机械设计总论[1]
机械设计总论(ppt 95页)
3. 寿命要求 影响零件寿命的主要因素有
疲劳破坏 腐蚀 磨损
大部分零件工作在变应力下，疲劳破坏是引起 零件破坏的主要原因。影响疲劳强度的因素有
▲应力集中 ▲零件的尺寸大小 ▲零件表面质量及环境状况 零件处在腐蚀性介质中工作时，可能使材料遭到腐蚀。
2、经过优化的举升液压缸布置方式
3 举升运输装备结构设计
四、技术文件编制
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
试验大纲 ……
湘电风能： 大型叶片举升运输装备
叶片水平运输时，运输装备图。
湘电风能： 大型叶片举升运输装备
叶片举升一定角度运输图。
§2-3 对机器的主要要求
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：
机械零件失效实例：
潘存云教授研制
齿轮轮齿折断
潘存云教授研制
轮齿塑性变形
潘存云教授研制
轴承内圈破裂
潘存云教授研制
轴承外圈塑性变形
潘存云教授研制
轴瓦磨损
潘存云教授研制
齿面接触疲劳
失效原因: 强度、刚度4.79%; 腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%，是主要失效原
机器实例
机器实例
控制部分——保证机器的启动、停止和正常协调动 作。
传感部分——将机器的工作参数，如位移、速 度、加速度、温度、压力等反馈给控制部分。
辅助部分——包括机器的润滑、显示、照明等。 也是保证机器正常工作不可缺少的部分
§2-2 设计机器的一般程序
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。
机械设计机械设计总论考研公式大全
机械设计机械设计总论考研公式大全
机械设计是工程设计的一门学科，涉及到机械的构造、运动、力学、热力学等方面。
在考研中，机械设计总论是机械工程专业的一个重要科目。
以下是一些与机械设计总论相关的公式：
1.机械效率公式：
机械效率=有用输出功/输入功
2.刚体平衡公式：
ΣFx = 0
ΣFy = 0
ΣMz = 0
3.刚体平动的动力学公式：
F = ma
4.刚体转动的动力学公式：
ΣM = Iα
5.线速度与角速度的关系：
v = ωr
6.位移与速度的关系：
v = ds / dt
7.功率公式：
功率=功/时间= W / t
8.动能公式：
动能= 1/2mv^2
9.势能公式：
势能= mgh
10.齿轮传动公式（减速比）：
i = N2 / N1
这些公式只是机械设计中的一部分，还有很多其他公式需要在具体的题目中应用。
此外，除了公式，机械设计总论还涉及到机械设计
的原则、方法、工艺、材料等内容。
在考研中，还需要掌握相关的理
论知识和解题技巧。
拓展：机械设计总论还包括了机械设计的相关内容，比如机械元
件的设计、机械传动系统的设计、机械结构的设计等。
在机械设计中，还有一些常用的标准公式和表格，比如键与轴设计的公式、齿轮设计
的公式、动力传递、弹簧设计、轴承设计等，这些公式和表格可以作
为设计计算的基础。
总之，机械设计总论是机械工程专业考研的重要科目，涉及到众
多的公式和知识点。
掌握这些公式并理解其应用场景是考研成功的关键，同时也需要对机械设计相关的知识有一个全面的了解和掌握。
濮良贵《机械设计》真题分类解析
【 题７ 】 （ 上海交通大学考研试题）
２ ２ 已知 ４ ５钢经调质后的机械性能为： 强度极限 σ ６ ０ ０ Ｎ／ ｍ ｍ ， 屈服极限 σ ３ ６ ０Ｎ／ ｍ ｍ ， 疲劳极 Ｂ＝ ｓ＝ ２ 限 σ－１ ＝ ３ ０ ０Ｎ／ ｍ ｍ ， 材料的等效系数 φ ． ２ ５。 σ ＝０
１ ） 材料的基氏极限应力线如图示， 试求材料的脉动循环疲劳极限 σ ； ０ ２ ） 疲劳强度综合影响系数 Ｋ ２ ， 试作出零件的极限应力线； σ＝
【 题３ 】 （ 大连理工大学考研试题） 图示的方形盖板用四个 Ｍ １ ２ （ ｄ １ ０ ． １ ０ ６ ｍ ｍ ） 的螺栓与箱体联接， 位于对称中心 ０点处的吊环受 １＝
′ 拉力 Ｆ ］＝ ４ ２ ７ Ｍ Ｐ ａ ， Ｑ ． ６ Ｆ， 问： σ Ｐ ＝０ Σ。已知螺栓的许用应力［
１ ） 作用在吊环上的最大拉力 Ｆ ？ Σ＝
′ ＝５ ２， 求Ｆ ２ ） 由于制造误差， 吊环的位置由 Ｏ移至 Ｏ ′ 点， 若测得 Ｏ Ｏ 槡 Σ下受力最大螺栓的工作拉
力Ｆ 。 ３ ） 说明在 ２ ） 的情况下， 该螺栓组联接是否安全？
— ３—
考试点（ ｗ ｗ ｗ ． ｋ ａ ｏ ｓ ｈ ｉ ｄ ｉ ａ ｎ ． ｃ ｏ ｍ ） ５ 【 题４ 】（ 哈尔滨工程大学考研试题） 在图示气缸盖的螺栓联接中， 气缸直径 Ｄ＝ ３ ５ ０ ｍ ｍ ， 气缸内气体压强 Ｐ在（ ０～ ０ ． ８ ） Ｍ Ｐ ａ 范围内变 化， 气缸盖和缸体用 １ ２个 Ｍ ２ ２ （ ｄ １ ９ ． ２ ９ ４ ｍ ｍ ） 的螺栓联接， 若相对刚度 Ｃ （ Ｃ Ｃ ＝ ０ ． ８ ， 残余预 １＝ ｂ／ ｂ＋ ｍ） ＇ ＝ １ ． ６ Ｆ ， 螺栓的许用应力［ ］＝ ５ ５ Ｍ Ｐ ａ ， 许用应力幅［ ］＝ ２ ０ Ｍ Ｐ ａ ， 试校核该螺栓的静强度和 紧力 Ｑ σ σ ｐ ａ 疲劳强度。
机械设计作业集及答案(南昌航空大学)
。
A. 止动垫片 B.对顶螺母
C.串联钢丝
D.开口销
14. 在下列具有相同公称直径和螺距并采用相同配对材料的螺旋付中，传动效率最高的是
螺旋副。
A. 单线矩形
B. 单线梯形
C. 双线矩形
D. 双线梯形
15. 键联接的主要用途是使轴与轮毂之间
。
A. 沿轴向固定并传递轴向力
B. 沿轴向可作相对滑动并具有导向作用
3. 变应力特性可用五个参数中的任意
A. 一个
B. 两个
个来描述。
C. 三个
D. 四个
4. 下列四种叙述中， A. 变应力只能由变载荷产生
是正确的。 B. 静载荷不能产生变应力
C. 变应力是由静载荷产生
D. 变应力由变载荷产生，也可能由静载荷产
生
5. 在进行疲劳强度计算时，其极限应力为材料的
A. 屈服极限
18. 平 键 联 接 能 传 递 的 最 大 扭 矩 为 T ， 现 要 传 递 的 扭 矩 为 1.5T ， 则
应
。
A. 把键长 L 增大到 1.5 倍
B. 把键宽 b 增大到 1.5 倍
C. 把键高增大到 1.5 倍
D. 安装一对平键
19. 为了不严重削弱轴和轮毂的强度，两个切向键最好布置成
。
在具体设计时一般顺序是
。
A. b→a→c→d
B. b→c→a→d
C. a→c→b→d
D. c→d→b→a
28. 轴上装有一对平键时，若传递扭矩 T=150N·m，则验算强度时，仍可按一个平键来计算，
只要把传递扭矩改为
Nm。
A. 120
B. 100
C. 75
D. 50
机械设计题库01_机械设计总论
(2) 由原动机标牌功率而计算出来的载荷称为计算载荷也叫名义载荷。
(3) 计算载荷通常是额定载荷乘以不同的影响系数。
(T)
(4) 机械设计计算的最基本的设计准则是刚度准则。
(F)
(5) 一般小型机械，都是先小批量生产，再做定型鉴定。
(F)
(6) 增大零件的截面尺寸只能提高零件的强度不能提高零件的刚度。
五 简答题
(F) (F)
(F)
(1) 什么是机械 ? 答：一个机器，不论结构多么复杂，都是由两个或两个以上互相联系、互相配合、运动确定的机构或
构件所组成。可以实现能量的转化 (如将电能、热能、光能、化学能等等转化为机械能
)，使其运转，实现
人们预期的工作。而机构，则是由两个或两个以上互相联系、互相配合、运动确定的构件所组成，它无能
求得用以作为设计依据的载荷 FcaK AFn 。给零件附加动载荷影响之工况系数，
二 选择题
(1) 机械零件由于某些原因不能
C 时称为失效。
A. 工作
B. 连续工作
C. 正常工作
D. 负载工作
(2) 设 R 为可靠度， Q 为不可靠度，则
C 成立。
1
A. (R2 Q 2 ) 2 1 B. R Q 1
量的转化，只是实现机械能的传递。构件则是由多个零件所组成。机械则是机器和机构的总称。
(2) 简述机械零件的主要失效形式。 答： 机械零件的主要失效形式有： 断裂、 变形过大、 振动过大和表面失效， 表面失效又分为胶合失效、 点蚀失效、磨损失效和塑性变形。在与化学物质接触的场合或者是在有腐蚀性气体或液体的氛围中经常发
生的腐蚀失效也是机械零件的主要失效形式之一。
(3) 机械设计课程主要解决什么零件的设计问题 ? 答：机械设计课程，主要是培养学生运用工程技术基础理论和知识，解决常规工作条件下一般参数的
机设辅导—第一讲 机械设计总论(极限应力)
a与 m的比值必须保持不变
• C点位于OA′E′O疲劳安全区时
σ • 疲劳极限应力点 C( rm , ra ) ——OC 射线与零件疲劳极限曲线的交点
a
AA ′
(0, 1) C(
rm
,
B
( 0
2
ra
)
B
′
,
0
2
)
E
(0, kN 1 ) 疲劳 安全区
E′
K
C( m , a )
塑性安全区
135°
S( s ,0)
• 无限寿命设计 • 有色金属和高强度合金钢没有无限寿命区
3．循环次数为N时的疲劳极限
• 疲劳曲线方程式
m rN
m rN
N N
m r
N
0
m r
N
0
C C'
• 循环次数为N时的疲劳极限
• 寿命系数
rN
m
N0 N
r
k N r
rN
m
N0 N
r
kN r
kN
m
N0 N
三、影响机械零件疲劳强度的主要因素
• 零件的屈服强度安全系数
S
σlim σ
σm ax σmax
rm ra m a
σS σm σa
[S ]
4. 平均应力为常数
m (或 m ) 常数
5. 最小应力为常数 min(或 min) 常数
1. 不同循环次数 N 时材料的疲劳曲线
在某种循环特性下，试验所得某种材料的极限应力和应力循环次数 的关系曲线如下
• 影响零件疲劳强度的主要因素：
应力集中、零件尺寸、表面状态
• 实际零件的疲劳极限要小于标准试件的疲劳极限
机械设计考试习题
机械设计总论一. 判断1. 凡零件只要承受静载荷，则都产生静应力。
F2. 当零件的尺寸由刚度条件决定时，为了提高零件的刚度，可选用高强度合金钢制造。
F3. 机械零件在工作中发生失效，即意味着该零件一定产生了破坏。
F4. 在变应力中，当r=-1时，σm=0，σa=σmax 。
T5. 在变应力中，当r=C （常数）时，σa/σm 时随时间变化的。
F6. 润滑油的粘度与温度有关，且粘度随温度的升高而增大。
F7. 某截面形状一定的零件，当其尺寸增大时，其疲劳极限值将随之降低。
T8. 对于理论上为线接触的两接触面处的接触应力σH 与法向外载荷F 成线性关心。
F9. 机械零件设计计算中最基本的设计准则时强度准则。
T10. 工业用润滑油的粘度会因为温度的升高而降低。
T11. 钢的强敌极限愈高，对应力集中愈敏感。
T12. 变应力时由变载荷产生，也可能由静载荷产生。
T二．单项选择题12．某钢制零件材料的对称循环弯曲疲劳极限σ-1=300MPa ，若疲劳曲线指数m=9，应力循环基数N0=10^7，当该零件工作的实际应力循环次数N=10^5时，则按有限寿命计算，对应于N MPa。
34．变应力特性可用σmax 、σmin 、σm、r5M 所在的ON 线与横轴间夹角θ=45°，则该零件受的67．零件的截面形状一定，当绝对尺寸(横截面尺寸)8910max 的值相等，而应力循环特性分别为+1、0、-0.5、-1最易发生失效的零件是丁。
11三、填空题1．影响机械零件疲劳强度的主要因素有 零件尺寸及几何形状变化、加工质量、及 强化因素2．静应力由静载荷产生，变应力可由 静载荷 和 变载荷 产生。
3．在静载荷作用下的机械零件，不仅可以产生 静应力 应力，也可能产生 交变应力 应力。
4．机械零件的表面破坏形式主要有 腐蚀、磨损、接触疲劳 。
5．产品设计中的“三化”是指 标准化、系列化、通用化6．在静应力工况下，机械零件的强度失效是 断裂 或 塑性变形 。
机械设计机械设计总论考研公式大全
机械设计机械设计总论考研公式大全机械设计是机械工程专业的基础课程之一，是指根据机械的运动、传动和控制等特点，设计出满足特定功能要求的机械结构和零部件的过程。
机械设计与计算方法是机械设计专业的一门重要课程，其内容包括从机械设计的基础理论到工程实践的计算方法。
下面是机械设计考研中的公式大全：一、机械设计基础公式1.机械设计基本公式F=maF为力，m为物体的质量，a为加速度。
W=FsW为做功，F为力，s为位移。
P=FvP为功率，F为力，v为速度。
2.材料力学σ= \frac{F}{A}σ为应力，F为力，A为受力面积。
ε= \frac{ΔL}{L}ε为应变，ΔL为变形长度，L为原始长度。
E= \frac{σ}{ε}E为弹性模量，σ为应力，ε为应变。
3.强度学公式S= \frac{P}{A}S为应力，P为拉力，A为受力面积。
f= \frac{F}{A}f为应力，F为拉力，A为受力面积。
δ= \frac{FL}{AE}δ为变形量，F为拉力，L为长度，A为横截面积，E为弹性模量。
二、机械设计原理公式1.轴系T= \frac{P \times 60}{2πN}T为扭矩，P为功率，N为转速。
2.带传动T_1=T_2 \times e^{μθ}T为张力，μ为摩擦系数，θ为绕线角度。
3.螺纹副p=\frac{πd}{n}p为螺距，d为螺距直径，n为螺纹数。
三、机械设计实用公式1.轴设计M= \frac{πd^3τ}{16L}M为弯矩，d为轴径，τ为允许剪切应力，L为轴长。
2.齿轮设计ω= \frac{V}{r}ω为角速度，V为线速度，r为半径。
3.联轴器设计P=\frac{T \times 60}{2πN_c}P为功率，T为扭矩，N_c为转速。
以上是机械设计考研中常用的公式大全，希望对您有所帮助。
机械设计复习概要
机械设计复习概要第一章：机械设计总论（掌握）在任意一个给定循环特性r的条件下，经过N次循环后材料不发生疲劳破坏时的最大应力。
第二章：轴毂联接设计面是工作面。
特点：结构简单、装拆方便、加工容易，对中良好，应用广泛，但不能实现轴向固定。
（按端部形状不同分为A型（圆头）、B型（方头）、C型（半圆头）三种。
A型轴槽用指状铣刀加工，键在轴槽中轴向固定好，但端部应力集中大。
B型轴槽用盘形铣刀加工，端部应用集中小，但易松动，常用紧钉螺钉固定。
C型常用于轴端和毂类零件的连接）特点：能在槽中摆动，尤其适用锥形轴与轮毂的连接，但轴槽较深，对轴的强度削弱大，只用于轻载。
一定的单向的轴向载荷。
特点：由于楔键打入时，使轴和轮毂产生偏心，故用于定心精度不高，载荷平稳和低速场合。
4寸（高度h和宽度b）根据轴的直径选取，而键长L应根据轮毂宽度B而定，通常L=B-（5~10）mm。
需手写练习题：1．平键连接中的平键截面尺寸b×h是按 C 选定的。
A. 转矩TB. 功率PC. 轴径d2．平键连接工作时，是靠剪切和挤压传递转矩的。
3．若强度不够，采用两个普通平键时，为使轴与轮毂对中良好，两键通常布置成 A 。
A．相隔180° B. 相隔120°～130° C．相隔90° D. 在轴的同一母线上4．用于连接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹 A 。
A. 牙根强度高，自锁性能好B. 传动效率高C. 防震性能好D. 自锁性能差5．为提高紧螺栓连接强度，防止螺栓的疲劳破坏，通常采用的方法之一是减小螺栓刚度或增大被连接件刚度。
6．当两个被连接件之一太厚，不宜制成通孔，且连接需要经常拆装时，适宜采用③连接。
①螺栓②螺钉③双头螺柱第三章：螺纹联接与螺旋传动设计1（1）三角形螺纹（也叫普通螺纹），用于连接。
粗牙：用于一般连接。
细牙：相同公称直径时，螺距小，螺纹深度浅，导程和升角也小，自锁性能好，宜用于薄壁零件的微调装置。
机械设计(吴宗泽教材)1#总论w
设计问题的综合性
机械设计
社会学 心理学 经济学
科学技术
工艺性
造型艺术
分析工作原理
类型选择
受力分析
改进与发展
结果分析与设计 机械设计的内容
失效分析
结果分析与设计
建立计算准则
简化模型
机器的组成：
辅助系统，例如：润滑、显示、照明等
润滑显示照明等原动机部分原动机部分传动部分执行部分执行部分控制系统设计机器的一般程序计划阶段方案设计信息反馈修改技术设计技术文件的编制试制试验鉴定生产对整个机器的整体要求?使用功能的要求?经济性要求?三化标准化系列化通用化?三化标准化系列化通用化?劳动保护要求?可靠性要求?其它专业要求机械零件设计的基本要求?避免在预期寿命期内失效?结构工艺性的要求?经济性要求?经济性要求?质量小的要求?可靠性要求失效零部件不能满足工作要求称为失效
• F1= F2= F3= F4= F5 = F 由1： d=18.8 取d为18 由2： S=6.6 取S为7 由3： b=54.7 取b为55 由4：e= 29.3 取e为30
‘等
强原则’
课后习题
分析自行车的主要失效 形式及设计准则
黄华星19#608
设计作业 project
• 根据题目，进行调研，初步确定基本参 数（功率、转数等） • 确定方案，画出草图 • 自选题目：下周三课后（或周四3：00 ） 和 老师讨论（精仪系3405）
ca
计算应力
lin
S
安全系数
许用应力
二.疲劳强度
• 对数坐标的疲劳曲线 • 有限寿命区间 • 疲劳极限
机械设计的总论
机械设计（machine design），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。
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的因素。
机械设计的努力目标是：在各种限定的条件（如材料、加工能力、理论知识和计算手段等）下设计出最好的机械，即做出优化设计。
优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少环境污染。
这些要求常是互相矛盾的，而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。
设计者的任务是按具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有最优的综合技术经济效果。
过去，设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。
随着机械工程基础理论和价值工程、系统分析等新学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累,以及计算机的推广应用,优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。
各产业机械的设计，特别是整体和整系统的机械设计，须依附于各有关的产业技术而难于形成独立的学科。
因此出现了农业机械设计、矿山机械设计、泵设计、压缩机设计、汽轮机设计、内燃机设计、机床设计等专业性的机械设计分支学科。
1设计分类机械设计可分为新型设计、继承设计和变型设计3类。
1、新型设计应用成熟的科学技术或经过实验证明是可行的新技术，设计过去没有过的新型机械。
2、继承设计根据使用经验和技术发展对已有的机械进行设计更新，以提高其性能、降低其制造成本或减少其运用费用。
3、变型设计为适应新的需要对已有的机械作部分的修改或增删而发展出不同于标准型的变型产品。
2主要流程1、根据客户需求、市场需要和新科研成果制定设计任务。
2、初步设计。
包括确定机械的工作原理和基本结构形式，进行运动设计、结构设计并绘制初步总图以及初步审查。
3、技术设计。
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
12
§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
机械设计
第二章 机械设计中的综合约束条件
2.1 概述
经济性约束 社会性约束 技术性约束：技术性能、标准化、可靠性、安全性 一、技术性能约束条件 二、标准化约束条件 三、可靠性约束条件 四、安全性约束条件
2.2 机械设计中的强度约束条件 2.2.1 载荷与应力的分类 一、载荷的分类
静载荷:载荷的大小或方向不随时间变化或变化极缓慢。 变载荷： 1）循环变载荷 a) 稳定循环变载荷 b) 不稳定循环变载荷 2）随机变载荷 载荷：1）名义载荷:在理想的平稳工作条件下作用在 零件上的载荷。 2）计算载荷:是名义载荷与载荷系数的乘积。
③ 应力循环特性越大，材料的疲劳极限与持久极限越大，对 零件强度越有利。 对称循环（应力循环特性=-1）最不利 2、材料的疲劳极限应力图 同一种材料在不同的应力循环特性下的疲劳极限的特性。 （ σm −σa 图） 以 σm为横坐标、 a为纵坐标，即可得材料在不同应力循 σ 环特性下的极限σm和 σ 的关系图。
二、复合应力时的塑性材料零件
按第三或第四强度理论对弯扭复合应力进行强度计算 由第三强度理论 σca = σ 2 + 4τ 2 ≤ [σ] = σs /[s] （最大剪应力理论） 由第四强度理论： σca = σ 2 +3 2 ≤[σ] =σs /[s] τ （最大变形能理论）
复合应力计算安全系数为：
σγN
有 寿 区 限 命 无 寿 区 限 命
σγN
O
N
N0
σγ N
当N>103(104)——高周循环疲劳 当 103 (104 ) ≤ N ≤ N0 时随循环 次数↑疲劳极限↓ 2）无限寿命区 N ≥ N0
σγN
有 寿 区 限 命
无 寿 区 限 命
了解机械设计的一般步骤和方法
机械零件的失效形式和计算准则。
第1章 机械设计总论
1．1 机械设计概述 1.机械设计的任务
设计具有使用功能的机械技术系统．
１）实现能量转换（电动机） ２）实现物料转换（各种机床）
３）实现信息转换（计算机）
2 机械设计的基本要求
１）使用要求：指机器能有效地执行预期的全部职
能。
２) 经济性要求（设计经济性和使用经济性） ３）安全性要求
2 ） 基于计算机的枚举寻优（利用
计算机计算结合人工判断对事物进行优化。 ）
3 ） 数学规划寻优（是量化的优化方法，适
用于机械设计中的参数设计）。
4 ）人工智能寻优（根据专家系统技术，实 现优化的自动选择和优化过程的自动控制）。
1．1．3机械设计中的标准化
1．1．4 机械设计的最新进展
1、 设计理论的不断完善与发展,设计手段和方法的 不断更新。由于计算机的进步和发展，产生了许多新的设计方法如
2）刚度准则
[ ] lim
S
[ ] lim
St
y [y]
3 ）耐磨准则
p [ p]
pv pv
4）振动稳定性准则 f p 0.85 f ,
f p 1.15 f
5）散热性准则
t t
6）可靠性准则 系
统、机器或零件在规定 的条件下和规定K8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z- w&t!qY mVjRgOdL9I6F3B0y) v%s# oXlUiQf NcK8H5D2A+ x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z) w&t!pYmVjRgOcL9I 6E3B0y (v%r# oXlTiQ fNbK8G5D2A- x*u$qZnVkShPdMaJ7F 4C1z)
机械设计总论作业题与答案
第一篇 机械设计总论 作业题答案一、填空题1、在任一给定循环特性的条件下，表示应力循环次数N 与疲劳极限σrN 的关系曲线称为 疲劳曲线 ，其高周疲劳阶段的方程为 C N N mr m rN ==0σσ。
2、在单向转动的轴上作用方向不变的径向载荷时，轴的弯曲应力为 对称 循环变应力。
3、影响机械零件疲劳强度的主要因素，除材料性能、应力循环特征r 和应力循环次数N 之外，主要有 应力集中、 绝对尺寸 和 表面状态 。
4、在静强度条件下，塑性材料的极限应力是 屈服极限 ；而脆性材料的极限应力是 强度极限 。
5、在零件强度设计中，当载荷作用次数≤103时，可按 静强度载荷 条件进行设计计算，而当载荷作用次数>103时，则应当按变载荷疲劳强度 条件进行设计计算。
6、额定载荷是指 根据原动机的额定功率而不考虑其他因素计算求得的载荷 ；计算载荷是指 考虑了零部件工作中受到各种附加动载荷，将名义载荷修正后用于零件设计计算的载荷 。
二、选择题1、一等截面直杆，其直径d=15mm ，受静拉力F=40KN ，材料为35钢，σB =540 N/mm 2，σS =320 N/mm 2，则该杆的工作安全系数S 为 DA 、2.38B 、1.69C 、1.49D 、1.412、对于受循环变应力作用的零件，影响疲劳破坏的主要因素是 CA 、最大应力B 、平均应力C 、应力幅3、零件的形状、尺寸、结构、精度和材料相同时，磨削加工的零件与精车加工的零件相比，其疲劳强度 AA 、较高B 、较低C 、相同4、机械设计课程研究的对象是 C 的设计。
A 、专用零件B 、已标准化零件C 、普通工作条件（常温、中压和中等速度）下工作的通用零部件D 、特殊工作条件下的零部件5、开发性设计工作的核心是 B 和 C 。
A 、理论设计B 、功能设计C 、结构设计D 、工艺设计E 、造型设计6、产品的经济评价通常只计算 B 。
A 、设计费用B 、制造费用C 、实验费用D 、安装调试费用7、机械零件的计算分为 A 两种A、设计计算和校核计算B、近似计算和简化计算C、强度计算和刚度计算D、用线图计算和用公式计算8、机器最主要的技术经济指标是 D 。
机械设计总论
§2-1 机器的组成
一台完整的机器组成如下：
辅助系统，例如：润滑、显示、照明等
原动机部分
传动部分
执行部分
控制系统
原动部分－机器完成预定功能的动力源，最常见的是
内燃机、电动机等。
执行部分－完成预定的动作，位于传动路线的末端。 传动部分－联接原动机和执行部分的中间部分。
控制部分－保证机器的启动、停止和正常协调动作。
辅助部分－包括机器的润滑、显示、照明等，是保证
机器正常工作不可缺少的部分。
§2-2 设计机器的一般程序
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。 机械设计的一般步骤： ● 计划阶段 ● 方案设计阶段 ●技术设计阶段 ● 技术文件编制阶段 1、计划阶段 包括：需求分析、明确功能、制定设计任务书。
根据工作能力准则进行零部件的初步设计，通过计 算或类比得出零件的基本尺寸。
4）部件装配图及总装配图的设计----结构设计 5）主要零件的校核计算 对零件进行精确的受力分析和工作能力校核计算 。
4、技术文件编制
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。
3、合理的制造精度和表面粗糙度 应在满足使用要求的前提下，尽量采用较低的精度 和表面质量。
4、尽量减小零件的加工量
●毛坯形状和尺寸应尽量接近零件本身的形状和尺 寸，力求使少切削加工，节约材料、降低成本。 ●尽量采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、 粉末冶金等先进工艺。
设计任务书包括： 机器的功能分析； 经济性估算； 基本使用要求； 预计的设计周期等。
2、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。 实现同一个功能 ，往往有多种可能的方案，如螺纹 加工：有车削、滚压、板牙加工等方法。 方案评价原则：
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二、方案设计阶段
机器功能分析
多功能间有无矛盾，相互间能 否替代等，原动机、执行机和 传动机构方案的选择与确定
提出可能的解决方案
费用
总费用
组合几种可能的方案
设计制造费用
使用费用
评价
-
+
复机杂械性设计总论[1] 决策——选定方案
三、技术设计阶段
明确构形要求
主要工作 运动学设计 动力学设计 工作能力设计 部件及总装图设计 主要零件校核
件的互换和组织专业化的大生产，以降低生产成本。
与设计有关的标准:
国际标准 国家标准 行业标准 企业标准等
如： ISO
GB JB、HB
QB
国标分为：强制标准 GB ×××× － ××××
(标准序号) (批准年代)
强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。
推荐标准 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
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
机械设计总论[1]
一、计划阶段
提出任务
机器的功能 环境、经济、加工以及时限等约束条件
分析对机器的需求
机器的功能 经济性估计 制造要求的估计 基本使用要求 完成设计任务的预计期机限械等设计总论[1]
确定任务要求
对设计任务书提出的机器必须 达到的要求、最低要求及希望 达到的要求进行综合分析
失效形式：过大的弹性变形
设计准则：y≤[y]
可用措施： 3、寿命
增大截面尺寸或增大截面惯性矩； 缩短支承跨距或采用多支点结构； 增大贴合面降低压力； 采用精加工降低表面不平度。
定义：零件正常工作延续的时间
影响因素：
材料疲劳
材机料械腐设计蚀总论[1] 零件间的磨损
二、结构工艺性要求
1、良好的结构工艺性指在既定的生产条件下，能方便 而经济地生产出来，并便于装配成机器。
境条件下机器能正常工作的概率。
机械设计总论[1]
五、其他专用要求
机械设计总论[1]
§2-4 机械零件的主要失效形式
机械设计总论[1]
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。
齿轮轮齿断裂
轴承内圈断裂
机械设计总论[1]
●确定量 随机量 ─如可靠性设计；
●可行性设计 优化设计 ─如优化设计； ●串行设计 并行设计 ─如并行设计；
●宏观的 微观的 ─如微－纳米摩擦学设计；
●分部处理法 系统工程法 ─如系统工程；
第二章 机械设计总论
机械设计总论[1]
§2-1 机器的组成
机械设计总论[1]
一、机器的组成
一台完整的机器的组成大致可包括：
润滑、显示、照明等辅助系统
原动机部分
传感器
传动部分
传感器
执行部分
传感器
控制系统
机械设计总论[1]
普通车床
一、机器的组成
机械设计总论[1]
一、机器的组成
数控车床
计算机控制系统和伺服电机被引入到传统机器中来， 使其组成、面貌和功能发生了革命性的变化。
F
A lim
S ca
S机械设计总论[1]
lim
S
lim
二、经验设计
适用条件： 使用要求变动不大而结构形状已典型化的零件
设计方法： ➢根据某类零件已有的设计与使用实践而归纳出的经验关系式； ➢根据设计者本人的工作经验用类比的方法进行设计
机械设计总论[1]
三、模型试验设计
适用条件： 尺寸巨大结构又很复杂的特别重要的零件设计
2、着眼点：毛坯制造、机械加工、装配等生产环节。
机械设计总论[1]
三、经济性要求
降低材料消耗 ➢采用廉价而供应充足的材料代替贵重材料 ➢采用组合结构代替整体结构
减少工时 ——采用少余量或无余量毛坯或简化零件
降低加工和装配费用 ——工艺性
尽可能采用标准化零、部件
机械设计总论[1]
四、质量小的要求
机械设计总论[1]
21.33%
其他
73.88%
4.79%断裂
磨损腐蚀疲劳破 坏引起的失效
机械设计总论[1]
§2-5 设计机械零件时 应满足的基本要求
机械设计总论[1]
一、避免在预定寿命期内失效的要求
1、强度 设计准则： 工作应力≤许用应力
可用措施： 2、刚度
采用高强度材料； 足够的截面尺寸； 合理的截面形状，以增大惯性矩； 采用热处理和化学热处理方法，提高材料的力学性能 提高运动零件的制造精度，以降低动载荷； 合理配置零件的位置，降低零件上的载荷。
四、振动稳定性准则
设计准则： 避开共振区域，0.85f>fp或1.15f<fp
改善方法： ➢改变零件及系统的刚性； ➢改变支承位置； ➢增加或减少辅助支承 ➢激振源与零件隔离 ➢增加阻尼减小振幅
机械设计总论[1]
五、可靠性准则
可靠度：
可靠度=正常工作数／总数
浴盆曲线： ➢Ⅰ:早期失效阶段
失效率
➢Ⅱ：正常使用阶段 ➢Ⅲ：损坏阶段
结构化
选择材料、决定尺寸
评价
-
+
决策——确定结构形状及尺寸
总体设计
部件设机计械设计总论[1]
零件设计
四、技术文件的编制
编制技术文件
机械设计总论[1]
五、计算机在机械设计中的应用
1、 辅助设计类： CAD； Proe Solidworks
2、计算分析类 MATLAB； Adams； Ansys
机械设计总论[1]
五、可靠性要求
1、失效的发生都是随机的 2、使工作条件和零件的性能两方面使其随机
变化尽可能小 3、使用中加强维护和对工作条件进行监测
机械设计总论[1]
§2-6 机械零件的设计准则
机械设计总论[1]
失效形式 脆性断裂 塑性形变 疲劳破坏
一、强度准则
计算准则
强度极限
B S
屈服极限
S S
疲劳强度
r S
齿轮轴断裂—失效
二、过大的残余变形
当作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件将产生残 余变形。
齿轮齿面塑形变形
轴承外圈塑性变形
机械设计总论[1]
三、零件的表面破坏
零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。
轴瓦磨损
机械设计总论[1]
齿面接触疲劳
四、破坏正常工作条件引起的失效
有些零件只有在一定的工作条件下才能正常的工作，如：
机械设计总论[1]
1、原动机形式
★原动机
人力或畜力
水力机
风力机
蒸汽机
内燃机
电动机
热力机
2、输出运动和动力
旋转运动
转矩
直线运动
机械设计总论[1]
推力或拉力
★执行部分
执行部分：完成机器预定功能的组成部分
机械设计总论[1]
★执行部分
执行部分：完成机器预定功能的组成部分
功用： 压碎物料
偏心轴5 动颚板6
非金属材料 陶瓷 ：强如钢、轻如铝、硬如金刚石
复合材料：强度高、弹性模量大、质量轻
机械设计总论[1]
二、机械零件材料的选择原则
1、载荷、应力的大小和性质
脆性材料适用于静载荷下的零件 塑性材料适用于冲击载荷及动载荷 金属材料的性能可以通过热处理手段加以提高
2、零件的工作情况
考虑环境特点、工作温度、摩擦磨损程度
§2-9 机械零件的材料及其选用
机械设计总论[1]
一、机械零件常用材料
金属材料
黑色金属
铁 ：灰铸铁、球墨铸铁… (如：TH300 QT500-5)
钢：低碳钢、中碳钢、高碳钢、合金钢… (如：08F 45 60 1Cr18）
有色金属 ：铝(LY12)、铜(ZCuSn10P1)…...
高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维
7、钢的选用原则： 优选碳素钢，其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。
材料
热轧圆钢 铸件
表3-1 常用材料的相对价格
种类规格
碳素结构钢Q235 （φ 33~42） 优质碳素钢 （φ 29~50） 合金结构钢（φ 29~50） 滚动轴承钢（φ 29~50） 合金工具钢（φ 29~50） 4Cr9Si2耐热钢（φ 29~50）
3、零件的尺寸及质量 4、零件结构的复杂程度及材料的加工可能性
结构复杂零件宜选用铸造毛坯或焊接方法 结构简单宜用锻造法制取毛坯
5、材料的经济性
材料本身的相对价格；材料的加工费用；材料的利用率； 组合结构；节约稀有材料
6、材料的供应状况
同一部机器上材料机品械设种计总和论规[1] 格尽量少
二、机械零件材料的选择原则
§2-3 对机器的主要要求
机械设计总论[1]
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，一般要求 劳动保护和环境保护要求 寿命与可靠性要求 其他专用要求
机械设计总论[1]
一、使用功能要求
1.正确地选择机器的工作原理 2.正确地设计或选用能够全面实现功能要求的
机械设计总论[1]
失效形式： 过大的弹性形变
设计准则： y≤[y]
弹性变形y的表现形式： ➢挠度 ➢扭转角
二、刚度准则
机械设计总论[1]
三、寿命准则
腐蚀： 尚无有效的腐蚀寿命计算方法
磨损： 类型众多，机理不清，工程实际定量计算方法不定
疲劳： 以使用寿命的疲劳极限或额定动载荷为计算依据
机械设计总论[1]