西工大机械设计课件完整版

r=0 不属于上述三类的应力称为非对称循环应力，其 r在+1与-1之间， 它可看作是由第一类（静应力）和第二类（对称循环应力）叠加而 成。 zpofrp 2013-10-23
例1 已知：max=200N/mm2，r =－0.5，求：min、a、m。 解：
min r max 0.5 200 100
5）对机械设计的新发展有所了解。
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习 题
1、机器的基本组成要素是什么？
2、什么是通用零件？什么是专用零件？试各举三个实例？
3、一台完整的机器通常是由哪些基本部分组成？各部分的作用是什 么？
4、机械零件有哪些主要的失效形式？
5、机械零件常用的有哪些计算准则？它们是针对什么失效形式而建 立的？
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3、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 2 。 （1）0.24；（2）-0.24；（3）-4.17；（4）4.17。
0 31.2N/mm2 t -130N/mm2
4、发动机连杆横截面上的应力变化规律如题3图所示，则其应力幅a和平 均应力m分别为 2 。
由此可求出d；其中Smin根据工作环境来定。
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• 机械零件的设计大体要经过以下几个步骤：
1、载荷分析（受力分析）：W 2、应力分析： 3、失效分析：断裂
4W d 2
s
4、材料的选择：45#钢、40Cr>s（手册查到） 5、确定计算准则：（依据防止断裂失效） 6、计算零件的主要尺寸：
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六、要求
以听课为主，自学为辅，考试内容以讲课和要求自学的为主， 答疑两周一次，具体时间待定。考核 20%+80% 平时作业质量、
出席情况、实验数目占20%，期末考试占80%，要求课内：课外
用时是1：2。
七、水平
1）掌握通用机械零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，具 有设计机械传动装置和简单机械的能力； 2）树立正确的设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策； 3）具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力； 《机械设计手册》—其中的一个标准是查手册的能力； 4）掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技术的基本训练；
Px 1 d 2 4

3000 1 502 4
1.528N m m2
max b c b c 37.528
min b c b c 34.472
a b 36
m c 1.528
3
。
（ 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。 2、下列四种叙述中
4
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；（4）变应力是由变载荷产生，也可能由静 载荷产生。
6、机械零件设计的一般步骤有哪些？
第一章结束
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第二章 机械零件的疲劳强度计算
一、变应力的分类
二、变应力参数 三、几种特殊的变应力 四、疲劳曲线（对称循环变应力的—N曲线） 五、（非对称循环变应力的）极限应力图
六、影响疲劳强度的因素
七、不稳定变应力的强度计算
八、复合应力状态下的强度计算（弯扭联合作用）
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一、变应力的分类
简单 稳定 循环变应力（周期） 变应力 复合 对 称 脉 动 非对称
不稳定循环变应力 随机变应力（非周期）
周期
时间t
a）稳定循环变应力
a）随时间按一定规律周期性变化，而且变化幅度保持常数的变应力称 为稳定循环变应力。如图2-1a所示。
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例3 已知：A截面产生max=－400N/mm2，min=100N/mm2 求：a、m，r。
Fa a A Fr Fa
b弯曲应力
Fr M
解：
a
m
max min
2
400 100 250 250 2
400 100 150 2
100 0 -150 -400 a t
r 0.919
36 b 0 -36 t ＋ 0 -1.528 c t 34.472 = 0 a
m
t
-37.528
Pr（对称循环） Px（静应力） 合成后（稳定循环变应力 ）
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第二章 机械零件的疲劳强度计算（习题）
一、选择题
1、机械设计课程研究的内容只限于
规定：1、a总为正值；
a m min
min m a
max t
0
t max
0
图2-2稳定循环变应力
2、a的符号要与m的符号保持一致。
其中：max—变应力最大值；min—变应力最小值；m—平均应力； a—应力幅；r—循环特性，-1 r +1。
由此可以看出，一种变应力的状况，一般地可由max、min、m、 a及r五个参数中的任意两个来确定。
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三、几种特殊的变应力

特殊点：
0
m
t
静应力 max=min=m a=0 r=+1
max 0 t
min
对称循环变应 力 max=min=a m=0
r=-1

max m 0 min t
脉动循环变应 力 min=0 a=m=max/2
max m a 40 (80) 120
min m a 40 (80) 40
min 40 1 r max 120 3
40 0 -40 a -120 min
m
t
max
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d


4W
7、结构设计l：（根据人体的情况，操作情况）其他尺寸 8、制图：设计最后都是用图纸来表达，然后拿到工厂去加工。 这不仅是零件设计的一般步骤，而且也是讲课的顺序。
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四．课程的主要内容
概括地说，机械零件可以分为两大类： 传动件 通用零件 零件 专用零件 连接件
技术设计 绘图、对方案具体实施，出图。
技术文件编制：编制设计计算说明书。
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三、零件的设计步骤
• 失效的定义：在正常的工作条件下，机械零件丧失工作能力或达 不到工作性能要求时，就称为零件失效。
整体断裂
机械零件的失效形式 过大的残余变形 腐蚀、磨损和接触疲劳 强度 机械零件的工作能力 刚度 寿命（耐磨性、耐腐蚀性）
a m min min m a
max t
0
t max
0
图2-2稳定循环变应力
图2-2给出了一般情况下稳定循环变应力谱的应力变化规律。 零件受周期性的最大应力max及最小应力min作用，其应力幅为a， 平均应力为m，它们之间的关系为
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max m a m a min max min m 2 min a max 2 min r max
第一章 机械及机械零件 设计概要
本章论述了机械设计课程教学内容总纲、设计基本 知识和一些共性问题。
一、机械（机器）的组成 二、机械设计步骤 三、零件的设计步骤 四、课程的主要内容 五、课程的特点 六、学习要求 七、达到的水平（国家教委制定）
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一、机械（机器）的组成
我们以洗衣机为例，来说明机械的组成：
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max min
2
m
100 1 r min 0.25 max 400 4
a 0
t
＋ 0
m
= 稳定循环变应力 t
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R=－1对称循环
R=＋1静应力
例4 如图示旋转轴，求截面A上max、min、a、m及r。
m
a
max min
2
max min
2
a
200 100 50 2
200 100 150 2
max m
200 50
0
-100
min
t
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例2 已知：a= 80N/mm2，m=－40N/mm2 求：max、min、r、绘图。 解：
（如螺钉、齿轮、链轮等）
轴系件 其 他
本书讨论的具体内容是：（设计方法、步骤、原理）
1） 传动部分—带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动以及螺旋传 动等；
2） 联接部分—螺纹联接，键、花键及无键联接，销钉联接，铆接
、焊接、胶接与过盈配合联接等； 3） 轴系部分—滑动轴承、滚动轴承、联轴器与离合器以及轴等；
进水
电动机
涡轮 排水
控制部分：正转时间 反转时间
皮带传动
图1 洗衣机机构示意图
辅助系统
原动机
传动机
工作机
控制系统
图2 机械（机器）的组成（按功能分）
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• 原动机部分是驱动整部机器以完成预定功能的动力源； • 执行部分是用来完成机器预定功能的组成部分； • 传动部分是把原动机的运动形式、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。 以上是从功能上分析机械的组成，下面从结构上看： 零件：是机械的制造单元，机器的基本组成要素就是机 械零件。 部件：按共同的用途组合起来的独立制造或独立装配的 组合体。 如减速器、离合器等。
（1）a = －80.6Mpa，m = 49.4Mpa；（2）a = 80.6Mpa，m = -49.4Mpa； （3）a = 49.4Mpa，m = －80.6Mpa；（4）a = －49.4Mpa，m = － 80.6Mpa。 5、变应力特性max、min、m、a及r等五个参数中的任意 2

周期 t
b）不稳定循环变应力
b）若变化幅度也是按一定规律周期性变化如图2-1b所示，则称为 不稳定循环变应力。
尖 峰 应 力
C）随机变应力 图2-1变应力的分类 c）如果变化不呈周期性，而带有偶然性，则称为随机变应力，如图 2-1c所示。
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二、变应力参数
图2-2给出了一般情况下稳定循环变应力谱的应力变化规律。
lim 强度准则： Smin
机械零件计算准则
刚度准则：
y y
寿命准则：（表示耐磨程度）
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下面我们以设计千斤顶立柱为例，来说明机械零件的设计步骤：
车自重W=2000kg=2吨 s为屈服极限
l
d
4W s 2 d Smin
按大小来分：
机械（机器） 部件
零件
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图3 机械（机器）的组成（按大小分）
二、机械设计步骤
提出要求 计划阶段 洗衣机 自动进水 洗 涤 甩干（脱水） 提出尽可能多的解决方法 单 缸 双 缸 滚 筒 模糊控制 自适应控制 双模控制
方案设计
筛选、决策、评价（可靠性、经济上），选出最佳方案。 目的：确定机械中各个零部件的结构尺寸（量化）
4） 其他部分—弹簧、机座与箱体、减速器等；
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基本理论
疲劳强度理论
摩擦、磨损与润滑
五、特点
1、实践性比较强。理论性差一些，经验、半经验公式，实验得出比 较多；理论推导出的比较少，答案不唯一。
2、综合性比较强。 受力分析 《理论力学》
应力分析 《材料力学》 材料选择 《材料与热处理》 3、承上启下的作用。它是最后一门专业基础课，起到承接基础课和 专业课的桥梁作用。
Pr=6000 A Px=3000N 150 l=300 d=50 b弯曲应力
解：Pr A：对称循环变应力
Pr l M 6000 300 2 2 2 b 36 N m m 3 W 0 . 4 50 3 d 32
Px A：静压力
c
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