第2章机械零部件设计中的强度与耐磨性
机械零部件耐磨性优化设计与仿真分析
机械零部件耐磨性优化设计与仿真分析摘要：机械零部件的耐磨性对于提高机械设备的寿命和性能至关重要。
传统的设计方法往往无法满足对耐磨性的要求，因此需要采用优化设计方法和仿真分析技术来提高零部件的耐磨性。
本文旨在研究耐磨性优化设计方法和仿真分析技术，并通过实际案例分析，探讨其应用前景和技术发展趋势。
关键词：机械零部件；耐磨性；优化设计一、引言本文针对机械零部件的耐磨性优化设计与仿真分析进行了研究。
首先回顾了传统设计方法，然后介绍了优化设计方法，并提出了优化设计流程。
接着，介绍了耐磨性仿真分析技术的原理、软件和参数设置。
然后通过一个实际案例，制定了耐磨性优化设计方案，并分析了仿真分析的结果。
最后，展望了耐磨性优化设计与仿真分析在工程实践中的应用前景。
二、耐磨性优化设计方法2.1 传统设计方法回顾传统设计方法在机械零部件的耐磨性设计中存在一些局限性。
传统设计方法主要依赖于经验和试错的方式，缺乏系统性和科学性。
设计师通常根据自己的经验和直觉进行设计，缺乏理论指导和科学依据。
这种方法往往需要进行多次试验和修改，耗费时间和资源。
而且，传统设计方法无法全面考虑各种因素的综合影响，很难达到最优设计的效果。
因此，需要引入优化设计方法来提高耐磨性设计的效率和准确性。
2.2 优化设计方法介绍通过数学优化算法来寻找最优设计方案。
优化设计方法可以考虑多个设计变量和约束条件，综合考虑各种因素的影响，从而得到最优设计结果。
优化设计方法可以提高设计效率，减少试验和修改的次数，节省时间和资源。
同时，优化设计方法还可以通过仿真分析来评估不同设计方案的性能，为设计决策提供科学依据。
2.3 优化设计流程优化设计流程包括问题定义、建立数学模型、选择优化算法、求解最优解和验证优化结果等步骤。
首先，要明确定义设计目标和约束条件，确定设计变量和参数。
然后，建立数学模型，将设计问题转化为数学表达式。
接着选择适合问题的优化算法，如遗传算法、粒子群算法等。
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
48
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
机械零部件设计中的强度与耐磨性
欢迎来到本次演讲，我们将探讨机械零部件设计中的强度和耐磨性，了解其 定义、测试方法以及提高方法。
强度和耐磨性的定义
1 强度
指材料或结构在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
2 耐磨性
指材料或结构在摩擦和磨损条件下的耐用程度。
影响机械零部件强度的因素
材料
选择合适的材料，如高强度 合金或特殊合金，以满足设 计要求。
提高机械零部件强度和耐磨性的方法
采用先进材料
优化设计Βιβλιοθήκη 选择性能更好的材料，如高强度合金或复合材料。 通过优化几何形状和尺寸，减少应力集中，提 高强度和耐磨性。
表面处理
采用表面处理技术，如渗碳和氮化，增强材料 的表面硬度和耐磨性。
热处理
通过热处理工艺，如淬火和回火，提高材料的 强度和耐磨性。
结论
强度和耐磨性是机械零部件设计中至关重要的考虑因素。通过合适的材料选择、优化的设计和适当的处 理方法，我们可以提高零部件的性能和耐久度。
几何形状
设计零部件的形状和尺寸， 以减少应力集中和增加强度。
加工工艺
采用先进的加工工艺，如热 处理或表面处理，以增强材 料的强度。
常用的强度测试方法
拉伸试验
通过施加拉力来测试材料 的强度和延展性。
压缩试验
通过施加压力来测试材料 的抗压能力。
扭转试验
通过施加扭转力来测试材 料的抗扭能力。
常见的耐磨性测试方法
1
滑动磨损试验
模拟零部件在滑动摩擦条件下的耐磨性。
2
磨损试样重量损失测试
通过测量试样在磨损过程中的重量损失来评估耐磨性。
3
磨损痕迹观察
观察材料或结构在磨损条件下产生的磨痕，评估其耐磨性。
机械零件的耐磨性
机械零件的耐磨性简介机械零件的耐磨性是指机械零件在长期使用中对摩擦和磨损的抵抗能力。
随着机械设备的日益广泛应用，提高机械零件的耐磨性对于提高机械设备的使用寿命和性能至关重要。
在机械设备中，零件之间会发生摩擦和磨损现象，如轴承与轴颈的摩擦、齿轮与齿轮之间的磨损等。
如果机械零件的耐磨性不够，那么摩擦和磨损会导致机械设备的故障和损坏，从而影响设备的正常运行。
因此，研究和改善机械零件的耐磨性是一个重要的工作，本文将介绍一些提高机械零件耐磨性的方法和技术。
提高零件表面硬度表面硬度是影响机械零件耐磨性的关键因素之一。
通常情况下，机械零件的表面硬度要大于零件内部的硬度，以确保在摩擦和磨损中能够保持较好的耐磨性。
有多种方法可以提高零件的表面硬度，其中包括热处理、表面喷涂和表面改性等。
热处理是一种经过加热和冷却处理的方法，可以改变材料的晶体结构和硬度。
表面喷涂是将耐磨材料喷涂到零件表面，形成一层硬度较高的保护层。
表面改性则是通过改变表面的组织结构和化学成分来提高表面硬度。
使用耐磨材料选择合适的材料也是提高机械零件耐磨性的重要因素。
一些材料具有较高的耐磨性，如工程塑料、耐磨合金和陶瓷材料等。
工程塑料具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和低摩擦系数，常用于制造零件表面或轴承等部件。
耐磨合金则是一类具有较高硬度和耐磨性能的合金材料，常用于制造高负荷和高速运转的零件，如齿轮、凸轮等。
陶瓷材料具有优异的耐磨性和高硬度，常用于制造高速机械设备中的零件和轴承。
选择适当的材料可以最大限度地提高零件的耐磨性，并确保机械设备的正常运行。
优化表面润滑润滑也是提高机械零件耐磨性的重要手段之一。
通过优化润滑系统、选择合适的润滑剂和润滑方式，可以减少零件表面的摩擦和磨损。
润滑剂有多种选择，如油脂、液体润滑剂和固体润滑剂等。
油脂常用于低速、中小负荷和温度条件下的零件润滑。
液体润滑剂则适用于高速、高负荷和温度变化较大的零件润滑。
固体润滑剂常用于高温和高速的零件润滑，如涂层润滑剂和固体润滑膜等。
机械零件的强度
机械零件的强度引言机械零件是由材料制成的组成机械装置的部件。
为了保证机械装置的可靠性和安全性，机械零件的强度是一个非常重要的指标。
本文将介绍机械零件的强度及其相关知识。
机械零件的强度概述机械零件的强度是指零件能够承受的最大外力或最大应力。
在设计和制造机械零件时，需要考虑零件将承受的作用力和应力，以确保零件的强度能够满足设计要求。
强度与材料的关系机械零件的强度与所选用的材料有密切关系。
不同的材料具有不同的强度特性，如延性、硬度和可塑性等。
在选择材料时，需要考虑零件的工作环境、载荷和特殊要求，以确定适用的材料。
强度计算计算机械零件的强度是设计过程中的重要一环。
通常，强度计算可以采用材料的力学性质和几何尺寸进行分析。
以下是一些常用的强度计算方法：应力计算在机械零件的设计过程中，常常需要计算零件内的应力分布。
应力是作用在材料上的力与材料截面积的比值，可以用公式σ=F/A计算。
失效判据机械零件的强度设计还需要考虑零件的失效情况。
常见的失效模式有弯曲、疲劳和断裂等。
为了避免失效，需要采用适当的失效判据来进行强度设计。
安全系数在进行强度计算时，通常还应考虑安全系数。
安全系数是指实际工作载荷与零件所能承受的最大载荷的比值。
合理的安全系数能够确保零件在工作过程中不会超过其强度极限。
强度测试为了验证机械零件的强度设计是否合理，常常需要进行强度测试。
强度测试可以通过实验室测试、数值模拟和现场监测等方法进行。
测试结果可以用于评估零件的强度性能和寿命预测。
强度改进和优化在机械设计中，强度改进和优化是一个不断进行的过程。
通过不断改进材料的选择、结构设计和加工工艺等方面，可以提高机械零件的强度性能，延长零件的使用寿命。
结论机械零件的强度是确保机械装置可靠运行的关键因素之一。
了解机械零件的强度特性、强度计算、强度测试和强度改进等知识，对于机械设计工程师和制造工程师来说，都是非常重要的。
只有通过合理的强度设计和优化，才能保证机械零件在工作过程中不会出现失效和故障，从而保证机械装置的正常运行和使用寿命。
机械零部件性能测试与验证
机械零部件性能测试与验证机械零部件的性能测试与验证在工程领域中起着至关重要的作用，它不仅可以确保产品的质量和可靠性，还可以为产品的设计和制造提供指导。
本文将探讨机械零部件性能测试与验证的重要性以及其在实际应用中的一些方法和技术。
一、性能测试的重要性机械零部件是许多机械装置和设备的核心组成部分，其性能直接影响到整个系统的运行效果。
因此，对于机械零部件的性能测试与验证具有重要意义。
首先，性能测试可以确保机械零部件的质量和可靠性。
通过对零部件的各项性能指标进行全面的测试，可以发现潜在问题和不足之处，并及时进行改进和优化，从而提高零部件的质量和可靠性。
例如，对于一个负责承载重量的机械零部件来说，其强度和耐磨性是至关重要的指标。
通过相关性能测试，可以确保该零部件能够在实际应用中承受大量的载荷，并经受住摩擦和磨损的考验。
其次，性能测试可以为机械零部件的设计和制造提供指导。
通过对性能测试数据的分析和比对，可以评估和验证设计方案的合理性和可行性，并及时修正和改进。
同时，性能测试数据还可以为制造工艺的优化提供重要依据，从而实现生产效率的提高和成本的降低。
例如，通过对某机械零部件的疲劳寿命进行测试，可以确定其最佳设计参数和材料选择，以确保零部件在长时间使用过程中不会因疲劳而失效。
二、性能测试的方法和技术机械零部件的性能测试可以通过多种方法和技术进行。
下面将介绍几种常见的性能测试方法。
首先是结构强度测试。
对于需要承受载荷的机械零部件来说，其结构强度是一个重要的指标。
结构强度测试可以通过静态加载试验和动态冲击试验来进行。
静态加载试验可以模拟实际工作中的载荷情况，通过加载到一定的载荷下观察零部件的变形和破坏情况，以评估其结构强度。
动态冲击试验则可以模拟零部件在工作中受到的冲击和振动情况，以评估其抗冲击性能和抗振动能力。
其次是耐磨性测试。
对于一些需要在高摩擦环境下使用的机械零部件来说，其耐磨性是一个重要的指标。
耐磨性测试可以通过滑动磨损试验和磨损损耗试验来进行。
零件结构设计的基本要求和内容
零件结构设计的基本要求和内容集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）零件结构设计的基本要求摘要：本文介绍零件结构设计的基本要求，限于篇幅，主要介绍零件设计的功能使用要求和为了实现这些要求而采取的一些措施。
关键词：零件结构设计要求措施正文：一、功能使用要求设计机械或零件必须首先满足其功能和使用要求。
机械的功能要求，如运动范围和形式要求、速度大小和载荷传递都是由具体的零件来实现的。
除传动要求外，机械零件还需要有承载、固定、链接等功能；零件结构设计应满足强度、刚度、精度、耐磨性及防腐等使用要求。
1、提高强度和刚度的结构设计为了使机械零件能正常工作，在设计的整个过程中都要保证零件的强度和刚度能满足要求。
对于重要的零件要进行强度和刚度计算。
静强度的计算指危险截面拉压、剪切、弯曲和扭剪应力的计算；静刚度的计算指相对载荷或应力下的变形计算。
两者均与零件的材料、受力和结构尺寸密切相关。
通过合理选择机械的总体方案使零件的受力合理，特别是通过正确的结构设计使它所受的应力和产生的变形较小可以提高零件的强度和刚度，满足其工作能力的要求。
合理的计算有助于选择最佳方案，但同时也要考虑零件在加工、装拆过程中保证足够的强度和刚度要求。
（1）通过结构设计提高静强度和刚度的措施1）改变受力a)改变受力情况，降低零件的最大应力b)载荷分担将一个零件所受的载荷分给几个零件承受，以减少每个零件的受力。
c)载荷均布：通过改变零件的形状，改善零件的受力；采用挠性均载元件；提高加工精度。
d)其他的载荷抵消或转化措施，采取措施使外载荷全部或部分地相互抵消，有化外力为内力、用拉伸代替弯曲等。
2）改变截面a)采用合理的断面形状，在零件材料和受力一定的条件下，只能通过结构设计，如增大截面积，增大抗弯、抗扭截面系数来提高其强度。
b)用肋或隔板，采用加强肋或隔板科提高零件、特别是机架零件的刚度3）利用附加结构措施改变材料内应力状态，通过加强附加结构措施使受力零件产生弹性强化或塑性强化来提高强度。
机械设计中的摩擦和磨损问题
机械设计中的摩擦和磨损问题机械设计中摩擦和磨损问题一直是工程师们关注的焦点。
摩擦和磨损的存在直接影响着机械设备的性能、寿命和可靠性。
本文将就摩擦和磨损问题在机械设计中的影响及其解决方法进行探讨。
1. 摩擦的定义与分类摩擦可以被定义为两个物体表面相互接触并发生相对运动时的力的阻碍。
按照摩擦力的起因和性质，摩擦可以分为干摩擦、液体摩擦和边界摩擦。
干摩擦是指物体表面在无润滑剂存在的情况下直接接触产生摩擦力；液体摩擦发生在润滑剂的存在下，液体形成摩擦层减小物体直接接触带来的摩擦力；边界摩擦是相对于干摩擦和液体摩擦的一种摩擦形式，润滑剂无法形成稳定的摩擦层，导致物体表面间的直接接触。
2. 摩擦的影响及解决方法摩擦力的产生会导致机械设备的性能下降和能源浪费。
为了解决摩擦的问题，工程师们采取了一系列的解决措施：2.1 使用润滑剂润滑剂的使用是减小摩擦力的常见解决方法之一。
润滑剂可以在物体表面形成一个摩擦降低的薄膜，减小表面接触，其分子结构可吸附在金属表面，在外加力下形成晶格变形而起到润滑作用。
有机润滑剂可分为固体、液体和气体，根据不同的应用场景选择适当的润滑剂。
2.2 采用合适的材料和涂层在机械设计中，选择适当的材料和涂层对减小摩擦起着重要的作用。
例如，使用高硬度表面涂层，可以减少物体表面间的接触，降低摩擦和磨损。
在特殊的应用场景中，还可以使用减摩降噪材料，如聚四氟乙烯（PTFE）等，以提高机械设备的性能。
3. 磨损的定义与分类磨损是指物体表面与外力作用下相互滑动或接触产生的材料损耗。
根据磨损机制和特征，磨损分为磨粒磨损、疲劳磨损、热磨损和化学磨损等几种类型。
4. 磨损的影响及解决方法磨损的存在会加速机械设备的老化，降低使用寿命。
为了解决磨损问题，以下方法常常被工程师们采用：4.1 加强材料硬度增加材料硬度是减少磨损的一种方法。
高硬度的材料可以有效降低磨粒对工作表面的损伤。
在一些高负荷和高速运动的设备上，使用高硬度材料来制造关键零部件可以显著提高耐磨性。
零件结构设计的基本要求和内容
零件结构设计的基本要求和内容IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】零件结构设计的基本要求摘要：本文介绍零件结构设计的基本要求，限于篇幅，主要介绍零件设计的功能使用要求和为了实现这些要求而采取的一些措施。
关键词：零件结构设计要求措施正文：一、功能使用要求设计机械或零件必须首先满足其功能和使用要求。
机械的功能要求，如运动范围和形式要求、速度大小和载荷传递都是由具体的零件来实现的。
除传动要求外，机械零件还需要有承载、固定、链接等功能；零件结构设计应满足强度、刚度、精度、耐磨性及防腐等使用要求。
1、提高强度和刚度的结构设计为了使机械零件能正常工作，在设计的整个过程中都要保证零件的强度和刚度能满足要求。
对于重要的零件要进行强度和刚度计算。
静强度的计算指危险截面拉压、剪切、弯曲和扭剪应力的计算；静刚度的计算指相对载荷或应力下的变形计算。
两者均与零件的材料、受力和结构尺寸密切相关。
通过合理选择机械的总体方案使零件的受力合理，特别是通过正确的结构设计使它所受的应力和产生的变形较小可以提高零件的强度和刚度，满足其工作能力的要求。
合理的计算有助于选择最佳方案，但同时也要考虑零件在加工、装拆过程中保证足够的强度和刚度要求。
（1）通过结构设计提高静强度和刚度的措施1）改变受力a)改变受力情况，降低零件的最大应力b)载荷分担将一个零件所受的载荷分给几个零件承受，以减少每个零件的受力。
c)载荷均布：通过改变零件的形状，改善零件的受力；采用挠性均载元件；提高加工精度。
d)其他的载荷抵消或转化措施，采取措施使外载荷全部或部分地相互抵消，有化外力为内力、用拉伸代替弯曲等。
2）改变截面a)采用合理的断面形状，在零件材料和受力一定的条件下，只能通过结构设计，如增大截面积，增大抗弯、抗扭截面系数来提高其强度。
b)用肋或隔板，采用加强肋或隔板科提高零件、特别是机架零件的刚度3）利用附加结构措施改变材料内应力状态，通过加强附加结构措施使受力零件产生弹性强化或塑性强化来提高强度。
机械设计基础掌握机械设计中的材料选择原则
机械设计基础掌握机械设计中的材料选择原则【机械设计基础】掌握机械设计中的材料选择原则在进行机械设计时，材料的选择是至关重要的。
不同的材料具有不同的性能和特点，合理的材料选择能够提高机械产品的性能和寿命。
本文将介绍机械设计中的材料选择原则，帮助读者了解如何在设计中选择合适的材料。
一、机械设计中的材料选择要考虑的因素在进行材料选择时，需要考虑以下几个因素：1. 机械工作环境和工作条件：包括温度、湿度、压力、振动等因素。
不同的工作环境对材料的要求不同，需要选择适应特定工作条件的材料。
2. 机械产品的设计寿命要求：机械设计的寿命要求不同，可以选择不同寿命的材料。
一般来说，选择高强度和耐磨损的材料可以提高机械产品的寿命。
3. 机械产品的使用性能要求：使用性能包括机械产品的刚度、韧性、可加工性、耐磨性等。
不同的材料具有不同的性能，需要根据产品的使用要求进行选择。
4. 成本考虑：材料选择的成本也是一个重要的因素。
除了直接的材料成本外，还需要考虑加工成本、维护成本等。
在满足性能要求的前提下，选择成本较低的材料能够降低产品的制造成本。
5. 可用性和可替代性：材料的可用性和可替代性也需要考虑。
一些特殊的材料可能难以获取，或者价格较高，可以考虑替代材料。
二、常用的机械设计材料常用的机械设计材料包括金属材料、塑料材料和复合材料等。
下面将对这些材料进行简单介绍：1. 金属材料：金属材料具有高强度、刚性和导热性能，适用于承受较大力的部件。
常用的金属材料包括钢、铝、铜等。
钢具有良好的强度和韧性，适用于承受较大载荷的零部件；铝具有较低的密度和良好的加工性能，适用于重量要求较低的部件；铜具有优异的导热性和导电性能，适用于导电部件。
2. 塑料材料：塑料材料具有较低的密度、良好的绝缘性能和可塑性，适用于制造复杂形状的部件。
常用的塑料材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。
不同的塑料材料具有不同的耐温性、耐化学性和机械性能，需要根据具体要求进行选择。
机械设计中的约束分析
机械设计
五、机械零件的设计步骤
1）拟订零件的设计简图； 2）确定载荷的大小及位置；
L1 F L2
第二章 约束分析－一般问题
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，
设计或校核零件的主要参数；
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
5）结构设计，绘制零件工作图。
对称循环变应力
稳定循环变应力 脉动循环变应力
非对称循环变应力
机械设计
T
第二章 约束分析－强度问题
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
第二章 约束分析－强度问题
3、变应力的五个特性参数
● 最大应力σmax m a
● 最小应力σmin m a
● 应力幅σa max min （总为正）
循环特征
r min 300 0.652 max 460
应力幅
a
max
min
2
460 300 80MPa 2
属于哪一种类型？
机械设计
问 题： 变应力是否一定由变载荷引起？
变载荷 → 变应力 静载荷 → 静应力 ？或 变应力
第二章 约束分析－强度问题
静载荷 F
n
●
为什么要将应力分成许多类？
2
● 平均应力σm max min
2
已知任意两个参数， 可确定其余参数
● 循环特征 r
min max
m a m a
1 r 1 即：| r | 1
定义规则：
σmax 总为正，且其值不小于σmin 的绝对值； σmax、σmin 在横轴同侧时，r 取“＋”号; 否则，r 取“－”号
机械设计与制造知识点
机械设计与制造知识点机械设计与制造是一个广泛的领域，涉及到许多知识和概念。
在本文中，我们将探讨一些基本的机械设计与制造知识点，旨在帮助读者更好地理解和应用这些概念。
一、机械设计与制造的基础知识1.材料选择：机械设计和制造过程中，选择合适的材料对于产品的性能和效果至关重要。
常用的机械材料包括金属材料（如钢铁、铜和铝）、塑料和复合材料等。
设计师需要考虑材料的强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性等因素。
2.刚度和强度：刚度是物体抵抗形变的能力，而强度是物体抵抗破坏的能力。
在机械设计中，需要权衡刚度和强度之间的平衡，以确保产品具有足够的稳定性和耐久性。
3.尺寸和公差：尺寸是机械产品中的物理大小，公差是与实际尺寸允许的偏差范围。
在设计和制造过程中，必须考虑到尺寸和公差的影响，以确保产品的组装和使用都能符合要求。
4.装配和连接：在机械设计与制造中，装配和连接是关键步骤。
装配过程涉及到如何将多个零部件组合在一起，而连接则涉及到选择合适的连接方式，如螺栓连接、焊接和铆接等。
5.表面处理：表面处理是为了改变材料表面的性质，使其具有更好的耐磨性、耐腐蚀性和美观性。
常见的表面处理方法包括电镀、镀铬、喷涂和抛光等。
二、机械设计与制造的具体知识点1.机构设计：机构是由一系列互相连接的零部件组成的系统，用于实现特定的运动和功能。
机构设计需要考虑到运动的类型、运动学和动力学等因素，以确保机构的稳定性和可靠性。
2.传动设计：传动系统用于将动力从一个部件传递到另一个部件。
常见的传动方式包括齿轮传动、带传动和链传动等。
传动设计需要考虑到传递的动力和转矩，以及传动效率和可靠性。
3.部件设计：机械产品由许多零部件组成，每个部件都需设计和制造。
部件设计需要考虑到形状、尺寸、材料和制造工艺等因素，以确保部件的功能和性能。
4.工艺规划：工艺规划是将设计转化为实际制造过程的关键步骤。
它涉及到制造工艺的选择、加工顺序的确定和工艺参数的设定等。
良好的工艺规划可以提高生产效率和产品质量。
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。
第2章机械零件的工作能力和计算准则
表面挤压强度与表面磨损强度
表面挤压强度设计准则：
P [ P ]
F P [ P ] A
表面磨损强度设计准则：
p [ p] pv [ pv ] v [v ]
第2章机械零件的工作能力和计算准则
§2-5 机械零件的刚度
刚度:零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。
§2-7 机械零件的振动稳定性
振动：零件发生周期弹性变形的现象称为振动。 零件受周期性变化的作用力作用，会出现共振现象（失稳）。 设计准则：零件的自振频率与外力作用频率不相接近。
第2章机械零件的工作能力和计算准则
§2-8 机械零件的可靠性
一.可靠性概念
可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内，正常工作的能力。
温度对材料膨胀和收缩的影响
第2章机械零件的工作能力和计算准则
§2-6 温度对机械零件工作能力的影响
温度对蠕变的影响： 蠕变：在一定工作温度和应力作用下， 零件塑性变形缓慢而连续增长 的现象。 温度对松弛的影响 松弛：在预紧情况下工作的零件，虽 然总变形不变，但在高温影响 下，其弹性变形会随时间逐渐 转化为塑性变形，引起应力降 低的现象称为松弛。 第2章机械零件的工作能力和计算准则
工作表面失效 （磨损、点蚀、胶合、塑性流动、压溃和腐蚀等）
§2-1 机械零件的失效形式及设计准则
三、设计准则 机械零件设计时，保证零件能正常工作而不产生失效所必 须遵循的条件。 如：强度条件、刚度（稳定性）条件、耐磨性条件等 均是机械零件的设计准则。 四、机械零件设计计算的类型 设计计算 校核计算
弹性范围内
Fl Ek E p y EA
F y ' F y'
冲击系数
2h F' ( 1 1 )F K1F y
机械设计基础摩擦与磨损的影响因素
机械设计基础摩擦与磨损的影响因素摩擦与磨损是机械设计中无法避免的现象，对于机械设备的运行和寿命有着重要的影响。
本文将就机械设计基础中摩擦与磨损的影响因素做详细探讨。
一、物理性质因素1.材料选择：摩擦与磨损的影响因素首先来自于材料的选择。
材料的硬度、表面光滑度、疲劳强度和耐磨性等物理性质直接决定了摩擦和磨损的程度。
一般来说，材料的硬度越高，抗磨性能越好；而光滑度则会直接影响到摩擦因数。
在选择材料时，需要综合考虑机械设备的使用环境和工作条件，选取合适的材料以降低摩擦和磨损的发生。
2.润滑剂使用：润滑剂的使用对于减少摩擦和磨损有着至关重要的影响。
润滑剂可以在机械表面形成一层润滑膜，减少接触点之间的直接接触，从而降低摩擦系数和磨损量。
同时，润滑剂还可以冷却和清洁摩擦接触表面，减少因高温和氧化而导致的摩擦和磨损。
二、操作环境因素1.温度：温度对于摩擦与磨损有着显著的影响。
当温度升高时，材料的硬度和强度会降低，从而增加了摩擦和磨损的风险。
此外，温度的升高还会导致润滑剂的挥发和氧化，进一步影响润滑效果和减少润滑剂的使用寿命。
因此，在机械设备的设计中要合理安排冷却和温控系统，以控制温度在适当的范围内。
2.湿度：湿度是另一个重要的操作环境因素，对于摩擦和磨损有着显著的影响。
湿度的升高会导致材料表面的腐蚀和氧化，加剧摩擦和磨损的程度。
特别是在高温和潮湿环境下，摩擦和磨损的风险更大。
因此，在机械设备的设计中要考虑合理的密封措施和防潮措施，以降低湿度对于摩擦和磨损的影响。
三、装配和运动因素1.装配：装配是机械设计中一个重要的环节，不合理的装配方式会导致摩擦和磨损的增加。
装配时要尽量保证零部件的配合间隙适当，以避免过紧或过松引起的摩擦和磨损。
此外，还要注意装配时的清洁和润滑措施，以减少因装配引起的不必要的摩擦和磨损。
2.运动：运动方式的选择和设计也会对摩擦和磨损产生直接的影响。
为了降低摩擦和磨损的程度，可以采用滚动接触、液体摩擦和气体摩擦等方式，减少接触面积和减轻接触压力。
机械设计基础中的机械设计优化方法提高设计性能和效率的途径
机械设计基础中的机械设计优化方法提高设计性能和效率的途径机械设计是工程领域中至关重要的一门学科，它对于现代工业的发展起着不可忽视的作用。
在机械设计中，优化设计是提高设计性能和效率的关键之一。
本文将介绍几种常用的机械设计优化方法，旨在探讨提高机械设计性能和效率的途径。
一、材料选择优化材料选择是机械设计中影响性能和效率的重要因素之一。
在机械设计过程中，合理选择材料可以提高机械零部件的强度、刚度、耐腐蚀性和耐磨性等性能指标，从而达到优化设计的目的。
在材料选择时，需要考虑材料的力学性能、化学性能、热学性能和物理性能等因素，综合考虑各种因素后选择最为适合的材料。
二、结构优化设计结构优化设计是指通过改变机械零件的形状、尺寸和布局等方面的参数，以达到优化整体结构性能的目的。
常用的结构优化设计方法包括拓扑优化、形状优化和尺寸优化等。
拓扑优化通过改变结构的拓扑结构，来获得较优的结构形状；形状优化通过改变结构的外形，来满足设计要求；尺寸优化通过调整结构的尺寸参数，来使结构性能达到最优。
三、工艺优化设计在机械设计中，工艺是指将机械零部件从设计状态转化为实际产品状态的一系列操作。
工艺优化设计可以通过改进工艺流程、选择合适的加工方法和工艺参数等方式，来提高机械设计的生产效率和质量。
例如，合理选择加工工艺可以降低生产成本，提高加工效率；优化工艺参数可以减少材料的浪费和能源的消耗等。
四、仿真分析优化在机械设计中，采用仿真分析软件进行优化设计是一种常见的方法。
通过将机械系统建模，并对其进行仿真分析，可以对系统的性能进行预测和评估，从而指导设计优化。
例如，有限元分析可以用于评估机械零部件的强度和刚度等性能指标，优化其结构设计；流体力学分析可以用于评估流体系统的流动特性，优化其管道网络设计。
五、参数化设计优化参数化设计是一种基于参数化模型的设计方法，可以通过调整设计参数的取值，来实现对整体设计性能的优化。
参数化设计可以通过建立数学模型和数值优化算法等手段，对设计空间进行搜索，找到最优设计方案。
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
湖工大机械设计第三版汪建晓课件及答案
F1
10 11
FБайду номын сангаас
F2
6 11
F
计算螺栓1的最小直径
第三章 螺纹连接与螺旋传动
3-8 采用普通螺栓连接
取Ks=1.2，有
F0
Ks F1 f
1.210F 11 0.12
100F 11
根据表3-7，取S=4，由表3-6查得σs=640MPa，则 [ ] s 160MPa S
对于M16螺栓，有d1=13.835mm。则有
第2章 机械零件的强度与耐磨性
2-5 已知某钢制零件受弯曲变应力作用，其中最大工作应力 σmax=200MPa，σmin=-50MPa。危险截面上的应力集中系数 kσ=1.2，尺寸系数εσ=0.78，表面状态系数β=1。材料的 σs=750MPa，σ0=580MPa，σ-1=350MPa。
(1)绘制材料的简化极限应力图，并在图中标出工作应力点的 位置；
Fmax
6F 11
d0Lmin[ p ]
171.2517512
184960N
因此螺栓能承受的最大载荷为 F 5810711 = 106530N
6
机械设计内容概要与实例
第2章 机械零件的强度及耐磨性 第3章 螺纹连接与螺旋传动 第4章 键连接及其它连接 第5章 带传动与链传动设计 第6章 齿轮传动设计 第7章 蜗杆传动设计 第8章 轴的设计 第10章 滚动轴承
p Fs
9014
60.07MPa≤[ p]
d0Lmin 10.957 13.696
第三章 螺纹连接与螺旋传动
3-6 设如图所示螺栓刚度为cb，被连接件刚度为cm，若 cm/cb=4，预紧力F0=1500N，轴向外载荷F=1800N，试求作用在 螺栓上的总拉力和残余预紧力F1。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
磨削
精车
0.6
粗车
0.4 未加工
0.2
400 600 800 1000 1200 1400
表面高σ频B淬/ M火p的a 强化系数βq
试件种类
试件直径/mm
无应力集中
7~20 30~40
1.3~1.6 1.2~1.5
有应力集中
7~20 30~40
1.6~2.8 1.5~5
综合影响系数
试验证明：应力集中、尺寸和表面质量都只对应 力幅有影响，而对平均应力没有明显的影响。（即对 静应力没有影响）
折线ADEC
即为零件的极限 应力线。
D
D
3.单向稳定变应力时的疲劳强度计算
σa
进行零件疲劳强度计算时，首先根据
零件危险截面上的 σmax 及 σmin确定平均 应力σm与应力幅σa，然后，在极限应力
σσ-1-1e A
D
线图的坐标中标示出相应工作应力点M 或N。两种情况分别讨论
2．应力的分类
静应力：不随时间变化或变化缓慢的应力。 变应力: 随时间变化的应力。
描述稳定循环变应力有5个参量，应力幅σa、平均应力σm 、 最小应力σmin 、最大应力σmax和循环特性系数r。但其中只有两 个参数是独立的。 注意:应力循环次数N。
2．应力的分类
非对称循环变应力
2．应力的分类
在计算中，上述三个系数都只计在应力幅上，故可 将三个系数组成一个综合影响系数：
K
K D
零件的疲劳极限为：
K K D
1
1 e
KD
1
1 e
KD
2.3 机械零件的疲劳强度
二.机械零件的疲劳强度计算
2. 零件的极限应力线图
注：由于E′C段 属于静强度，而
静强度不受 KD
的影响，故不需修正。
用应力集中系数 计入应力集中的影响 。
理论应力集中系数 ： 、 。
有效应力集中系数 ：K 、K 。
注：当同一剖面上同时有几个应力集中源时，应采用其中最大的 应力集中系数进行计算。
有效应力集中系数kσ
ασ
ατ
2）尺寸的影响 零件的尺寸越大，在各种冷、热加工中出现缺陷，
产生微观裂纹等疲劳源的可能性（机会）增大。从而 使零件的疲劳强度降低。
2）极限应力图的用途：在于根据 1 确定非 对称循环应力下的疲劳极限以计算安全系数。
3）对于切应力，只需将各式中的 换成 即可。
2.3 机械零件的疲劳强度
二.机械零件的疲劳强度计算
1. 影响零件疲劳强度的主要因素
影响零件疲劳强度的主要因素有以下三个： 1）应力集中的影响
机械零件上的应力集中会加快疲劳裂纹的形成和扩展。 从而导致零件的疲劳强度下降。
教学重点: 1、稳定循环应力类型及参量； 2、材料的疲劳曲线及极限应力曲线。
2.2 机械设计中的强度问题
强度→工作应力 ≤ 许用应力 载荷（应力） 材料
一.载荷与应力
1.零件设计中的载荷及其分类
静载荷：不随时间变化或变化缓慢的载荷. 变载荷：随时间作周期性或非周期性变化的载荷.
注意:在设计计算中，载荷又可分为名义载荷和计 算载荷，计算载荷等于载荷系数乘以名义载荷。
σmax
σB A B
在AB段，应力循环次数<103 ，
C
σmax变化很小，可以近似看
作为静应力强度。
N
BC段，N=103～104，随着
N=1/4 103 104
N ↑ → σmax ↓ ,疲劳
现象明显。
因N较小，特称为：低周疲劳。
N﹥104，高周疲劳
σmax σB A B
C
σr
N=1/4 103 104
在疲劳强度计算中，取 lim ＝ rN 。
2.3 机械零件的疲劳强度
一.材料的疲劳特性
1、 －N疲劳曲线 用参数σmax表征材料的疲劳极限，通过实验，可
得出如图所示的疲劳曲线。称为：－N疲劳曲线
σmax
N
－N疲劳曲线
一.材料的疲劳特性
1、 －N疲劳曲线
在原点处，对应的应力循环
次数为N=1/4。
D N
N0≈107
CD段，随着N ↑ → σmax ↓，代表有限寿命区，机
械零件的疲劳大多发生在CD段。
Dቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区。
σrN σr
N N0
2.3 机械零件的疲劳强度
一.材料的疲劳特性
2、 疲劳极限应力图（等寿命疲劳曲线）
注：1）疲劳曲线的用途：在于根据 r 确定某个 循环次数 N 下的条件疲劳极限 rN 。
纹逐渐扩展；
▲当剩余材料不足以承受载 荷时，突然脆性断裂。
粗糙的脆性 断裂区
疲劳断裂是与应力循环次数(即使用寿命)有关的断裂。
疲劳断裂具有以下特征：
▲ 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，
▲ 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂;
▲ 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。
▲ 断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。
2.3 机械零件的疲劳强度
一.材料的疲劳特性
两个概念： 1）疲劳寿命N： 材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。
2）材料的疲劳极限 rN ： 在应力比为 r 的循环应力作用下，应
力循环 N 次后，材料不发生疲劳破坏时所能承受的最大应力
max ( max ) 。 （变应力的大小可按其最大应力进行比较） r 不同或 N 不同时，疲劳极限 rN 则不同。
第2章 机械零部件设计中的强度 问题与耐磨性
2.1 概述 2.2 机械设计中的强度问题 2.3 机械零件的疲劳强度 2.4 机械零件的表面接触强度 2.5 机械设计中的摩擦、磨损和润滑问题
教学目标和教学重点
教学目标: 1、掌握载荷和应力的分类； 2、熟悉机械零件强度的基本概念； 3、掌握材料的疲劳特性； 4、了解机械零件的强度计算和提高零件疲劳强度的措施。
对称循环变应力
2．应力的分类
脉动循环变应力
2．应力的分类
静应力
2.3 机械零件的疲劳强度
变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。
疲劳断裂过程：
初始裂纹
光滑疲劳区
粗糙的脆性 断裂区
疲劳断裂截面
变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。 光滑疲劳区
疲劳断裂过程：
▲零件表层产生微小裂纹；
▲随着循环次数增加，微裂
用尺寸系数 、 ，计入尺寸的影响。
3）表面质量的影响
表面质量：是指表面粗糙度及其表面强化的工艺 效果。表面越光滑，疲劳强度可以提高。强化工艺 （渗碳、表面淬火、表面滚压、喷丸等）可显著提高 零件的疲劳强度。
用表面状态系数 、 计入表面质量的影响。
钢材的表面质量系数βσ
βσ 1.0
抛光
0.8