机械设计第2章 机械设计总论
机械设计第十版考点知识点总结
第一章绪论1.机器是用来代替人们体力和部分脑力劳动的工具。
2.机器的基本组成要素是机械零件。
第二章机械设计总论1.原动机部分是驱动整部机器完成预定功能的动力源。
2.执行部分是用来完成机器预定功能的组成部分。
3.传动部分是用来完成运动形式、运动及动力参数转变的。
4.机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。
5.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、计算机在机械设计中的应用。
6.机器的主要要求：使用功能要求、经济性要求、劳动保护和环境保护要求、寿命可靠性的要求。
7.机械零件的主要失效形式：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏、破坏正常工作条件引起的失效。
8.设计机械零件时应满足的基本要求：避免在预定寿命期内失效的要求、结构工艺性要求、经济性要求、质量小的要求、可靠性要求。
9.避免在预定寿命期内失效要求：强度、刚度、寿命。
10.机械零件的设计准则：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则。
11.平均工作时间MTTF：对不可修复的零件，其失效前的平均工作时间。
12.平均故障间隔时间MTBF：对可修复的零件，其平均故障间隔时间。
第三章机械零件的强度1.机械中各零件之间力的传递，是通过两个零件的接触来实现的，接触分为外接触和内接触，也可分为点接触和线接触。
2.可以吧一切引起失效的外部作用的参数称为应力，把零件本身抵抗失效的能力称为强度。
第四章摩擦、磨损及润滑概述1.当在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力的影响而发生相对滑动，或有相对滑动的趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这一自然现象称为摩擦，产生的阻力称为摩擦力。
2.摩擦分为两类：一类是发生在物质内部，阻碍分子间相对运动的内摩擦；另一类是当相互接触的两个物体发生相对滑动或有相对滑动的趋势时，在接触表面上产生的阻碍相对滑动的外摩擦。
3.仅有相对滑动趋势时的摩擦称为静摩擦。
4.相对滑动进行中的摩擦称为动摩擦。
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
机械设计期末知识点总结
第一章绪论1.通用零件、专用零件有哪些？P4通用零件：传动零件——带、链、齿轮、蜗轮蜗杆等；连接零件——平键、花键、销、螺母、螺栓、螺钉等；轴系零件——滚动轴承、联轴器、离合器等。
专用零件：汽轮机的叶片、内燃机的活塞、纺织机械中的纺锭、织梭等。
第二章机械设计总论1.机器的组成。
P5机器的组成：原动机部分、传动机部分、执行部分、测控系统、辅助系统。
2.机械零件的主要失效形式有哪些？P13①整体断裂；②过大的残余变形；③零件的表面破坏；④破坏正常工作条件引起的失效。
3.机械零件的设计准则有哪些？P16①强度准则；②刚度准则；③寿命准则；④振动稳定性准则；⑤可靠性准则。
第三章机械零件的强度1.交变应力参数有哪些？应力比r的定义是什么？r = -1、r =0、r=1分别叫什么？P27最大应力σmax、最小应力σmin、平均应力σm=σmax+σmin2、应力幅度σa=σmax−σmin2、应力比（循环特性系数）r=σminσmax。
最小应力与最大应力之比称为应力比（循环特性系数）。
r = -1：对称循环应力、r =0：脉动循环应力、r =1：静应力。
第五章螺纹连接和螺旋传动1.连接螺纹有哪些？各有哪些特点？P71①普通螺纹。
牙型为等边三角形，牙型角α=60°，内、外螺纹旋合后留有径向间隙。
同一公称直径螺纹按螺距大小可分为粗牙螺纹和细牙螺纹。
②55°非密封管螺纹。
牙型为等腰三角形，牙型角α=55°。
管螺纹为英制细牙螺纹。
可在密封面间添加密封物来保证密封性。
③55°密封管螺纹。
牙型为等腰三角形，牙型角α=55°。
螺纹旋合后，利用本身的变形就可以保证连接的紧密型。
④米制锥螺纹。
牙型角α=60°，螺纹牙顶为平顶。
2.传动螺纹有哪些？各有哪些特点？P72①矩形螺纹。
牙型为正方形，牙型角α=0°。
传动效率比其他螺纹高。
②梯形螺纹。
牙型为等腰梯形，牙型角α=30°。
机械设计考试重点
二机械设计总论机器由原动机部分，传动部分，执行部分组成什么叫机械零件的失效？机械零件的主要失效形式有哪些？机械零件由于某种原因丧失工作能力或达不到设计要求的性能机械零件的主要失效形式有：整体断裂；过大的残余变形;零件的表面破坏什么是机械零件的设计准则？机械零件的主要设计准则有哪些?机械零件的设计准则是指机械零件设计计算时应遵循的原则。
主要准则：强度准则，刚度准则，寿命准则，震动稳定性准则影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？零件几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因素.四螺纹连接和螺旋传动螺纹连接为何要防松？常见的防松方法有哪些？【答】在冲击、振动、变载荷及温度变化较大的情况下，连接松动松开,失效,引起机器损坏，在设计螺纹连接时，必须考虑防松问题.螺纹连接防松可分为摩擦防松、机械防松和破坏螺旋副运动关系简要说明螺纹连接的主要类型和特点。
【答】螺纹联接的主要类型有螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接和紧定螺钉联接四种。
主要特点是:螺栓联接：孔的加工精度低，结构简单、装拆方便，不受连接件材料限制螺钉联接：结构比螺栓联接复杂。
不适用于经常拆装的场合。
双头螺柱联接：用于不易制成通孔，材料比较软的场合紧定螺钉联接：可传递不大的力或扭矩,多用于固定轴上零件的相对位置. 提高螺栓联接强度的措施有哪些?降低螺栓总拉伸载荷的变化范围；改善螺纹牙间的载荷分布；减小应力集中；避免或减小附加应力。
键、花键、无键连接和销连接普通平键按构造分有圆头（A型）、平头（B型）及单圆头（C型）平键连接有哪些失效形式？普通平键的截面尺寸和长度如何确定？【答】主要失效形式是较弱零件（通常为轮毂）的工作面被压溃或磨损。
键的截面尺寸hb 应根据轴径d从键的标准中选取。
键的长度L可参照轮毂长度从标准中选取,L值应略短于轮毂长度。
为什么采用两个平键时,一般布置在沿周向相隔180°的位置,采用两个楔键时，则应沿周向相隔90°～120°,而采用两个半圆键时，却布置在轴的同一母线上？【答】两个平键连接，一般沿周向相隔 180布置,对轴的削弱均匀， 并且两键的挤压力对轴平衡，对轴不产生附加弯矩,受力状态好。
机械设计-习题集答案
第一章绪论1-1机器的基本组成要素是什么？答：机械零件1-2什么是零件？什么是构件？什么是部件？试各举三个实例。
答：零件是组成机器的不可拆的基本单元，即制造的基本单元。
如齿轮、轴、螺钉等。
构件是组成机器的运动的单元，可以是单一整体也可以是由几个零件组成的刚性结构，这些零件之间无相对运动。
如内燃机的连杆、凸缘式联轴器、机械手的某一关节等。
部件是由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体，如减速器、离合器、联轴器。
1-3什么是通用零件？什么是专用零件？答：通用零件在各种机器中经常都能用到的零件，如：齿轮、螺钉、轴等。
在特定类型的机器中才能用到的零件，如：涡轮机的叶片、内燃机曲轴、减速器的箱体等。
1-4机械设计课程研究的内容是什么？答：机械系统设计的基础知识和一般尺寸和参数的通用零件设计方法。
第二章机械设计总论2-1答：一台完整的机器通常由原动机、执行部分和传动部分三个基本部分组成。
原动机是驱动整部机器以完成预定功能的动力源；执行部分用来完成机器的预定功能；传动部分是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。
2-2答：设计机器应满足使用功能要求、经济性要求、劳动保护要求、可靠性要求及其它专用要求。
设计机械零件应满足避免在预定寿命期内失效的要求、结构工艺性要求、经济性要求、质量小的要求和可靠性要求。
2-3答：机械零件常见的失效形式：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。
常用的计算准则主要有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则和可靠性准则。
2-4答：强度要求为确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形。
强度条件为[]σσ≤。
提高机械零件的强度，可以采取：a、采用强度高的材料，使零件具有足够的截面尺寸；b、合理地设计零件的截面形状，增大截面的惯性矩；c、采用热处理和化学处理方法，提高材料的力学性能；d、提高运动零件的制造精度，降低工作时的动载荷；e、合理配置零件的位置，降低作用于零件上的载荷等。
《机械设计(3D版)》张继忠第2章 机械设计总论
对机器的主要要求
（五）其他专用要求
设计机器时，在满足前述共同的基本要求的前提下，还应着重地 满足机器的特殊要求，以提高机器的使用性能。
零件是组成机器的基本要素，零件和机器是局部和整体的关系。 因此，机器的各项要求的满足，是以组成机器的机械零件的正确设计 和制造为前提的。亦即零件设计的好坏，将对机器使用性能的优劣起 着决定性的作用。
5. 可靠性要求
在设计零件时需要考虑保证零件的可靠性。零件可靠度的定义和 机器可靠度的定义是相同的，即在规定的使用时间（寿命）内和给 定环境条件下，零件能够正常地完成其功能的概率。
§2-6 机械零件的设计准则
机械零件的计算准则1
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。一般来讲，有以下几种准则：
设计机器的一般程序
（二）方案设计阶段
方案设计阶段对设计的成败起着至关重要的作用。在这一阶段中 也充分地表现出设计工作有多个解（方案）的特点。
实现机器的功能是机器设计的核心。此阶段，对设计任务书提 出的机器功能中必须达到的要求、最低要求及希望达到的要求进行 综合分析，这些功能能否实现，多项功能间有无矛盾，相互间能否 替代等。在此基础上最终确定出功能参数，并作为进一步设计的依 据。
§2-4 机械零件的主要失效形式
机械零件的主要失效形式1
机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余变形、零件 的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。 （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。
第2章 机械设计总论
1第二章机械设计总论一、选择题1－1 机械设计课程研究的内容只限于____________。
（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1－2 下列8种机械零件：螺旋千斤顶中的螺杆，机床的地脚螺栓，车床的顶尖，减速器中的齿轮，拖拉机发动机的气缸盖螺栓，船舶推进器上的多环推力轴承，颚式破碎机上的V带轮，多气缸内燃机曲柄轴上的盘形飞轮。
其中有__________是通用零件。
（1）3种（2）4种（3）5种（4）6种1－3 下列8种机械零件：涡轮的叶片，飞机的螺旋桨，往复式内燃机的曲轴，拖拉机发动机的气门弹簧，起重机的起重吊钩，火车车轮，自行车的链条，纺织机的纱锭。
其中有___________是专用零件。
（1）3种（2）4种（3）5种（4）6种1－4 下列四种叙述中___________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的（4）变应力是由变载荷产生的，也可能由静载荷产生1－5 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___________。
（1）0.24 （2）－0.24（3）－4.17 （4）4.171－6 发动机连杆横截面上的应力变化规律如题1－5图所示，则其应力幅σa和平均应力σm分别为___________。
题1－5图（1）σa＝-80.6MPa,σm=49.4MPa（2）σa=80.6MPa,σm=-49.4MPa（3）σa=49.4MPa,σm=-80.6MPa （4）σa=-49.4MPa,σm=-80.6MPa1－7 变应力特性可用σmax、σmin、σm、σa、r等五个参数中的任意___________来描述。
（1）一个（2）两个（3）三个（4）四个1－8 零件的工作安全系数为___________。
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。
机械设计题库(第八版
NT
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失效率 Q = 1− R = 1 − 0.825 = 17.5%
KUST
4
一 名词解释
吴老师机械设计教学资料
第3章 机械零件的强度
(1) 静应力：静应力:大小和方向不随转移而产生变化或变化较缓慢的应力，其作用下零件可能产生静 断裂或过大的塑性变形，即应按静强度进行计算。
(2) 变应力：大小和方向均可能随时间转移产生变化者，它可以是由变载荷引起的，也可能因静载荷 产生(如电动机重量给梁带来的弯曲应力)变应力作用的零件主要发生疲劳失效。
(3) 在载荷几何形状相同的条件下，钢制零件间的接触应力 Ｃ 铸铁零件间的接触应力。
A. 小于
B. 等于
C. 大于
(4) 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值 Ａ 。
A. 相等
B. 不相等
C. 是否相等与材料和几何尺寸有关
5
吴老师机械设计教学资料
(5) 在图 3-1 所示某试件的σ m − σ a ，极限应力简图中，如工作应力点 M 所在的 ON 线与横轴间夹角 θ = 45 °，则该试件受的是 Ｃ 。
3
答：机器主要由五部分组成：
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① 原动机 主要提供动力，如汽车的发动机；
② 传动部分 提供变速、改变运动方向或运动形式等，如汽车的变速箱、传动轴、离合器等；
③ 工作部分 直接完成设计者的构想，代替或减轻人类的工作，如汽车的车轮、转向器等；
④ 控制部分 使机器各部分运动协调。可以是手控、电控、遥控等。如汽车的各个按钮、手柄等；
(3) 工作应力：用计算载荷按材料力学基本公式求得作用在零件剖面上的内力:σ p , σ c , σ F ,τ , τ T
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
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机器实例
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机器实例
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§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
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§2 -2 设 计 机 器 的 一 般 程 序
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§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。
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§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 机械设计总论PPT课件
§2-1 机器的组成 §2-2 设计机器的一般程序 §2-3 对机器的主要要求 §2-4 机械零件的主要失效形式 §2-5 设计机械零件时应满足的基本要求 §2-6 机械零件的计算准则 §2-7 机械零件的设计方法 §2-8 机械零件设计的一般步骤 §2-9 机械零件材料的选用原则 §2-10 机械零件设计中的标准化 §2-11 机械现代设计方法简介
塑性变形实例
塑性变形实例
三、表面损伤
绝大多数零件都与别的零件发生静的或 动的接触和配合关系或暴露在空气中。
大多数失效出现在零件表面。 零件的使用寿命在很大程度上受到表面
损伤的限制。
齿面磨损实例
磨损轴瓦
轴瓦磨损
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工作， 正常工作条件被破坏了，零件就不能工作，也就 失效了。
[X]表示许用应力，可为[]、[t]等。
Y表示极限应力，可为s、b、-1e、Hlim。
许用安全系数的选择
合理地选择许用安全系数[S]是机械设计中的一项重 要工作。
设计人员的任务在于：在保证零件工作安全可靠的 前提下，尽可能减少许用安全系数的数值，或者说 尽可能提高许用应力的数值。
影响许用安全系数（或许用应力）数值大小的因素 主要有：
第一节 机器的组成 第一节机器的组成
人们为了满足生产和生活的需要，设计和制造了类型繁多、功 能各异的机器。
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
第二节 设计机器的一般程序
机械设计有一个一
设计任务的研究和制订
机械设计习题解答
机械设计习题解答第2章 机械设计总论一、填空题 1．当机械零件出现疲劳断裂时，应按 A 准则计算。
A ．强度； B.刚度； C.寿命； D.振动稳定性2.零件的工作安全系数为 B 。
A ．零件的极限应力比许用应力； B.零件的极限应力比工作应力C.零件的工作应力比许用应力；D.零件的工作应力比极限应力3.对大量生产、强度要求高、尺寸不大、形状不复杂的零件，应选择 D 。
A ．铸造； B.冲压； C.自由锻造； D.模锻二、是非题1.当零件可能出现塑性变形时，应按刚性准则计算。
（×）2．调质钢的回火温度越高，其硬度和强度将越低，塑性越好。
（√）3.机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。
（√）4.疲劳破坏是引起大部分机械零件破坏的主要原因。
（√）5.随着工作时间的延长，零件的可靠度总是不变。
（×）第3章 机械零件的强度一、简答题1.弯曲疲劳极限的综合影响系数的含义是什么？它与那些因素有关？它对零件疲劳强度与静强度各有何影响？答：① 综合影响系数()D k σ的含义：在对称循环时，()D k σ是试件与零件疲劳极限的比值；在非对称循环时，()D k σ是试件与零件极限应力幅的比值。
② ()D k σ与零件的有效应力集中系数、尺寸系数、表面状态系数有关。
③ ()D k σ对零件的疲劳强度有影响，对零件的静强度没有影响。
2.零件的等寿命疲劳曲线与材料试件的等寿命疲劳曲线有何区别？零件和材料试件的失效形式是否总是相同的？为什么？答：① 零件的等寿命疲劳曲线相对于材料试件的等寿命疲劳曲线下移了一段距离。
② 在相同变应力作用下，两者的失效规律并不总是相同的，因为零件疲劳曲线中疲劳破坏的范围增大了。
3.试说明承受循环变应力的机械零件，在什么情况下可按静条件强度计算？在什么情况下按疲劳强度条件计算？答：承受循环变应力的机械零件，当应力循环次数310N ≤时，按静强度条件计算；当极限应力点与疲劳极限应力曲线中的屈服曲线相交时，也按静强度计算。
机械设计 期末考试思考题
机械设计思考题第一章绪论1、一个机械系统一般包含机械结构系统、驱动动力系统、检测与控制系统。
2、一台机器的机械结构总是由一些机构组成的，每个机构又是由若干零件组成的。
有些零件是在各种机器中常用的，称之为通用零件。
有些零件只有在特定的机器中才用到，称之为专用零件。
3、机械设计课程中“设计”的含义是指机械装置的实体设计，涉及零件的应力，强度的分析计算，材料的选择、结构设计，考虑加工工艺性、标准化以及经济性、环境保护等。
第二章机械设计总论1、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。
12、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。
3、对机器都要提出的基本要求：使用功能要求、经济性要求、劳动保护要求、可靠性要求、其它专用要求。
4、机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。
5、机器的零件满足以下要求：（1）避免在预定寿命期内失效的要求，应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。
（2）结构工艺性要求，设计的结构应便于加工和装配。
（3）经济性要求，零件应有合理的生产加工和使用维护的成本。
（4）质量小的要求，质量小则可节约材料，质量小则灵活、轻便。
（5）可靠性要求，应降低零件发生故障的可能性（概率）。
6、机械零件的设计准则（1）强度准则，确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基本的设计准则。
（2）刚度准则，确保零件不发生过大的弹性变形。
（3）寿命准则，通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。
（4）振动稳定性准则，高速运转机械的设计应注重此项准则。
（5）可靠性准则，当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。
7、于机械设计有关的标准主要有：国际标准、国家标准、行业标准、企业标准等。
8、机械零件的设计准则主要有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则和可靠性准则。
9、零件的表面经淬火，渗氮，喷丸，滚子碾压等处理后，其疲劳强度_______。
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：
机设作业选择题填空题答案
河南科技大学机械原理及机械设计教研室 机械设计作业集选择题、填空题参考答案第一章绪论一、选择题第二章机械设计总论第三章 机械零件的强度二、填空题3—16 判断机械零件强度的两种方法是 最大应力法 及 安全系数法 ；其相应的强度条件式分别为 σ ≤[σ] 及 S ca ≥[S] 。
3—17 在静载荷作用下的机械零件，不仅可以产生 静 应力，也可能产生 变 应力。
3—18 在变应力工况下，机械零件的强度失效是 疲劳失效 ；这种损坏的断面包括 光滑区（疲劳区）及 粗糙区（脆断区） 两部分。
3—19 钢制零件的σ-N 曲线上，当疲劳极限几乎与应力循环次数N 无关时，称为 无限寿命 循环疲劳；而当N<N 0（N 0≈N D ）时，疲劳极限随循环次数N 的增加而降低的称为有限寿命疲劳。
3—20 公式22τστσS S S S S +=表示 复合（双向）应力状态下 疲劳 强度的安全系数，而2max2max4τσσ+=s S 表示 复合（双向）应力状态下的 静(屈服) 强度的安全系数。
3—21 零件表面的强化处理方法有 化学热处理 、 高频表面淬火 、 表面硬化加工 等。
3—22 机械零件受载荷时，在 截面形状或尺寸突变处 产生应力集中，应力集中的程度通常随材料强度的增大而 增大 。
第四章 摩擦、磨损及润滑概述二、填空题4—11摩擦学是一门研究 摩擦、磨损及润滑 的科学。
4—12 润滑油的油性是指润滑油在金属表面的 吸附并形成润滑油膜 能力。
4—13 影响润滑油粘度η的主要因素有 温度 和 压力 。
4—14 两摩擦表面间的典型滑动摩擦状态是 干摩擦 、 边界摩擦和 液体摩擦 。
4—15 流体的粘度，即流体抵抗变形的能力，它表征流体内部 流动阻力 的大小。
4—16 压力升高，粘度 降低 ；温度升高，粘度 降低 。
4—17 机器工作的环境温度高时，应该选择闪点 高 的润滑油；机器工作的环境温度低时，应该选择凝点 低 的润滑油。
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潘存云教授研制
机械控制式
电气控制式
模糊控制式
除了控制方式以外，上述三种洗衣机的主要传动系统没有很大的差别。
机械设计
自动洗衣机的组成：
进水口
上盖 控制面板 外箱体
排水管
盛水桶 支撑拉杆 波轮 脱水桶 电动机 带传动
减速器
机械设计
自动洗衣机的工作原理：
波轮 A B
脱水桶
带传动
洗涤：
洗衣机系统简图
A制动，B放开，运动经电动机、带传动、中心齿轮、行星轮、 行星架、带动波轮旋转。
按第一强度理论计算当量应力。
复合应力状态： 按第三或第四强度理论计算当量应力。
单向应力状态：
脆性材料
复合应力状态：
注：1）对于塑性材料和组织不均匀的材料（如灰铸铁），在计算 静强度时，可不考虑应力集中的影响。 2）对于组织均匀的低塑性材料（如淬火钢），在计算静强度 时，应考虑应力集中的影响。
机械设计
2
循环应力下的强度
接触强度
计算变应力下的强度时，应取 lim 疲劳极限 rN （详见第三章）。 3 许用安全系数 〔S〕
过大，则机器会过于笨重；过小，可能不安全。 〔S〕 因此，在保证安全的前提下，应尽可能选用较小的许用安全系数。 〔S〕 的取值主要受下列因素的影响：
1） 计算的准确性；
机械设计
机械零件失效实例：
潘存云教授研制
潘存云教授研制 潘存云教授研制
齿轮轮齿折断
齿面接触疲劳点蚀
轮齿塑性变形
潘存云教授研制 潘存云教 授研制
潘存云教授研制
轴瓦磨损
轴承内圈破裂
轴承外圈塑性变形
机械设计
一、几个名词：
2）工作能力： 的能力。 即机械零件在一定条件下抵抗失效
3）承载能力： 对载荷而言的工作能力。（也就是 用载荷表示的工作能力） 4）工作能力计算准则： 效而应满足的条件。 为防止机械零件发生某种失
机械设计
三、强度准则
强度条件有两种表示方法：
强度准则
强度：指机械零件工作时抵抗破坏（断裂或塑性变形）的能力。
1） 用应力表示： 2）用安全系数表示：
式中： σ —计算最大应力 σ lim —极限应力
S —计算安全系数
σ
≤〔σ〕
S
≥ 〔S〕
〔σ〕＝ σ lim S＝ σ
σ lim S
〔σ〕 —许用应力 〔S〕 —许用安全系数
机械设计
从一个设计实例 看机械设计的一般过程
社会需求
设计任务 方案设计
结构设计
编制技术文件
机械设计
以冲压工艺所需的压力加工设备为 例进行分析
社会需求： 以上、下模具之间的直线往 复运动对平板材料进行加工（拉伸， 弯曲，切断，冲裁，压印等）。
机械设计
设计任务：
力——标准吨位 位移——工作行程 速度——最高连续工作速度 加速度——允许速度波动 运动精度——允许运动误差 经济性——最高造价 可靠性——平均无故障工作时间 安全性——意外情况下对人和设备进行保护 其他要求——运输，安装，调整
（也可以理解为是机械零件不发生失效的“安全件”， 是设计零件时的理论依据）。
机械设计
为了防止机械零件在工作中产生失效，设计
载荷和应力1
时，需要以零件的工作能力计算准则为依据进行必要
的计算，常用的理论计算方法（过程）有两种：
5）设计计算：先分析零件的可能失效形式， 根据该失效形式的计算准则通过计算确定零件的 结构尺寸。
6）校核计算：先确定零件的结构尺寸，然后再 验算零件是否满足计算准则。如不满足，则应修改 零件的尺寸。
除理论设计方法外，机械零件常规的设计方 法还有经验设计、模型试验设计。（教材P16）
机械设计
为了防止机械零件在工作中产生失效，设计时，
载荷和应力1
需要以零件的工作能力计算准则为依据进行必要的计 算。机械零件的设计准则大体有：
强度：指机械零件工作时抵抗破坏（断裂或塑性变形）的能力。
机械设计
静应力 o 变应力 t
脉动循环应力
应 力
稳定循环变应力
对称循环应力
非对称循环应力 规律性非稳定循环变应力
非稳定循环变应力
随机性非稳定循环变应力
机械设计
应 力 静应力
o
变应力
t
脉动循环应力 对称循环应力 非对称循环应力
稳定循环变应力
H
F 1 1 B 1 2 2 1 12 1 2 E2 E1
机械设计
实际中的高副零件所受的接触应力都是循环变化的。如齿
轮的轮齿，接触啮合时受应力作用，脱离啮合时不受应力作用。
接触强度2
•在接触循环应力作用下的强度称为表面接触疲劳强度。 强度条件为： H≤ H
注：对于切应力，只须将上述各公式中的
σ 换成 τ 即可。
机械设计
1
静应力下的强度
静应力下的强 度
在静应力下工作的零件，其可能的失效形式是塑性变 形或断裂。材料种类不同，所取极限应力也不同。
塑性材料 单向应力状态：
lim s ， lim s
lim b ， lim b
机械设计
第2章
§1－1
机械设计总论
机器的组成及典型机械介绍
§1－2
§1－3
机械零件的计算准则
机械零件的材料及选用
机械设计
§1－1
机器的组成及典型机械介绍
在学习机械设计课程之初，有必要对机械的组成、机械的基本要素 有一个感性的认识。下面先看几个例子。
典型机械实例： 全自动洗衣机； 减速器； 工业机器人。 １．全自动洗衣机；
机械设计
高速运动变换为低速运动
可选择的减速传动方案： 1. 带传动 2. 链传动 3. 齿轮传动 4. 蜗杆传动
机械设计
曲柄压力机传动原理图
机械设计
结构设计:
仅以连杆部件为例讨论结构设计问题
机械设计
结构设计:
连杆部件
机械设计
结构设计:
连杆部件
机械设计
结构设计:
连杆部件
机械设计
结构设计:
非稳定循环变应力
规律性非稳定循环变应力
随机性非稳定循环变应力
尖峰应力
周期
规律性
随机性
机械设计
最大应力： max
( max min ) / 2 平均应力： m ( min min ) / 2 min 对称循环应力：r 1 循环特性（应 r 力比）： max 脉动循环应力： r 0
连杆部件
A-A放大
A
A
机械设计
§1－2
机械零件的计算准则
一、几个名词：
1）失效：机械零件由于某种原因不能正常工作，称 为失效。 机械零件失效的主要形式：整体断裂、
注意：
过大的残余变形、零件的表面破坏、破坏正常 工作条件引起的失效（教材P10）
a) 失效并不单纯指破坏，破坏只是失效的形式 之一。 机械零件的可能失效形式很多，归纳起来主要有 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性以及温度等方面的失效。 b) 同一种零件可能的失效形式往往有若干种。 例如：轴在工作中可能产生断裂、过大弹性变形、 共振等失效。
使用功能要求 经济性要求 劳保环保要求 寿命可靠性要求 其他专用要求
设计机器的一般程序 教材P5表2-1 对机器的主要要求 ………
机械设计
教材与参考书
教材—濮良贵，纪名刚. 机械设计. 8版. 北京：高等教 育出版社，2006. 《机械设计课程设计图册》、《机械设计课程设计指导 书 》 手册—《机械设计手册》 参考书 1. 吴宗泽. 机械设计. 北京：高等教育出版社，2001. 2.《机械设计》（第四版）邱宣怀等主编 高教出版社 3.《机械创新设计》 黄纯颖 主编 高等教育出版社
机械设计
典型机械实例：
１．全自动洗衣机； ２．减速器； ３．工业机器人 由以上实例，可归纳得出：
润滑、显示、照明等辅助系统
原动机
机
控
传动装置
器
统
执行机构
制
系
传动装置―在原动机与执行机构之间传递运动、转换运动 方式的装置。机械传动装置是本课程研究的主要内容之一。
机械设计
定义： GB10853-89 机器理论与机构学术语 机器是执行机械运动的装置，用来变换或 传递能量、物料、信息。 机构是用来传递运动和力的、有一个构件 为机架的、用构件间能够相对运动的连接方式组 成的构件系统。
脱水：
A放开，B制动，运动经电动机、带传动、内齿圈（脱水桶）、 中心齿轮、行星架，波轮与脱水桶等速旋转。
机械设计
典型机械实例： ２．减速器
潘存云教授研制
机械设计
典型机械实例： ３．工业机器人
机械设计
典型机械实例： ３．工业机器人
潘存云教授研制
机械设计
典型机械实例： ３．工业机器人
潘存云教授研制
• 强度准则
• 刚度准则 • 寿命准则 • 振动稳定性准则 • 可靠性准则 • 摩擦学准则
机械设计
二、载荷和应力
1 载荷 按是否随时间变化，载荷分为：
静载荷 变载荷
由于运动中产生的惯性力和冲击等引起的载荷称为动载荷。
按是否考虑动载荷的影响，载荷分为：
名义载荷：在理想平稳条件下所受的载荷（不考虑动载荷的影响） 计算载荷＝载荷系数K×名义载荷（代表机器或零件实际所受载荷） 载荷系数K：用于计入在实际工作中受到的各种动载荷的影响。 额定载荷： 由原动机的额定功率推算出的载荷。
机械设计
典型机械实例： ３．工业机器人
潘存云教授研制
机械设计
典型机械实例： ３．工业机器人