图、部件装配草图 ❖ 确定零部件的外形及基本尺寸 ❖ 绘制零件工作图和总装配图
第2页/共43页
§2-1 设计机器的一般程序
四、技术文件编制阶段
技术文件----用来说明产品性能、 设计、 制造、 操作使 用、维 护、或 其它所 有与产 品相关 的文档 资料。
对于具有配合要求的零件，应避免同时存在两组 以上的表面接合。
接合面不宜过多 第23页/共43页
§2-4 设计零件时应满足的基本要求
三、经济性要求
❖ 用料少 ❖ 加工工时少
❖ 材料的价格低
❖ 尽量采用标准化零部件
四、质量小的要求
好处：
节约材料； 减小惯性，改善机器的动力性能
第24页/共43页
§2-4 设计零件时应满足的基本要求
机械零件的主要失效形式 （自学）
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。 通常是 对载荷 而言， 故习惯 上又称 ：承载 能力
如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带
整体断裂
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
过大的残余变形
零件的失效形式
工作表面的过度磨损或损伤
---根据对 某类零 件已有 的设计 与使用 实践而 归纳出 的经验 公式， 或根据 设计者 的经验 用类比 的方法 所进行 的设计 。
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)
第2章机械及机械零件概述
4、 振动稳定性准则
共振：零件的固有频率和激振源的激振频率相重合或成整数倍关系时，零 件将发生~。
振动稳定性：在设计时要使机器中受激振作用的各零件的固有频率与激振 源的频率错开，即
fP＜0.85f 或 fP＞1.15f
高速运转机械的设计应注重此项准则。
5．散热性准则
Δt≤[Δt]
第五节 机械零件的常用材料及其选择原则
的载荷， (如力F、功率P、转矩T)。 名义载荷是机械在平稳工作条件下作用在零件上的载荷，它没有反映原
动机和工作机间的实际载荷随时间作用的不均匀性、载荷在零件上分布的不 均匀性及其他影响零件受力情况等因素。
计算载荷——载荷系数K与名义载荷的乘积。 Fca=KF，Pca=KP，Tca=KT
3．分析零件可能出现的失效形式，确定相应的工作能力计算准则。
➢计划阶段——研究和确定设计任务 ➢方案设计阶段——拟定总体设计方案 ➢技术设计阶段——计算和结构设计 ➢技术文件编制阶段 ➢ 试制、鉴定 ➢ 产品定型
三、设计方法
1．内插式设计 2．外推式设计 3．开发性设计
第三节 机械零件设计的基本要求、一般步骤 和设计计算方法
一、机械零件设计的基本要求 1．选择零件的类型和结构。 2．建立力学模型，进行受力分析，确定名义载荷和计算载荷。 名义载荷——根据额定功率或生产阻力用力学公式计算出作用在零件上
如： ISO
GB JB、HB
QB
第七节 现代机械设计方法简介
一、设计方法学
二、可靠性设计
三、优化设计方法 五、计算机辅助设计
四、有限单元法 六、工业设计
第四节 机械零件的主要失效形式及设计计算准则
一、机械零件的主要失效形式
失效——机械零件由于某种原因不能正常工作。
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四、技术文件编制
6
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 ……
第2章机械零件总论
机器设计的一般流程
提出任务
计
划
分析对机器的要求
确定任务要求
7
明确构形要求
结构化
选择材潘料存云、教授确研定制 尺寸
潘存云教授研制
设计制
使用费用
造费用
复杂程度
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、基本尺寸第和2章机零械零件件总工论 作图。
为了确定零件的基本尺寸，必须完成以下工作：
5
(1）机器的运动学设计 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）。
第2章机械零件总论
§2-3 机械零件的主要失效形式
13
机械零件的失效： 机械零件在预定的时间内和规定的条件下，不能完成
正常的功能，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，所以习惯上又称
为承载能力。
整体断裂
如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带 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
▲ 方案设计阶段
▲ 技术设计阶段
▲ 技术文件编制阶段
一、计划阶段 包括：需求分析、明确功能、制定设计任务书。
第2章机械零件总论
机器的功能
3
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、 理想与现实、长远目标与当前目标等之间的关系。
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▲使用功能要求 ▲经济性要求 ▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其它专用要求
其他专用要求——针对不同机器所特有的要求。 例如：
(1)对机床有长期保持精度的要求； (2)对飞机有质量小，飞行阻力小而运载能力大的要求；
(3)对流动使用的机器有便于安装和拆卸的要求；
(4)对大型机器有便于运输的要求等等。
机器潘功存云能教授分研析制
评价
提出可能的解决办法 组合几种可能的方案
评价 决策——选定方案
方
决策—确定结构形状与尺寸
案
设
技
零件设计
计
术
设部件设计Fra bibliotek计总体设计
第2章机械零件总论
编制技术文件
§2-2 对机器的主要要求
8
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：
第2章机械零件总论
§2-1 设计机器的一般程序
2
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。 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
机械设计的一般过程： ▲ 计划阶段
▲使用功能要求 ▲经济性要求
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：
▲劳动保护要求
▲可靠性要求 ▲其他专用要求
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，以及合理地配置必第2要章机的械零辅件总助论 系统来实现。
第2章 机械零件设计总论
1
§2-1 §2-2 §2-3 §2-4 §2-5 §2-6 §2-7 §2-8 §2-9
设计机器的一般程序 对机器的主要要求 机械零件的主要失效形式 设计机械零件时应满足的基本要求 机械零件的计算准则 机械零件的设计方法 机械零件设计的一般步骤 机械零件材料的选用原则 机械零件设计中的标准化
9
▲使用功能要求 ▲经济性要求 ▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其他专用要求
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。
第2章机械零件总论
过大的残余变形 零件的失效形式
工作表面的过度磨损或损伤
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▲使用功能要求
▲经济性要求
▲劳动保护要求
▲可靠性要求
▲其他专用要求
(1)要使机器的操作者方便和安全。因此设计时要按照人 机工程学的观点布置各种按钮、手柄，使操作方式符合 人们的 心理和习惯，同时，设置完善的安全装置、报警 装置、显示装置等。
(2）改善操作者及机器的环境。所设计的机器应符合劳 动保护法规的要求。降低机器运转时的噪声水平，防止 有毒、有害介质的渗漏，对废水、废气和废液进行治理。
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，其执行部分第的2章工机械作零件原总论理也不同。
因此，存在一个方案的比较和取舍问题。
方案评价原则：技术、经济性上可行。
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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。
同类机器的成功先例应 当借鉴，但其中的薄弱环节和 不符合现有任务要求的部分应 当加以改进或替换。
(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
以结构设计尺寸为依据，对零件进行精确的受力分 析和工作能力校核第2计章机算械零件。总论
第2章机械零件总论
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▲使用功能要求 ▲经济性要求 ▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其他专用要求
机器的可靠度——指在规定的使用时间内和预定的环 境下机器能够正常工作的概率。
机器由于某种故障而不能完成预定的功能称为失 效，它是随机发生的，其原因是零件所受的载荷、环 境温度、零件本身物理和力学性能等因素是随机变化 的。为了提高零件的可靠性，就应当在工作条件和零 件性能两个方面使其变第2化章机尽械零可件总能论 小。