机械零件设计的基本准则与步骤PPT(27张)
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第九章机械零件设计概论.pptx
许用应力（allowable stress） 计算应力允许达到的
用[σ]表示
最大值
3. 安全系数（safety factor） 极限应力与许
安全系数 用应力的比值
S lim [ ]
安全系数计算值 极限应力与计 算应力的比值
引入安全系数的原因：
Sca
lim ca
≥S
① 应力计算时的载荷不精确性；
纹逐渐扩展；
▲当剩余材料不足以承受载
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。
第九章 机械零件设计概论
9.1 机械设计的基本要求和一般设计程序 9.2 机械零件的主要失效形式和工作能力 9.3 机械零件的设计准则和一般设计步骤 9.4 机械零件的材料及选择 9.5 摩擦、磨损与润滑 9.6 机械零件的结构工艺性及标准化
9.1 机械设计的基本要求和一般设计程序
9.1.1 机械设计的基本要求
编制技术文件
9.2 机械零件的主要失效形式和工作能力
9.2.1机械零件的主要失效形式 机械零件的失效： 机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时，称 为失效。
零件的失效形式: ① 断裂; ② 过大的弹性变形或塑性变形; ③ 工作表面损伤失效（腐蚀、磨损和接触疲劳）； ④ 发生强烈的振动；联接的松弛; 摩擦传动的打滑等。 失效并不简单地等同于零件的破坏。
解：
min r max 0.5 200 100
m
max
min
2
机械设计ppt课件第2章 机械零件的设计
fp f ≥ 0.15f
式中，f为零件的固有频率，fp为激振源的频率。
第2章 机械零件的设计
（4）寿命准则：
影响零件寿命的主要因素是磨损、腐蚀 和疲劳破坏。关于疲劳寿命，通常是求出使 用寿命时的疲劳极限来作为计算的依据。腐 蚀和磨损各自发展过程的规律不同。迄今为 止，工程上还没有提出实用有效的能够进行 定量计算的方法。
考虑材料的机械性能 随温度而变化的情况。零 件在工作中有可能发生磨 损，为了提高其表面硬度， 以增加耐磨性，应选择适 于进行表面处理的的淬火 钢、渗碳钢、氮化钢等品 种。
第2章 机械零件的设计
（3）工艺方便性要求：必须要考虑机械零件从毛坯到 成品都能方便地制造出来。
铸造材料、非金属注塑材料和粉末冶金材料的工 艺性是指材料的液态流动性、收缩率、偏析程度及产 生缩孔的倾向性等。
一般应考虑产品制造过程中材料的相对价格、加工 费用、利用率、市场供应等方面。还要考虑特殊材料及 一般材料经各种强化工艺处理后材料之间的可替换性。
第2章 机械零件的设计
（5）零件的尺寸及质量要求：零件的尺寸及质量的大 小与材料的品种和毛坯制取方法有关。
当用铸造材料制造毛坯时，一般可以不受尺寸及质 量大小的限制；
整体断裂
常 见
过大变形
失
效
表面失效
形
式
破坏正常
工作条件
第2章 机械零件的设计
机械零件的失效形式与许多因素有关，具体取决 于该零件的工作条件、材质、受载状态及其所产生的 应力性质等多种因素。
即使是同一种零件，由于材质及工作情况不同， 也可能出现各种不同的失效形式。如轴工作时，由于 受载情况不同，可能出现断裂、过大塑性变形、磨损 等失效形式。
第2章 机械零件的设计
式中，f为零件的固有频率，fp为激振源的频率。
第2章 机械零件的设计
（4）寿命准则：
影响零件寿命的主要因素是磨损、腐蚀 和疲劳破坏。关于疲劳寿命，通常是求出使 用寿命时的疲劳极限来作为计算的依据。腐 蚀和磨损各自发展过程的规律不同。迄今为 止，工程上还没有提出实用有效的能够进行 定量计算的方法。
考虑材料的机械性能 随温度而变化的情况。零 件在工作中有可能发生磨 损，为了提高其表面硬度， 以增加耐磨性，应选择适 于进行表面处理的的淬火 钢、渗碳钢、氮化钢等品 种。
第2章 机械零件的设计
（3）工艺方便性要求：必须要考虑机械零件从毛坯到 成品都能方便地制造出来。
铸造材料、非金属注塑材料和粉末冶金材料的工 艺性是指材料的液态流动性、收缩率、偏析程度及产 生缩孔的倾向性等。
一般应考虑产品制造过程中材料的相对价格、加工 费用、利用率、市场供应等方面。还要考虑特殊材料及 一般材料经各种强化工艺处理后材料之间的可替换性。
第2章 机械零件的设计
（5）零件的尺寸及质量要求：零件的尺寸及质量的大 小与材料的品种和毛坯制取方法有关。
当用铸造材料制造毛坯时，一般可以不受尺寸及质 量大小的限制；
整体断裂
常 见
过大变形
失
效
表面失效
形
式
破坏正常
工作条件
第2章 机械零件的设计
机械零件的失效形式与许多因素有关，具体取决 于该零件的工作条件、材质、受载状态及其所产生的 应力性质等多种因素。
即使是同一种零件，由于材质及工作情况不同， 也可能出现各种不同的失效形式。如轴工作时，由于 受载情况不同，可能出现断裂、过大塑性变形、磨损 等失效形式。
第2章 机械零件的设计
机械零件设计概述PPT课件
机械的润滑
•
（二）机械润滑的作用
•
润滑的作用大致可归纳为：
•
1）减磨作用。减轻零件表面的摩擦、磨损和功率损耗；
•
2）降低温升作用。一方面是减小摩擦使发热量减少；另一方面是润滑油流过摩
擦表面带走摩擦产生的一部分热量；
•
3）清洗作用。润滑油流过摩擦表面时，带走磨损落下的金属细屑和污物；
•
4）防锈作用。吸附于零件表面的油膜，可保护零部件表面免遭锈蚀。
避免共振的措施：消除引起振动的根源，如改变机械零件自身的固有频率，装设 消振器，改变外界周期性载荷的频率或消除外界周期性载荷等。
第9页/共22页
第二节 机械零件常用材料及其选用原则
一、常用材料
•
钢（含Ｃ量＜1.4％）碳素钢(普通、优质碳素钢)、合金钢、铸钢。
•
铸铁:（含Ｃ＞2.06％）易成型、价廉、吸振、可靠性差。
第17页/共22页
机械的润滑
三、润滑剂的选用原则 在设备事故中，润滑事故占很大比重，而润滑剂选择不当又是造成润滑事故的 一个重要因素，选用润滑剂的基本原则是： 1）载荷大时，宜选用粘度或稠度大的润滑油或脂。粘度愈大，油膜强度愈高， 承载能力愈大； 2）转速高时，宜选用粘度或稠度低的润滑油或脂，以避免过大的运动阻力和发 热； 3）工作温度高时，宜选用粘度或稠度大的润滑油或脂，以保证在工作温度下要 求的粘性。 总之，重载、低速和高温宜选用粘度或稠度大的油或脂；轻载、高速和低温宜 选用粘度或稠度小的油或脂。在实用中，不少机器的润滑剂是根据使用经验来确定 的。
3)当零件以刚度为主要要求时，可选用一般强度的材料； 4)当零件以耐磨性为主要要求时，可选用减摩、耐磨材料；
5)当零件要求重量轻时，应选用轻合金、塑料或高强度材料
机械零件设计的基本准则与步骤PPT(27张)
2）表面强度 分为表面挤压强度和表面接触强度
表面挤压强度是指面接触的两零件，受载后接触
面间产生挤压应力，应力分布在接触面不太深的表层，
挤压应力过大时，零件表面被压溃。
判定条件：
p [p]
[
p
]
p lim
Sp
表面接触强度是指两个零件
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
4) 疲劳断面明显分为两
个区域，即表面光滑的
疲劳发展区和表面粗糙
的脆性断裂区。
三、疲劳曲线
σrN
疲劳极限σrN与循环次数N 之σ
间的关系曲线称为：疲劳曲线
r
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。
1）无限寿命区
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
§9－3 机械制造常用材料及其选择
机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金。非金属材料如塑料、橡胶等 。
一、金属材料
常用金 属材料
铸铁 ----含碳量>2% 钢 ----含碳量≤ 2% 铜合金
铁碳合金
1.铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。
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
零件的失效形式:
断裂或塑性变形; 过大的弹性变形; 工作表面的过度磨损或损伤; 发生强烈的振动；联接的松弛; 摩擦传动的打滑等。
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，相应地有各种工作 能力判定条件。这种为防止失效而制定的判定条件， 通常称为工作能力计算准则。
机械设计基础ppt课件完整版
。
齿轮传动设计
选择合适的齿轮类型和材料； 确定齿轮模数、齿数和压力角 ；进行齿轮的强度校核和优化 设计。
链传动设计
选择合适的链型和链轮材料； 确定链轮齿数、链节距和中心 距；进行链的张紧和调整。
液压传动设计
选择合适的液压泵和液压马达 ；确定系统工作压力和流量；
进行系统布局和管道设计。
04
液压与气压传动设计 基础
精度设计的意义
确保产品性能和质量，提高生产效率，降低成本，增强产品竞争力。
公差配合的原理与方法
公差配合的定义
公差配合是指通过合理确定零部 件的尺寸公差和配合公差，保证 零部件在装配和使用过程中具有 互换性、稳定性和可靠性的过程
。
公差配合的原理
基于互换性、稳定性和可靠性的 要求，通过尺寸链的计算和公差 分配，实现零部件之间的精确配
机械零件的强度与刚度设计
强度设计
根据零件的受力情况和材料性能，进 行应力分析和强度校核，确保零件在 正常工作条件下不会发生破坏。
疲劳强度设计
针对承受交变应力的零件，进行疲劳 强度分析和设计，提高零件的疲劳寿 命。
刚度设计
考虑零件的变形对机器性能的影响， 进行刚度分析和校核，保证零件的变 形在允许范围内。
液压与气压传动的原理与特点
液压传动原理
利用液体的压力能进行动力传递。
气压传动原理
利用气体的压力能进行动力传递。
液压传动的特点
传动平稳、调速方便、易于实现自动化等。
气压传动的特点
动作迅速、反应快、维护简单等。
液压与气压传动的设计方法与步骤
设计方法
根据实际需求选择合适的传动方式， 进行系统设计。
设计步骤
07
机械设计中的创新方 法与实例
齿轮传动设计
选择合适的齿轮类型和材料； 确定齿轮模数、齿数和压力角 ；进行齿轮的强度校核和优化 设计。
链传动设计
选择合适的链型和链轮材料； 确定链轮齿数、链节距和中心 距；进行链的张紧和调整。
液压传动设计
选择合适的液压泵和液压马达 ；确定系统工作压力和流量；
进行系统布局和管道设计。
04
液压与气压传动设计 基础
精度设计的意义
确保产品性能和质量，提高生产效率，降低成本，增强产品竞争力。
公差配合的原理与方法
公差配合的定义
公差配合是指通过合理确定零部 件的尺寸公差和配合公差，保证 零部件在装配和使用过程中具有 互换性、稳定性和可靠性的过程
。
公差配合的原理
基于互换性、稳定性和可靠性的 要求，通过尺寸链的计算和公差 分配，实现零部件之间的精确配
机械零件的强度与刚度设计
强度设计
根据零件的受力情况和材料性能，进 行应力分析和强度校核，确保零件在 正常工作条件下不会发生破坏。
疲劳强度设计
针对承受交变应力的零件，进行疲劳 强度分析和设计，提高零件的疲劳寿 命。
刚度设计
考虑零件的变形对机器性能的影响， 进行刚度分析和校核，保证零件的变 形在允许范围内。
液压与气压传动的原理与特点
液压传动原理
利用液体的压力能进行动力传递。
气压传动原理
利用气体的压力能进行动力传递。
液压传动的特点
传动平稳、调速方便、易于实现自动化等。
气压传动的特点
动作迅速、反应快、维护简单等。
液压与气压传动的设计方法与步骤
设计方法
根据实际需求选择合适的传动方式， 进行系统设计。
设计步骤
07
机械设计中的创新方 法与实例
机械零件设计概论 ppt课件
机械零件设计概论
1
前言 机械零件设计概述
机械零件的强度 机械制造中常用材料及其选择 公差与配合、表面粗糙度和优先数列
机械零件的工艺性及标准化
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
非金属材料如塑料、橡胶等 。
一、金属材料
常用金属 材料
铸铁 含碳量>2% 钢 含碳量≤ 2% 铜合金
铁碳合金
1.铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。
特点：良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。较好的减 震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、成本低廉。
应用：应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。
•当σmax、σmin均维持常数→稳定交变应力 •当σmax和σmin的数值随时间而改变→不稳定的变应力
2.交变应力的特征及典型的交变应力
交变应力－随时间作周期性变化的应力
平均应 m 力 ma2 x： min
应力幅 a： ma2 xmin
16
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。具有以下特征：
失效形式→ 强度、刚度、振动稳定性、耐磨性、温度等。
准则：根据各种失效形式而定。但常根据一个或几个主要失 效形式确定。
10
1、强度准则
失效形式
计算准则
1. 整 体
静应→整体 力 破坏
整体断裂(脆性材料) 过大的残余变形
强
（塑性材料）
B S
静 强
S S 度
度 变应力 →疲劳破坏 →疲劳断裂 (塑、脆性材料)
1
前言 机械零件设计概述
机械零件的强度 机械制造中常用材料及其选择 公差与配合、表面粗糙度和优先数列
机械零件的工艺性及标准化
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
非金属材料如塑料、橡胶等 。
一、金属材料
常用金属 材料
铸铁 含碳量>2% 钢 含碳量≤ 2% 铜合金
铁碳合金
1.铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。
特点：良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。较好的减 震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、成本低廉。
应用：应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。
•当σmax、σmin均维持常数→稳定交变应力 •当σmax和σmin的数值随时间而改变→不稳定的变应力
2.交变应力的特征及典型的交变应力
交变应力－随时间作周期性变化的应力
平均应 m 力 ma2 x： min
应力幅 a： ma2 xmin
16
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。具有以下特征：
失效形式→ 强度、刚度、振动稳定性、耐磨性、温度等。
准则：根据各种失效形式而定。但常根据一个或几个主要失 效形式确定。
10
1、强度准则
失效形式
计算准则
1. 整 体
静应→整体 力 破坏
整体断裂(脆性材料) 过大的残余变形
强
（塑性材料）
B S
静 强
S S 度
度 变应力 →疲劳破坏 →疲劳断裂 (塑、脆性材料)
机械零件设计的基本准则与步骤
机械零件的失效： 机械零件由于某种原因丧失正常工作能力时，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 又称为：承载能力。
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
零件的失效形式:
的自激振动频率与激振源的频率相等或成整数倍。
二、机械零件设计的步骤：
1)根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构;
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
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
第9章 机械零件设计概论
§9－1 机械零件设计的基本准则和一般步骤 §9－2 机械零件的疲劳强度 §9－3 机械制造常用材料及其选择 §9－4 机械零件的工艺性及标准化
§9－1 机械零件设计的基本准则和一般步骤
一、机械零件设计的基本准则 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。
y、[y]——零件的变形量和许用变形量 θ、[θ ]——零件的转角和许用转角 φ、[φ ]——零件的扭角和许用扭角
3. 机械零件的耐磨性 运动副摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损。
磨损会逐渐改变零件尺寸和摩擦表面形状。零件抗磨 损的能力称为耐磨性。 磨损↑ →间隙↑、 精度↓、效率↓、振动↑、冲击↑、 噪音↑ 据统计，约有80%的损坏零件是因磨损而报废的。
5) 绘制工作图并标注必要的技术条件，编写说明书。
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。
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
零件的失效形式:
的自激振动频率与激振源的频率相等或成整数倍。
二、机械零件设计的步骤：
1)根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构;
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
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
第9章 机械零件设计概论
§9－1 机械零件设计的基本准则和一般步骤 §9－2 机械零件的疲劳强度 §9－3 机械制造常用材料及其选择 §9－4 机械零件的工艺性及标准化
§9－1 机械零件设计的基本准则和一般步骤
一、机械零件设计的基本准则 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。
y、[y]——零件的变形量和许用变形量 θ、[θ ]——零件的转角和许用转角 φ、[φ ]——零件的扭角和许用扭角
3. 机械零件的耐磨性 运动副摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损。
磨损会逐渐改变零件尺寸和摩擦表面形状。零件抗磨 损的能力称为耐磨性。 磨损↑ →间隙↑、 精度↓、效率↓、振动↑、冲击↑、 噪音↑ 据统计，约有80%的损坏零件是因磨损而报废的。
5) 绘制工作图并标注必要的技术条件，编写说明书。
机械零件的工作能力和计算准则.ppt
第2章 机械零件的工作能力和 计算准则
机械零件的工作能力反映了零件 的抗失效能力。计算准则是设计机械 零件的最基本准则。设计人员的任务： 设计出合格的零件，使它具有一定的 工作能力，抵抗失效。
重点、难点
主要内容
一、术语 1.失效： 机械零件丧失工作能力或达不到设计
者要求的性能。
2.工作能力：
零件不发生失效时的安全工作限度。
2、寿命准则
实际使用寿命大于或等于预期寿命，L≥[L]。
3、温升准则 Δt≤[Δt]
4、强度准则 (2.2 机械零件的强度)
强度：零件抵抗断裂、塑变、疲劳破坏的能力。
(1)方法：1） [] 或 []
[ ] lim
[S ]
2） S lim[S]
[ ] lim
[S ]
S lim[S]
(2) 静应力强度 (2.2.2 静应力强度)
[合作探究·提认知] 电视剧《闯关东》讲述了济南章丘朱家峪人朱开山一家， 从清末到九一八事变爆发闯关东的前尘往事。下图是朱开山 一家从山东辗转逃亡到东北途中可能用到的四种交通工具。
依据材料概括晚清中国交通方式的特点，并分析其成因。 提示：特点：新旧交通工具并存(或：传统的帆船、独轮车， 近代的小火轮、火车同时使用)。 原因：近代西方列强的侵略加剧了中国的贫困，阻碍社会发 展；西方工业文明的冲击与示范；中国民族工业的兴起与发展； 政府及各阶层人士的提倡与推动。
非稳定变应力--- m , a , T 其中之一变
危险截面的最大计算应力（最大应力）
零件工作 —→承受载荷 —→
载荷欲使零件失效 零件据自身结构、材料
反抗失效 —→反抗失效＞失效 —→解决办法：合理设计
三、设计准则
遵循设计准则
机械零件的工作能力反映了零件 的抗失效能力。计算准则是设计机械 零件的最基本准则。设计人员的任务： 设计出合格的零件，使它具有一定的 工作能力，抵抗失效。
重点、难点
主要内容
一、术语 1.失效： 机械零件丧失工作能力或达不到设计
者要求的性能。
2.工作能力：
零件不发生失效时的安全工作限度。
2、寿命准则
实际使用寿命大于或等于预期寿命，L≥[L]。
3、温升准则 Δt≤[Δt]
4、强度准则 (2.2 机械零件的强度)
强度：零件抵抗断裂、塑变、疲劳破坏的能力。
(1)方法：1） [] 或 []
[ ] lim
[S ]
2） S lim[S]
[ ] lim
[S ]
S lim[S]
(2) 静应力强度 (2.2.2 静应力强度)
[合作探究·提认知] 电视剧《闯关东》讲述了济南章丘朱家峪人朱开山一家， 从清末到九一八事变爆发闯关东的前尘往事。下图是朱开山 一家从山东辗转逃亡到东北途中可能用到的四种交通工具。
依据材料概括晚清中国交通方式的特点，并分析其成因。 提示：特点：新旧交通工具并存(或：传统的帆船、独轮车， 近代的小火轮、火车同时使用)。 原因：近代西方列强的侵略加剧了中国的贫困，阻碍社会发 展；西方工业文明的冲击与示范；中国民族工业的兴起与发展； 政府及各阶层人士的提倡与推动。
非稳定变应力--- m , a , T 其中之一变
危险截面的最大计算应力（最大应力）
零件工作 —→承受载荷 —→
载荷欲使零件失效 零件据自身结构、材料
反抗失效 —→反抗失效＞失效 —→解决办法：合理设计
三、设计准则
遵循设计准则
设计机械零件时应满足的基本要求 ppt课件
3．改善措施
①合理的选择参数：较小的p、较多链轮齿数，控制链速。
②必要时采用张紧装置；
③链传动通常放在低速级。
ppt课件
8
小结：一对实际啮合齿轮不可能同时产生以上5种失效形式， 在具体工作条件下，主要以以上5种失效形式的一种或两 种。主要失效形式： 开式传动：齿面磨损、轮齿折断； 闭式传动：软齿面（HBS≤350）钢齿，点蚀； 硬齿面钢齿或铸铁，轮齿折断。 高速重载：胶合 重载软齿：塑性变形
• 几何形状变化
• 2 、零件尺寸 尺寸越大影响越大
• 3、表面状态 表面质量 表面强化 q
ppt课件
2
3 带的弹性滑动和打滑(运动分析)
带的弹性滑动
定义
由于带的弹性而产生的带与带轮之间的相对滑动 称为弹性滑动。
产生的原因 带的弹性、松边与紧边拉力差
弹性滑动的特点 弹性滑动的后果
201912273带的弹性滑动和打滑动弧是接触弧的一部分动弧位于主动轮的出口边欧拉公式适用于动弧当动弧扩展到整个接触弧时发生打滑弹性滑动不可避免打滑可以避aabbbb弹性滑动打滑相同带是弹性体受力后产生弹性伸长使带与带轮在接触弧上产生相对滑动作用要求带所传递的圆周力超过了带与带轮间的摩擦力极限值即过载带受力后产生弹性伸长带相对于带轮在接触弧上局部的滑动只发生在滑动角带受力后产生弹性伸长带相对于带轮在接触弧上全面滑动即由滑动角扩大到几何包角是正常现象不可避免是失效形式必须避免2
ppt课件
22
游隙代号 轴承径向游隙系列分为 6 个组别，游隙依次由
小到大 。 1 组 / C1 2 组 / C2 0 组 常用的游隙组别，不标出 3 组 / C3 4 组 / C4 5 组 / C5
ppt课件
23
①合理的选择参数：较小的p、较多链轮齿数，控制链速。
②必要时采用张紧装置；
③链传动通常放在低速级。
ppt课件
8
小结：一对实际啮合齿轮不可能同时产生以上5种失效形式， 在具体工作条件下，主要以以上5种失效形式的一种或两 种。主要失效形式： 开式传动：齿面磨损、轮齿折断； 闭式传动：软齿面（HBS≤350）钢齿，点蚀； 硬齿面钢齿或铸铁，轮齿折断。 高速重载：胶合 重载软齿：塑性变形
• 几何形状变化
• 2 、零件尺寸 尺寸越大影响越大
• 3、表面状态 表面质量 表面强化 q
ppt课件
2
3 带的弹性滑动和打滑(运动分析)
带的弹性滑动
定义
由于带的弹性而产生的带与带轮之间的相对滑动 称为弹性滑动。
产生的原因 带的弹性、松边与紧边拉力差
弹性滑动的特点 弹性滑动的后果
201912273带的弹性滑动和打滑动弧是接触弧的一部分动弧位于主动轮的出口边欧拉公式适用于动弧当动弧扩展到整个接触弧时发生打滑弹性滑动不可避免打滑可以避aabbbb弹性滑动打滑相同带是弹性体受力后产生弹性伸长使带与带轮在接触弧上产生相对滑动作用要求带所传递的圆周力超过了带与带轮间的摩擦力极限值即过载带受力后产生弹性伸长带相对于带轮在接触弧上局部的滑动只发生在滑动角带受力后产生弹性伸长带相对于带轮在接触弧上全面滑动即由滑动角扩大到几何包角是正常现象不可避免是失效形式必须避免2
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游隙代号 轴承径向游隙系列分为 6 个组别，游隙依次由
小到大 。 1 组 / C1 2 组 / C2 0 组 常用的游隙组别，不标出 3 组 / C3 4 组 / C4 5 组 / C5
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机械零件设计的基本准则与步骤共26页文档
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
机械零件设计的基本准则与步骤
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
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实用耐磨计算是限制运动副的压强p，即:
p ≤ [p] [p]由实验或同类机器使用经验确定 相对运动速度较高时，还应考虑运动副单位时间
单位接触面积的发热量 f p v 。在摩擦系数一定的情况
下，可将 p v 值与许用的 [p v] 值进行比较。即:
p v ≤ [p v ]
4.振动稳定性准则 在设计时应避免机器中受激振作用的各个零件
机械零件的失效： 机械零件由于某种原因丧失正常工作能力时，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 又称为： 承载能力。
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
零件的失效形式:
4) 疲劳断面明显分为两
个区域，即表面光滑的
疲劳发展区和表面粗糙
的脆性断裂区。
三、疲劳曲线
σrN
疲劳极限σrN与循环次数N 之σ
间的关系曲线称为：疲劳曲线
第9章 机械零件设计概论
§9－1 机械零件设计的基本准则和一般步骤 §9－2 机械零件的疲劳强度 §9－3 机械制造常用材料及其选择 §9－4 机械零件的工艺性及标准化
§9－1 机械零件设计的基本准则和一般步骤
一、机械零件设计的基本准则 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。
y、[y]——零件的变形量和许用变形量
θ 、[θ ]——零件的转角和许用转角 φ 、[φ ]——零件的扭角和许用扭角
3. 机械零件的耐磨性 运动副摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损。
磨损会逐渐改变零件尺寸和摩擦表面形状。零件抗磨 损的能力称为耐磨性。 磨损↑ →间隙↑、 精度↓、效率↓、振动↑、冲击↑、 噪音↑ 据统计，约有80%的损坏零件是因磨损而报废的。
+1 ----静应力
T
静应力是变应力的特例
o
σ=常数 t
σ
σa
σ
σa
σ
σmax
σa
σmax σmin σm
σmax
σa
σmin
σa
σa σm
o
to
t o σmin
t
循环变应力
对称循环变应力 脉动循环变应力
二、疲劳断裂的特征
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，
[Sσ] 、[Sτ ] -----许用安全系数 σlim、τlim -----极限应力。
极限应力的选择：
1）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 、τS作为极限应力 脆性材料：取强度极限σb、τb 作为极限应力
2）变应力下，零件无论是塑性材料还是脆性材料，其 损坏形式是疲劳断裂，因此常用材料的疲劳极限作为 极限应力。
断裂或塑性变形; 过大的弹性变形; 工作表面的过度磨损或损伤; 发生强烈的振动；联接的松弛; 摩擦传动的打滑等。
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，相应地有各种工作 能力判定条件。这种为防止失效而制定的判定条件， 通常称为工作能力计算准则。
1. 强度
机械零件的强度可分为体积强度和表面强度两种。
1）体积强度 体积强度是抵御断裂和过大塑性变形的能力。
判 定条件：
[[]]其中
[ ] [ ]
lim
S
lim
S
S 或
S
lim lim
S
S
[σ]、[τ]-----许用应力
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
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，它是损伤到一定程度后，即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。
5) 绘制工作图并标注必要的技术条件，编写说明书。
§9－2 机械零件的疲劳强度
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
maxmin
2
应力幅:
a
maxmin
2
变应力的循环特性:
σ
r min max
=
-1 ----对称循环变应力 0 ----脉动循环变应力
称为疲劳点蚀。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 。
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。
判定条件：
H[H], 而 [H]SH H lim
2.刚度
指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。
判定条件：
y y
的自激振动频率与激振源的频率相等或成整数倍。
二、机械零件设计的步骤：
1)根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构;
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
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
2）表面强度 分为表面挤压强度和表面接触强度
表面挤压强度是指面接触的两零件，受载后接触
面间产生挤压应力，应力分布在接触面不太深的表层，
挤压应力过大时，零件表面被压溃。
判定条件：
p [p]
[
p
]
p lim
Sp
表面接触强度是指两个零件
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
σH σH
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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
Fn
b
称为接触应力。
ρ1
ρ2 σH σH
Fn
b
油 裂金纹初属的始剥扩疲落展劳出与裂现断纹小裂坑
如齿轮、凸轮、滚动轴承等。 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
p ≤ [p] [p]由实验或同类机器使用经验确定 相对运动速度较高时，还应考虑运动副单位时间
单位接触面积的发热量 f p v 。在摩擦系数一定的情况
下，可将 p v 值与许用的 [p v] 值进行比较。即:
p v ≤ [p v ]
4.振动稳定性准则 在设计时应避免机器中受激振作用的各个零件
机械零件的失效： 机械零件由于某种原因丧失正常工作能力时，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 又称为： 承载能力。
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
零件的失效形式:
4) 疲劳断面明显分为两
个区域，即表面光滑的
疲劳发展区和表面粗糙
的脆性断裂区。
三、疲劳曲线
σrN
疲劳极限σrN与循环次数N 之σ
间的关系曲线称为：疲劳曲线
第9章 机械零件设计概论
§9－1 机械零件设计的基本准则和一般步骤 §9－2 机械零件的疲劳强度 §9－3 机械制造常用材料及其选择 §9－4 机械零件的工艺性及标准化
§9－1 机械零件设计的基本准则和一般步骤
一、机械零件设计的基本准则 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。
y、[y]——零件的变形量和许用变形量
θ 、[θ ]——零件的转角和许用转角 φ 、[φ ]——零件的扭角和许用扭角
3. 机械零件的耐磨性 运动副摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损。
磨损会逐渐改变零件尺寸和摩擦表面形状。零件抗磨 损的能力称为耐磨性。 磨损↑ →间隙↑、 精度↓、效率↓、振动↑、冲击↑、 噪音↑ 据统计，约有80%的损坏零件是因磨损而报废的。
+1 ----静应力
T
静应力是变应力的特例
o
σ=常数 t
σ
σa
σ
σa
σ
σmax
σa
σmax σmin σm
σmax
σa
σmin
σa
σa σm
o
to
t o σmin
t
循环变应力
对称循环变应力 脉动循环变应力
二、疲劳断裂的特征
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，
[Sσ] 、[Sτ ] -----许用安全系数 σlim、τlim -----极限应力。
极限应力的选择：
1）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 、τS作为极限应力 脆性材料：取强度极限σb、τb 作为极限应力
2）变应力下，零件无论是塑性材料还是脆性材料，其 损坏形式是疲劳断裂，因此常用材料的疲劳极限作为 极限应力。
断裂或塑性变形; 过大的弹性变形; 工作表面的过度磨损或损伤; 发生强烈的振动；联接的松弛; 摩擦传动的打滑等。
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，相应地有各种工作 能力判定条件。这种为防止失效而制定的判定条件， 通常称为工作能力计算准则。
1. 强度
机械零件的强度可分为体积强度和表面强度两种。
1）体积强度 体积强度是抵御断裂和过大塑性变形的能力。
判 定条件：
[[]]其中
[ ] [ ]
lim
S
lim
S
S 或
S
lim lim
S
S
[σ]、[τ]-----许用应力
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
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，它是损伤到一定程度后，即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。
5) 绘制工作图并标注必要的技术条件，编写说明书。
§9－2 机械零件的疲劳强度
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
maxmin
2
应力幅:
a
maxmin
2
变应力的循环特性:
σ
r min max
=
-1 ----对称循环变应力 0 ----脉动循环变应力
称为疲劳点蚀。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 。
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。
判定条件：
H[H], 而 [H]SH H lim
2.刚度
指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。
判定条件：
y y
的自激振动频率与激振源的频率相等或成整数倍。
二、机械零件设计的步骤：
1)根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构;
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
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
2）表面强度 分为表面挤压强度和表面接触强度
表面挤压强度是指面接触的两零件，受载后接触
面间产生挤压应力，应力分布在接触面不太深的表层，
挤压应力过大时，零件表面被压溃。
判定条件：
p [p]
[
p
]
p lim
Sp
表面接触强度是指两个零件
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
σH σH
ห้องสมุดไป่ตู้
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
Fn
b
称为接触应力。
ρ1
ρ2 σH σH
Fn
b
油 裂金纹初属的始剥扩疲落展劳出与裂现断纹小裂坑
如齿轮、凸轮、滚动轴承等。 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