华中科技大学机械设计基础篇课件
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华中科技大学-机械设计基础-讲义课件
学习不同的机械传动类型， 如齿轮传动、皮带传动和 链传动等。
传动比
了解传动比的计算和选择， 以实现所需的输出转速和 扭矩。
传动效率
掌握传动效率的影响因素， 优化传动系统的性能。
齿轮传动的设计原理
齿轮类型
学习直齿轮、斜齿轮和渐开线 齿轮等不同类型的齿轮。
齿轮设计
了解齿轮的设计原理和参数计 算，确保传动的平稳和可靠。
华中科技大学-机械设计 基础-PPT讲义课件
机械设计基础课程概述
本课程旨在介绍机械设计的基本概念、流程和方法，以及一些常见的设计原 理和实例分析。通过本课程的学习，您将掌握机械设计的核心知识和技能。
机械设计流程
1
需求分析
了解客户需求和要求，进行产品规划和功能分析。
2
概念设计
根据需求分析，进行创意设计和初步选型。
了解不同材料的特性和 应用范围，做出合理的 材料选择。
机械零件的加工工艺与加工方法
1
加工工艺
Hale Waihona Puke 学习常见的机械加工工艺，如车削、铣削和钻削等。
2
加工方法
掌握不同材料的加工方法，如金属加工、塑料加工和复合材料加工等。
3
加工精度
了解加工精度的要求和控制方法，确保零件的尺寸和质量。
机械传动基本概念
传动类型
3
详细设计
进行详细的零部件设计，确定参数和标准。
机械制图基础
平面投影
了解正射投影、轴测投影和截面投影等基本制图方法。
尺寸标注
学习如何正确标注尺寸和公差，确保设计准确性。
图样折叠
掌握图样的折叠方法，能够进行零件展开图绘制。
零部件图、装配图、爆炸图的概念与制 作
传动比
了解传动比的计算和选择， 以实现所需的输出转速和 扭矩。
传动效率
掌握传动效率的影响因素， 优化传动系统的性能。
齿轮传动的设计原理
齿轮类型
学习直齿轮、斜齿轮和渐开线 齿轮等不同类型的齿轮。
齿轮设计
了解齿轮的设计原理和参数计 算，确保传动的平稳和可靠。
华中科技大学-机械设计 基础-PPT讲义课件
机械设计基础课程概述
本课程旨在介绍机械设计的基本概念、流程和方法，以及一些常见的设计原 理和实例分析。通过本课程的学习，您将掌握机械设计的核心知识和技能。
机械设计流程
1
需求分析
了解客户需求和要求，进行产品规划和功能分析。
2
概念设计
根据需求分析，进行创意设计和初步选型。
了解不同材料的特性和 应用范围，做出合理的 材料选择。
机械零件的加工工艺与加工方法
1
加工工艺
Hale Waihona Puke 学习常见的机械加工工艺，如车削、铣削和钻削等。
2
加工方法
掌握不同材料的加工方法，如金属加工、塑料加工和复合材料加工等。
3
加工精度
了解加工精度的要求和控制方法，确保零件的尺寸和质量。
机械传动基本概念
传动类型
3
详细设计
进行详细的零部件设计，确定参数和标准。
机械制图基础
平面投影
了解正射投影、轴测投影和截面投影等基本制图方法。
尺寸标注
学习如何正确标注尺寸和公差，确保设计准确性。
图样折叠
掌握图样的折叠方法，能够进行零件展开图绘制。
零部件图、装配图、爆炸图的概念与制 作
机械设计基础ppt课件完整版
3
机械设计的定义与重要性
• 定义：机械设计是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、各个零件的材料和形状尺寸、 润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以 作为制造依据的工作过程。
2024/1/28
4
机械设计的定义与重要性
重要性
机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最 主要因素。
2024/1/28
18
液压与气压传动系统的维护与保养
日常维护
保持系统清洁、定期更换液压油或空 气滤清器滤芯等。
定期保养
检查系统各元件的工作状态，及时更 换损坏的密封件和易损件等。
2024/1/28
故障诊断与排除
熟悉系统故障现象和原因，掌握相应 的排除方法。
系统改进与优化
根据使用情况和实际需求，对系统进 行改进和优化，提高系统性能和效率 。
数字化与智能化融合
借助大数据、人工智能等技术，实现机械设 计的数字化和智能化。
个性化与定制化
满足用户个性化需求，提供定制化的机械设 计服务。
跨界融合与创新
鼓励不同领域的跨界合作，创造全新的机械 设计理念和方法。
2024/1/28
绿色与可持续发展
倡导环保、节能的设计理念，推动机械设计 的绿色化和可持续发展。
等。
创新性原则
设计应鼓励创新思维，探索新 的技术、新的材料和新的工艺
。
2024/1/28
6
机械设计的发展历程与趋势
数字化设计
利用计算机技术和数字化工具 进行高效、精确的设计。
绿色设计
注重环保、节能、可持续发展 等方面的设计。
发展历程
从手工设计到计算机辅助设计 （CAD），再到现在的数字化 、智能化设计。
华中科技大学机械考研必备课件之机械设计06_轴设计
注意 刚度与碳素钢相同 (两者弹性模量 E 相近)
我国Cr、Ni 资源少，尽量用代用钢种
(如40MnB机械性能接近40Cr)
(3) 球墨铸铁
以铁代钢 特点 吸振性、耐磨性好
对应力集中敏感性较小
可以做成复杂形状 价廉 冲击韧性低、质量不易控制 毛坯 圆钢棒料 尺寸小的轴 锻造毛坯 尺寸较大或为提高强度的轴 焊接毛坯 大件锻造困难 铸造毛坯 形状复杂的轴、空心轴等
[ [
[
1 1
]b ]b
0 .3
脉动循环变应力 对称循环变应力
2
1 b
]
0
[ 0 ] b
0 .6
1
[ [
1 b 1 b
] ]
1
将 T 转化为对称循环变化来考虑
M
ca
M
( T )
2
折算系数
转轴的强度计算
( T )
3
校核式： e
过渡肩环
(2) 改善轴的受力状况
合理布置零件位置
改善轴的受力
改变零件结构
车床输入轴卸载装置
6. 轴的结构设计举例
确定各零件位置 初估最小轴颈 dmin 确定各段直径
零件的轴向定位与固定
零件的周向固定 键槽、过定位、密封
举例
三、轴的强度计算
1. 按扭转强度计算(初算轴径)
对于转轴
转矩 T 弯矩 M 解决办法： 仅考虑 T 的强度条件 T
W
[ ] b
对于直径 d 的实心轴
W 0 . 1d
W T 0 .2 d
3
3
当量弯矩图
当量弯矩 M
ca
华中科技大学机械设计基础篇课件
第一章 概论－机械零件的强度
循环特征： r
min max
——表示应力变化的情况
对称循环 — r = -1； 脉动循环 — r = 0；
非对称循环 — r≠ 0 且 | r | ≠ 1; 静应力 — r = +1
用σr 表示循环特征为 r 的变应力。如 σ-1、σ0 等
平均应力： m
max
min
强度问题
刚度问题 耐磨性问题 稳定性问题
机械设计
第一章 概论－一般问题
零件的工作能力 —
不失效条件下零件的安全工作限度
这个限度通常是以零件承受载荷的大小来表示，
所以又常称为“承载能力”
吊钩最大起重量——50 kN 工作能力或承载能力——50 kN
50 kN
机械设计
第一章 概论－一般问题
二、承载能力判定条件（设计准则）
机械设计
其他通用零件
联 轴 器
第一章 概论
弹 簧
机 架
机械设计
专用零件
第一章 概论
活塞
曲轴
同一零件可能发生各种不同形式的失效
nF
轴可能出现的失效形式： 断裂 塑性变形 过大弹性变形 共振
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]
稳定性条件： 工作转速 n ≤许用转速 [n]
机械设计
三、机械零件的设计步骤
机械设计
第一章 概论－内容、性质及要求
四、学习方法
1、掌握零件设计时的共性
工作原理、结构、
受力分析、
类型、应用场合
失效形式
设计准则、 设计计算
【精编】华科机械设计课程设计资料幻灯片
等） 14. 参考资料（[编号] 作者. 书名. 出版地：出版社，出版年，
版次）
答辩
完成时间：1天 地点：机械学院西楼 B509
双级圆柱齿轮减速器 + 开式齿轮
双级圆柱齿轮减速器 + 链传动
带传动 +双级圆柱齿轮减速器
两级蜗杆+齿轮减速器 + 链传动
设计方法：边画图、边计算、边修改
❖ 画出齿轮的轮廓和箱体内壁线 ❖ 确定轴承座孔宽度L，画出轴承座的外端线。 ❖ 确定轴承的位置 ❖ 轴的结构设计——由端部开始，逐段确定轴径和宽
减速器附件设计
❖ 窥视孔和视孔盖：要能够观察到齿轮啮合状况 （P133）
❖ 通气器：根据工作选用（P136-137） ❖ 起吊装置（P137-138） ❖ 油标：注意油标的倾斜度 ❖ 放油孔和螺塞（P139）：放油孔设置在箱座内底面
最低处；箱座内底面常做成1°~1.5°的斜面；在 油孔附近做成凹坑
❖ 零件工作图是制造、检验零件及制定工艺规程的重 要技术资料，应包含制造、检验零件所需的全部内 容，包括：
必要的视图 正确的尺寸标注 尺寸公差与形位公差 表面粗糙度 技术要求
❖ 先画装配图，再拆画零件图
齿轮结构设计
❖ 小齿轮一般为齿轮轴，P29图5-9
❖ 大齿轮根据齿顶圆直径选择结构型 式，P188-189
❖ 箱内：蜗杆传动
模数和分度圆直径应取标准值，且应与直径系数符合标准的匹配关 系
热平衡验算
1.6 选择联轴器 初算轴径
❖ 方案1、2、4：减速器高速轴 外伸端用联轴器与电动机相 联，高速轴轴径应与电动机、 联轴器相匹配。
❖ 方案3：减速器高速轴外伸端 与大带轮相联，高速轴轴径 应与大带轮孔径匹配。
版次）
答辩
完成时间：1天 地点：机械学院西楼 B509
双级圆柱齿轮减速器 + 开式齿轮
双级圆柱齿轮减速器 + 链传动
带传动 +双级圆柱齿轮减速器
两级蜗杆+齿轮减速器 + 链传动
设计方法：边画图、边计算、边修改
❖ 画出齿轮的轮廓和箱体内壁线 ❖ 确定轴承座孔宽度L，画出轴承座的外端线。 ❖ 确定轴承的位置 ❖ 轴的结构设计——由端部开始，逐段确定轴径和宽
减速器附件设计
❖ 窥视孔和视孔盖：要能够观察到齿轮啮合状况 （P133）
❖ 通气器：根据工作选用（P136-137） ❖ 起吊装置（P137-138） ❖ 油标：注意油标的倾斜度 ❖ 放油孔和螺塞（P139）：放油孔设置在箱座内底面
最低处；箱座内底面常做成1°~1.5°的斜面；在 油孔附近做成凹坑
❖ 零件工作图是制造、检验零件及制定工艺规程的重 要技术资料，应包含制造、检验零件所需的全部内 容，包括：
必要的视图 正确的尺寸标注 尺寸公差与形位公差 表面粗糙度 技术要求
❖ 先画装配图，再拆画零件图
齿轮结构设计
❖ 小齿轮一般为齿轮轴，P29图5-9
❖ 大齿轮根据齿顶圆直径选择结构型 式，P188-189
❖ 箱内：蜗杆传动
模数和分度圆直径应取标准值，且应与直径系数符合标准的匹配关 系
热平衡验算
1.6 选择联轴器 初算轴径
❖ 方案1、2、4：减速器高速轴 外伸端用联轴器与电动机相 联，高速轴轴径应与电动机、 联轴器相匹配。
❖ 方案3：减速器高速轴外伸端 与大带轮相联，高速轴轴径 应与大带轮孔径匹配。
华中科技大学机械设计基础PPT课件
华中科技大学机械学院 杨家军
灵巧机械手 航天飞机
华中科技大学机械学院 杨家军
课程的性质与任务
是一门介绍常用机构和通用机械零件的基 本知识和基本设计方法的技术基础课。
华中科技大学机械学院 杨家军
教学内容
1、研究机构的组成及具有确定运动的条件。
2、研究四种基本机构的特性和设计方法。
3、讨论机械零部件的设计方法，如零部件 的工作能力、参数设计、结构设计、加工 工艺等。
工作载荷 名义载荷 计算载荷
——实际工作条件下的载荷 ——根据原动机功率求得的载荷
——对名义载荷进行修正得到的近似值
计算载荷
？
= K × 名义载荷
载荷系数
2、应力的分类
静应力 变应力
——不随时间改变或变化缓慢 ——随时间作周期性或非周期性变化
变应力
稳定变应力——周期性循环变应力 非稳定变应力——非周期性循环变应力
作用原理、构思总体原理解及布局造型等等, 都是最具创造性的 工作 因此也是决定新产品开发成败与否的最关键阶段。 设计进程本身是一个不断反馈循环的过程, 设计者在每一步都可 能获得新的信息, 从而反馈到前面的步骤。 因此, 一个出色的设计者往往要经历多次反复才能真正达到其最 优效果。
华中科技大学机械学院 杨家军
华中科技大学机械学院 杨家军
0．1．2 设计的原则
华中科技大学机械学院 杨家军
“不以规矩、不成方圆”
华中科技大学机械学院 杨家军
1、创新原则
创新概念 创新就是通过引入新概念、
新思想、新方法、新技术等．或对已有产 品的革新来创造具有相当社会价值的事物 或形式。
华中科技大学机械学院 杨家军
【案例分析】
洗
灵巧机械手 航天飞机
华中科技大学机械学院 杨家军
课程的性质与任务
是一门介绍常用机构和通用机械零件的基 本知识和基本设计方法的技术基础课。
华中科技大学机械学院 杨家军
教学内容
1、研究机构的组成及具有确定运动的条件。
2、研究四种基本机构的特性和设计方法。
3、讨论机械零部件的设计方法，如零部件 的工作能力、参数设计、结构设计、加工 工艺等。
工作载荷 名义载荷 计算载荷
——实际工作条件下的载荷 ——根据原动机功率求得的载荷
——对名义载荷进行修正得到的近似值
计算载荷
？
= K × 名义载荷
载荷系数
2、应力的分类
静应力 变应力
——不随时间改变或变化缓慢 ——随时间作周期性或非周期性变化
变应力
稳定变应力——周期性循环变应力 非稳定变应力——非周期性循环变应力
作用原理、构思总体原理解及布局造型等等, 都是最具创造性的 工作 因此也是决定新产品开发成败与否的最关键阶段。 设计进程本身是一个不断反馈循环的过程, 设计者在每一步都可 能获得新的信息, 从而反馈到前面的步骤。 因此, 一个出色的设计者往往要经历多次反复才能真正达到其最 优效果。
华中科技大学机械学院 杨家军
华中科技大学机械学院 杨家军
0．1．2 设计的原则
华中科技大学机械学院 杨家军
“不以规矩、不成方圆”
华中科技大学机械学院 杨家军
1、创新原则
创新概念 创新就是通过引入新概念、
新思想、新方法、新技术等．或对已有产 品的革新来创造具有相当社会价值的事物 或形式。
华中科技大学机械学院 杨家军
【案例分析】
洗
华中科技大学_机械设计基础_PPT讲义7
Ft =2T1/d1
弯曲强度条件： 2 KT1 Y Y F Fa Sa FP bm d 1
引入齿宽系数 ψ d = b/d1，并代入 d1 = mz1，则：
F
设计式：
2 KT1 3 2 YFaYSa FP m z1 d
m3 2 KT1 YFaYSa 2 z1 d FP mm
齿数 z1的选取
中心距 a、传动比 i 一定时(d不变）： 原则：在保证齿根弯 曲强度的前提下，选 YFaYSa ↓ →ζF ↓ 取尽可能多的齿数。 z1 ↑ ζF ↑ m ↓ →ζF ↑ 闭式传动：z1 =20~40 εα ↑ → 平稳 开式传动：z1 =17~20 z1 ↑ m ↓ → h ↓ →切削量少
SFmin — 弯曲强度最小安全系数 一般取 SFmin =1.3~1.5，重要传动SFmin =1.6~3.0
注意：
● 双侧受载时,ζF为对称循环,应将ζFlim减小30%
● 开式齿轮传动，考虑磨损，应将ζFlim减小20%
● 三种硬度单位之比较：
HV(维氏) ≈ HBS(布氏)；HRC(洛氏)×10 ≈ HBS
n1
Fr1
n1
二、齿面接触疲劳强度计算 斜齿轮的强度 相当于 当量直齿圆柱齿轮： 模数 = 斜齿轮法面模数 mn 压力角 = 斜齿轮法面压力角αn 当量直齿圆柱齿轮的强度
齿数 = 当量齿数 zv = z/cos3β
分度圆直径 dv = d/cos2β 法向力 = 斜齿轮的法向力 Fn
把斜齿圆柱齿轮的强度计算问题 转化成直齿圆柱齿轮的强度计算问题
§7-1 齿轮传动失效形式和设计准则
一、失效形式 1、轮齿折断 ★ 疲劳折断 ★ 过载折断 全齿折断—常发生于齿宽较小的直齿轮
华中科技大学_机械设计基础_PPT讲义11
● 额定寿命
一批相同 的轴承，在相同的条件下运转，其中90％ 的轴 承不发生疲劳点蚀 前所经历的总转数或总工作小时数。
用 L 表示。 按额定寿命选用轴承，可靠性为90％ 。
完好
10％
注意：额定寿命随运转条件而变化。
90％
比如：外载增大，额定寿命降低。
因此，额定寿命并不能直接反映轴承的承载能力。
● 基本额定动载荷
3、磨损、胶合、保持架断裂等 使用维护不当而引起的，属于非正常失效。
三、设计准则
一般转速的轴承 — 进行寿命计算，防止点蚀破坏
转速极低或仅作缓慢摆动的轴承 — 按静强度计算，防止塑性变形
§11-4 滚动轴承的寿命计算
一、基本概念
● 轴承寿命
轴承中任一元件 出现疲劳点蚀 前所经历的总转数
或总工作小时数。
用轴用1数 —字承调字母，心或或分字球数别母轴字用表承示表C、内示1径A0；C尺如和寸：B表接示由 （ 宽触轴2度内角位承系部数为的列字结1宽：5）构0代度0、组0的号系2成列5不。0和和同直4。0径直0的系径角列系代列接号：触球
又0/P级35674如— — — —、，：圆推深角/共P锥沟接力轴56滚球触球、个承子轴球轴/级的P轴承轴承6别公x承承、，差2/1110P依等527~65次级和00由分/P0高别。级为0123— — — 、到2窄 正 宽4级—低常； ；、特级；宽4，级d；000/132其、5 代5级号、分13026————x别级特中特轻为、轻；轻；：；；6级/P2和、
而右轴承被放松， 故： A2 S2 即： A1 S2 FA （压紧端）
A2 S2 （放松端）
② 轴承反装时：
2 1
S′
S1
FA
S2
【华中科技大学806机械设计基础(机械原理篇)】强化课程—讲义
华中科技大学806机械设计基础（强化课程内部讲义）——————————————————————————————————————————————————————————目录第一部分序言 (1)第二部分初试各章节深度解析 (5)第一本书《机械原理》 (5)第一章机械的组成 (6)1.1本章知识点串讲 (6)1.2本章重难点总结 (7)1.3本章典型题库 (8)第二章平面机构具有确定运动的条件 (8)2.1本章知识点串讲 (8)2.2本章重难点总结 (8)2.3本章典型题库 (9)第三章平面连杆机构及其设计 (10)3.1本章知识点串讲 (11)3.2本章重难点总结 (11)3.3本章典型题库 (12)第四章凸轮机构及其设计 (13)4.1本章知识点串讲 (14)4.2本章重难点总结 (14)4.3本章典型题库 (17)第五章齿轮机构及其设计 (19)5.1本章知识点串讲 (17)5.2本章重难点总结 (23)5.3本章典型题库 (25)第六章齿轮系及其设计 (26)6.1本章知识点串讲 (26)6.2本章重难点总结 (26)6.3本章典型题库 (29)第七章其他常用机构 (30)7.1本章知识点串讲 (30)7.2本章重难点总结 (30)7.3本章典型题库 (31)第八章机构系统的动力学仿真 (31)8.1本章知识点串讲 (31)8.2本章重难点总结 (33)8.3本章典型题库 (35)——————————————————————————————————————————————————————————第一部分序言为了更好的发挥本强化课程讲义和配套的强化课程对专业课复习的指导作用，提高考研同学专业课的复习效率，请认真阅读以下三点说明：一、非统考专业课命题的总体特征统考专业课有教育部统一颁发的《考试大纲》，但非统考专业课教育部没有制定相应科目的考试大纲，是不是说非统考专业课的命题就没有可参考的官方权威依据了呢？不是，根据《教育部关于招收攻读硕士学位研究生统一入学考试初试自命题工作的指导意见（试行）》，该《指导意见》中对非统考专业课命题工作做了非常细致的要求，是我们解析非统考专业课命题原则的政策依据。
华中科技大学-机械设计基础-讲义课件
平面和空间运动分析
研究平面和空间机构的位置、速度和加速度 分析方法。
多刚体系统动力学
研究多刚体系统在力作用下的运动规律和动 态性能。
机械动力学基础
动力学基本方程
介绍动力学的基本方程，包括牛顿第 二定律、动量定理、动能定理等。
刚体动力学
研究刚体在力作用下的运动规律和动 态性能，包括转动和振动。
弹性动力学
介绍先进的制造技术，如数控加工、3D打印等。
机械测试与评估实践
机械性能测试
介绍如何对机械系统进行性能测试，包 括运动学、动力学、刚度等方面的测试 。
VS
可靠性评估
介绍如何对机械系统进行可靠性评估，包 括疲劳寿命、环境适应性等方面的评估。
05
现代机械设计方法与技术
计算机辅助设计技术
01
总结词
利用计算机技术进行机械设计的 方法
机械零件设计实践
零件材料选择
介绍如何根据零件的工作条件和性能 要求，选择合适的材料，如金属、塑 料、复合材料等。
零件结构设计
介绍如何根据功能需求，对零件进行 结构设计，包括强度、刚度、耐磨性 等方面的考虑。
机械制造工艺实践
加工工艺流程
介绍常见的机械加工工艺流程，如铸造、锻造、焊接、切削加工等。
现代制造技术
案例一：汽车发动机的设计与分析
总结词
汽车发动机是机械设计基础的重要应用之一，其设计过程涉及到多个学科知识的综合运 用。
详细描述
汽车发动机的设计与分析涉及到机械设计基础中的许多知识点，如热力学、流体力学、 材料力学、制造工艺等。在汽车发动机的设计过程中，需要考虑诸多因素，如燃烧效率 、燃油经济性、排放性能、可靠性等。同时，还需要对发动机的各个部件进行详细的分
机械设计华科课件fuxi
2. 对于零件的极限应力曲线 A’ (0 , 1 K D ) 即 ( 0, 270 ) B’ ( 0 2, 0 2 K D ) 即 ( 350, 210 )
5. 安全系数
OM ' 291 S 1.71 OM 170
' ' m a OM ' ＝ OM m a
2.设计准则 失效形式
齿面间的接触疲劳点蚀 轮齿的弯曲疲劳折断
设计准则
齿面接触疲劳强度条件 H HP 轮齿弯曲疲劳强度条件 F FP
胶合、磨损、塑性变形等失效运用上述准则，并作相应考虑 具体工作条件下，如何运用上述准则 工作条件 闭式传动 软齿面 (硬度 ≤ 350HBS) 硬齿面 (硬度 > 350HBS) 开式传动 设计准则 按齿面接触疲劳强度条件设计 按轮齿弯曲疲劳强度条件校核 按轮齿弯曲疲劳强度条件设计
设计准则
开式 传动
轮齿 折断
控制折断：
轮齿弯曲强度条件 F FP
[注] 蜗杆主要是控制轴的变形
4. 材料及热处理
蜗杆蜗轮材料组合 减摩 耐磨 抗胶合 蜗杆： 碳素钢 合金钢 调质 淬火 蜗轮： 灰铸铁 铝铁青铜 铸锡磷青铜
5. 普通圆柱蜗杆传动
(1) 受力分析 力的分解 力的关系 力的方向 力的大小
□ 对于n 点 (工作应力为 m 和 a ) 应力循环特征：
m a 1 a / m 1 tg r m a 1 a / m 1 tg
☆ 当工作应力的循环特征 □ AD上任一点为不同 r的零件疲劳极限
' ' r m a
d 2u 0 2 dy
出口处速度图形为凸形
d 2u 0 2 dy
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静应力 变应力
——不随时间改变或变化缓慢 ——随时间作周期性或非周期性变化
变应力
稳定变应力——周期性循环变应力 非稳定变应力——非周期性变应力
稳定变应力
对称循环变应力 脉动循环变应力
非对称循环变应力
机械设计
T
第一章 概论－机械零件的强度
对称循环变应力
脉动循环变应力
非对称循环变应力
静应力
机械设计
几个应力参数
同一零件可能发生各种不同形式的失效
nF
轴可能出现的失效形式： 断裂 塑性变形 过大弹性变形 共振
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]
稳定性条件： 工作转速 n ≤许用转速 [n]
机械设计
三、机械零件的设计步骤
机械设计
第一章 概论－一般问题
★ 类比设计
与已有的同类产品进行比较来设计新产品。这种方 法在工程实际中用得较多，特点是节省时间，较可靠。
★ 经验设计 根据实践中归纳出的经验公式和经验数据进行设计，
缺乏创新。
★ 模型实验设计
用于大型、复杂零件的设计。
机械设计
现代设计方法：
第一章 概论－一般问题
★ 优化设计 对工程实际问题进行抽象，建立数学模型，用优化
机械设计
零件
通用零件
第一章 概论－内容、性质及要求
传动件 —齿轮、蜗杆、带、链 连接件 —螺纹、键、花键、销 支承件 —轴、轴承 其 他 —联轴器、弹簧、机架
专用零件 —水轮机叶片、活塞、曲轴 本课程重点讨论通用机械零部件的设计方法。
机器是由机械零部件组成的整体，各个零件之间有紧密联系。 学习时应有整体的设计观念。
静载荷 变载荷
——不随时间改变或变化缓慢 ——随时间作周期性或非周期性变化
名义载荷 ——理想工作条件下的载荷
计算载荷 ——作用于零件的实际载荷
计算载荷
？
=
K×
名义载荷
载荷系数 ≥1
即：Fca = KF 或 Tca = KT
机械设计
第一章 概论－机械零件的强度
2、应力的分类 载荷引起的表面应力或体积应力
三、变应力作用下的强度问题(疲劳强度)
初始裂纹
主要失效形式：疲劳破坏
强度条件：σca≤ [σ]
lim
S
轴截面
σlim = ？
疲劳区 (光滑)
疲劳破坏与零件的变应力循环次数有关
粗糙区
N — 应力循环次数 与有σr应 关N —力的状指疲态数劳极限（对应于N）
N0 — 循环基数
σr — 持久极限
m rN
机械设计
第一章 概论－一般问题
§1-2 机械设计中的一般性问题 （教材§1-3）
一、设计机械零件的基本要求
1、满足功能要求 能够准确实现预定的功能
2、工作可靠 在预定的工作期限内不能失效
3、成本低廉 经济、实用
失效—丧失工作能力或达不到设计要求的性能， 不仅仅指破坏。失效形式主要有：
—断裂 如轴、齿轮轮齿发生断裂 —表面点蚀 表面材料片状剥落 —塑性变形 零件发生永久性变形 —过大弹性变形 —过度磨损 —过大振动和噪声、过热等
机械设计
第一章 概论－内容、性质及要求
四、学习方法
1、掌握零件设计时的共性
工作原理、结构、
受力分析、
类型、应用场合
失效形式
设计准则、 设计计算
2、不死记公式，理解并掌握基本概念 着眼于分析问题和解决问题能力的培养。
3、掌握机械设计的特点 解的不唯一性和设计过程的反复性。
机械设计
五、成绩评定
第一章 概论－内容、性质及要求
第一章 概论－一般问题
F
1、拟订零件的设计简图； 2、确定载荷的大小及位置；
受力分析
3、选择材料； 4、根据失效形式选用承载能力判定条件，
设计出零件的主要参数；
5、结构设计，绘制零件工作图。
传统设计方法：
★ 理论设计（半经验设计） 强度条件（或刚度） 设计计算
尺寸
设计式
尺寸 校核计算 强度条件（或刚度） 校核式
机械设计
第一章 概论－内容、性质及要求
教学安排
课堂讲授：28 学时
现场教学：2 学时 地点：东一楼 401＃ 第 2 周周三7节，1205班 第 2 周周三8节，1206 班
带传动实验：2 学时 地点：东一楼101 ＃ 周老师、李老师 第 3 周周四5～6节，1205班 第 3 周周四7～8节，1206 班
许用应力：[ ] lim ; [ ] lim
S
S
塑性材料：σlim = σs ；τlim = τs
脆性材料：σlim = σb ；τlim = τb
σlim 、τlim — 极限应力 S — 安全系数 σs、τs — 材料屈服极限 σb、τb— 材料强度极限
机械设计
第一章 概论－机械零件的强度
强度问题
刚度问题 耐磨性问题 稳定性问题
机械设计
第一章 概论－一般问题
零件的工作能力 —
不失效条件下零件的安全工作限度
这个限度通常是以零件承受载荷的大小来表示，
所以又常称为“承载能力”
吊钩最大起重量——50 kN 工作能力或承载能力——50 kN
50 kN
机械设计
第一章 概论－一般问题
二、承载能力判定条件（设计准则）
平时成绩(30％)－ 作业、实验、小测验、考勤、课堂表现
考试成绩(70％)－ 闭卷考试 注意：不无故缺课，不迟到、不早退；
按时完成作业，杜绝抄袭
教材及实验指导书
1、机械设计（基础篇） 张卫国、饶芳等编，华工出版社 2、机械设计课程设计 唐增宝等主编，华工出版社 3、机械设计现场教学指导书 ，自编，东一楼205室 周、李 4、机械设计实验指导书，自编， 东一楼205室 周、李
2
对称循环:σm= 0; σa =σmax
应
力
幅： a
max
min
2
脉动循环:σm=σa =σmax / 2
机械设计
注意： 变载荷 → 变应力 静载荷 → 静应力 ？或 变应力
第一章 概论－机械零件的强度
n
nF ●
●a
●
●
二、静应力作用下的强度问题(静强度)
主要失效形式：塑性变形或断裂
强度条件：σca ≤ [σ] 或 τca ≤ [τ]
机械设计
要学习的内容：
第一章 概论－内容、性质及要求
第一章 机械设计概论
★★★
第二章 挠性传动设计
★★★★
第三章 齿轮传动设计
★★★★★
第四章 蜗杆传动设计
★★★★★
第五章 连接设计
★★★★★
第六章 轴设计
★★★★★
第七章 滚动轴承的选择与校核 ★ ★ ★ ★ ★
第八章 滑动轴承设计
★★★
第九章 联轴器、离合器和制动器 ★ ★ ★
N
常数
rmN0
由此得： rN r m N0 / N
σ
疲劳曲线
σrN σr
N
N
N0
有限寿命区
无限
机械设计
第一章 概论－机械零件的强度
变应力时，取 σlim =σrN（有限寿命 N ≤ N0 ）
或 σlim =σr （无限寿命 N ＞ N0 ）
则 [ ] rN 或 r
S
S
各种材料的σr 可从有关设计手册中查取
四、安全系数 S 通常 S ≥ 1
重要情况下或受力分析等精确性较差时 S 取大些；
否则， S 取小些。
结束
机械设计
传动件
第一章 概论
齿轮传动
蜗杆传动
链螺 传旋 动传
动
带传动
机械设计
连接件
螺纹连接
花 键 连 接
第一章 概论
键 连 接
销 连 接
机械设计
滚 动 轴 承
支承件
第一章 概论
轴
滑 动 轴 承
第十章 弹簧设计
★★
机械设计
第一章 概论－内容、性质及要求
二、课程的性质及重要性
—设计性技术基础课，综合性强
基础课
机械设计
专业课
—机械设计是影响机械产品性能、质量和成本的主要因素 三、学习要求 1、掌握通用机械零部件的设计方法和步骤； 2、初步具备设计机械传动装置及简单机械的能力； 3、能在设计中运用各种技术资料（标准、规范、手册）。
机械设计
机械设计（基础篇）
主讲 陈继勇
机械设计
第一章 概论
第一章 机械设计概论
§1-1 本课程的主要内容及性质 一、课程内容
机械——机器与机构的总称
组成机械的基本单元：
机构——运动单元 → 机械原理 零件——制造单元 → 机械设计 关系： 机械原理设计 讨论通用机械零部件的设计方法，如零部件的 工作原理、工作能力、参数设计、结构设计等
方法求解，得出最佳设计结果。 ★ 计算机辅助设计（CAD）
包括设计、绘图和工程分析。
★ 概率设计（可靠性） 将概率论与数理统计理论运用于机械设计。
★ 有限元设计
★ 并行设计
★ 虚拟设计
机械设计
第一章 概论－机械零件的强度
§1-3 机械设计中的强度问题 （教材§1-3-四）
一、载荷及应力的分类
1、载荷的分类 载荷—作用于零件上的力或力矩
第一章 概论－机械零件的强度
循环特征： r
min max
——表示应力变化的情况
对称循环 — r = -1； 脉动循环 — r = 0；
非对称循环 — r≠ 0 且 | r | ≠ 1; 静应力 — r = +1