机械设计学-第07章 机械产品设计中的几个主要技术问题(黄靖远、高志、陈祝林版教材)
机械设计基础机械零件设计概论
2）破坏零件表面的光滑形状。
如齿轮出现点蚀，表面就不是理论上的光滑的渐开线形状，不能保证瞬 时传动比不变，从动轮有时转得快，有时转得慢，有角加速度，必然有惯性 力，惯性力是变化的。
惯性力——动载荷——运转时会产生振动、冲击，产生或增大噪音。
齿轮如果噪音很大，则齿轮失效，需要报废更换。
因此，点蚀现象往往是点、线接触高副常见的失效形式，齿轮、凸轮常
变载荷——随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷。
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二、应力的分类
应力是受力杆件某一截面上的某一点处的内力集度， 即：单位面积上的内力称为“应力”。
垂直于截面的应力分量称为正应力（或法向应力）， 用σ表示；
相切于截面的应力分量称切应力或切向应力，用τ表示。 应力的单位为Pa。
1 Pa=1 N／m2
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一、研究对象和任务
2.研究任务 学习机械零件设计要达到以下要求：
1）掌握通用零件的工作原理和特点，目的是能够合理选择零件 类型；
2）能计算通用零件的工作能力（包括设计计算和校核计算）； 3）学习机械零件的结构设计，了解使用、维护的知识； 4）学习运用标准、规范（指企业的标准）和手册等设计资料； 5）具有设计通用零件和简单传动装置的能力； 6）具有分析机械零件的失效原因，并能提出改进措施的能力。
∴ [σ]＝ σs /S
2)变应力下零件的强度计算
其σlim是疲劳限，无论脆性材料还是塑性材料，σlim一样。 疲劳限——如果变应力的应力循环特性r一定，应力循环N次，材料不发
生疲劳破坏的最大应力。
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三、强度条件式
2.机械零件的强度 2)变应力下零件的强度计算
如σ－1——对称循环的疲劳限 ｝作为材料的试件疲劳限
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机械产品设计原理知识点
机械产品设计原理知识点在机械工程领域中，机械产品设计是一项关键性的工作。
它不仅需要设计师具备一定的专业知识和技术能力，还需了解一些机械产品设计原理知识点。
本文将介绍一些常见的机械产品设计原理知识点，以供设计师们参考和学习。
1. 强度原理机械产品设计中，强度是一个重要的设计参数。
强度原理涉及到材料力学、结构力学等相关概念。
在设计过程中，需要通过强度计算和分析来验证所设计构件的强度是否满足要求，以确保产品的安全可靠性。
2. 运动学原理机械产品设计时常需要考虑运动学问题，即物体的运动规律和运动特性。
运动学原理涉及到位置、速度、加速度等概念。
通过对物体的运动规律进行分析，可以精确地设计出满足运动需求的机械构件。
3. 动力学原理与运动学不同，动力学原理涉及到物体的受力和运动之间的关系。
在机械产品设计中，需要考虑力的平衡、力的合成等问题。
通过动力学原理的应用，可以合理地选择和分析受力部件，确保产品运行平稳。
4. 传动原理传动是机械产品中常见的功能需求之一。
传动原理涉及到传动装置的设计和选择。
常见的传动方式有齿轮传动、带传动、链传动等。
在选择传动装置时，需要综合考虑传递的功率、转速比、传动效率等因素。
5. 控制原理在一些特殊的机械产品设计中，需要考虑控制部分的设计和实现。
控制原理涉及到信号处理、控制系统设计等问题。
通过合理的控制原理应用，可以实现对机械产品的精准控制，提高其性能和自动化程度。
6. 制造工艺原理机械产品的制造工艺是机械产品设计不可忽视的一环。
制造工艺原理涉及到加工工艺、工装夹具设计等问题。
在设计过程中，需要充分考虑产品的制造可行性，选择适合的加工工艺和工装，以确保产品的质量和生产效率。
7. 可靠性原理机械产品的可靠性是指产品在一定条件下能够正常工作的概率。
可靠性原理涉及到故障分析、寿命预测等问题。
通过可靠性原理的应用，可以提高产品的使用寿命和可靠性，降低故障率。
8. 人机工程学原理人机工程学原理是指将人的生理特性和心理特点与机械产品设计相结合，以提高产品的使用舒适性和工作效率。
机械设计学-第02章 机器的组成及典型机器的功能分析(黄靖远、高志、陈祝林版教程)
三、家用缝纫机的功能分析
1.主要功能 引面线造环功能
机针的特殊机构使面线在缝料底部 形成线环。
机针的特点：引入槽长而深，引出 槽短而浅。
钩面线扩环，使底面线交织功能
为实现此功能，先要扩大面线环，并绕 过藏有底线的梭心套，使底线传入面线环， 而后被面线抽紧。
供给和收回面线功能
线环的形成及扩环过程需要把面线 供给给机针和摆梭，而底线穿过面线环 后又需要收回面线，以便抽紧底线，形 成分析 一、缝纫机的概述
缝纫机是用一根或多根缝纫线，在缝料上形成一种或多种 线迹，使一层或多层缝料交织或缝合起来的机器。
缝纫机发明前的二个思维突破：（1）针尾引线；（2）双 线互锁交织 1790年，英国的圣托马斯发明缝 制靴鞋用的单线链式线迹的手摇缝 纫机，这台缝纫机是用木材做机体， 部分零件用金属材料制造，它是世
家庭和个人生活中应用的机械 如洗衣机、 冰箱、钟表、照像机、运动器械、家用机器人、 假肢、假腿、自行车、轮椅等。
各种机械武器 如枪支、坦克、大炮等。
3.按功能分类
工艺类的机械包括： 金属冷加工设备、金属 热加工设备、矿石破碎 机械、矿石粉磨机械、 食品机械、橡胶机械， 木工机械等。 非工艺类机械包括： 交通运输机械、物料 搬运机械、动力机械， 各类阀门、泵、压力 容器等。
面线松紧阻尼靠旋动夹面线螺母实现，底线松紧阻尼靠拧动压 紧底线螺纹来实现。
调节压脚压紧力的功能
压紧缝料压力过大 压紧缝料压力过小
缝料皱缩遭受损伤
送料呆滞缝料溜滑
调节送布针距的功能
送布针距会影响线迹密度，提高线迹密度会增加缝纫牢度， 但过密则会影响缝料强度。
绕底线功能
把梭心装到绕线轴上，由高速转动的手轮使摩擦轮带动绕线 轴旋转，从而使梭心缠绕底线。
机械设计学
机械设计学
《机械设计学》是黄靖远、高志、陈祝林编著的一本图书。
该书以“机械设计学”的学科思想为基础，以“功能设计”和“结构设计”为核心内容，将设计的各种主要技术问题在各章作了相应的介绍，最后以设计试验和优势设计结束。
全书共十章，辅以各种优秀设计实例，以阐明理论与方法的应用。
该书以培养学生“能提出创新构思并能尽快将其转化为有竞争力的产品”的初步能力为目标，围绕影响产品竞争力的功能原理设计、实用化设计和商品化设计三个关键设计环节组织全书内容，体现“学科”与“应用”相结合的原则。
本书于1998年进行了第2版修订,除各章具体内容有更新增补外，特别增编了第十章“优势设计”，加强了创造性设计和为竞争的优势而设计的内容,以适应日趋激烈的国际市场竞争的要求。
本书此次修订时，增补了“设计过程讨论”、“概念设计”、“优势设计”、“质量功能配置(QFD)”、“质量屋”、“稳键设计”、“公理设计”、“绿色设计”、以及“TRIZ”等新内容，并对原有内容作了修改、增补及重新编排。
本书可用作高等工科院校机械设计及制造专业的专业教学用书，也可供其它机械专业师生和机械类科技人员参考。
黄靖远,男,1937年生教授,博士生导师,享受国家级专家待遇。
1960年
清华大学毕业。
清华大学精仪系机械设计教研室主任。
专业:机械学,现代设计理论与方法。
他参加过“中型数控铣床”、“两自由度肌电控制前臂假肢”的研制，获1987年国家发明三等奖(第二发明人)；。
机械设计学概论.ppt
施工设计等四个阶段[1]。 二是Koller认为：机械设计分为产品规划、功能设计、定性设计和定量设
计等四个阶段[2]。 三是邹慧君教授提出：机械设计分为产品规划、方案设计、详细设计和
产品设计的根本目的就是要创新产品，满足市场需求和占领更大市场。 产品设计本身是创造性的劳动，设计的本质是创新。因此，重视创新 设计是增加机械产品竞争力的根本途径。
第一节 机械产品设计的重要性和关键步骤
2. 机械产品设计过程的主要步骤
对于机械产品设计过程的不同理解，从本质上说是由于对设计的内涵有不 同的认识和对设计理论有不同的理解。
如图1—1所示。
人的个体，通过复杂的组织机构加以集合，组成 社会，进而构成当今的世界。人们用语言、文字、 图形、符号等等用来构通人们的思想。整个社会 就是依靠这类信息的传递表达来实现其功能的。 因此人与社会之间通过传递设计相联系。
自然界既是人们生活、工作、活动 的场所，又为人们提供赖以生存的 一切必要条件。人与自然界的关系 是索取与提供的矛盾。人们通过产 品设计不断加强、提高自身的机能 以便更好地利用、开发、改造自然， 使之更好地为人类服务。
2.1 设计的内涵及种类
所谓设计形态是指设计过程所表现的形 式、状态。可用图1—6可以形象地表达 出产品设计与时间的关系。
在整个设计过程中，“详细设计要求” 是后面设计、制造加工、设计鉴定及用 户是否尝试的依据，它像一个圆筒一样 笼罩着后面各项工作。这样，我们不难 设想设计要求实际上起着一种边界的作 用，将整个设计“空间”分为内外两部 分：内部为设计应遵循的各个过程，其 任务是使资源转为“硬件”以满足需求， 这是设计的最终目的，故称这一内部空 间为设计核心；
机械设计学-第10章 优势设计原理(黄靖远、高志、陈祝林版教材)
在方向性问题上的正确决策，对于一个企业 来说是至关重要的。
不存在百分百正确的决策：世界上的事物发 展有其偶然性和不可知性的存在。
一、三类事物
第一类：简单事物——发展和结果都简单，决策比较容易。
三类事物 第二类：介也于不第复一杂类，事生物活和中第的三大类多事数物事之物间。——既不简单，
“优势设计”是以“常规设计”和“创新设 计”为基础的更高一层的设计概念，它强调面 向市场的设计技术。
决定市场竞争优势地位的两个主要指标：1） 相对品质差异；2）相对成本。
设计的四个等级（图10-3） ：
1）正确设计——有细节性的缺陷和不足
2）成熟设计——有较多实践，克服初始设 计想象不到的缺陷
3）创新设计——有很强生命力
关键技术的技术方向
3）非技术性问题
四、方向性问题决策的思维要点
方向性问题的决策归根到底是要预测在未来 市场上有竞争优势的产品方向及技术方向。
1）要有一个市场分析专家和顾客心理专家的眼光 2）要有技术专家的眼光 3）要有总经理的眼光 4）要有军事统帅的眼光
五、决策的本质是正确处理事物的不确定性
1）天下唯一确定的事情就是不确定性 2）每个决定都是权衡几率的结果 3）面对不确定性，必须果断采取行动 4）决策过程的品质往往比决策的结果重要
4)优势设计——最高层次，以正确设计和成 熟设计为基础
第一节 优势设计的基本思想
一、一种面向市场设计：设计者应认识到市场：挑剔性、严酷性、多变性。
二、一种战略性的分析、预测、判断和决策：预测和判断能力很重要。
三、一种对自然法则深刻认识基础上的优势发现和发展战略
1）最优秀的事物是一种随机自然现象。
机械设计学复习资料
机械设计学复习资料第一章绪论1、机械设计学学科得三个组成部分(或机械产品设计得基本环节):功能原理设计、实用化设计、商品化设计。
2、机械设计具有哪些主要特点？(多解性、系统性、创新性)3、近代“设计学”得重大发展(功能思想得提出与发展;人机学思想得形成与发展;工业设计学科体系得发展与成熟)4、从设计构思得角度将机械设计步骤归纳为哪三大步？(创意、构思、实现)5、“设计”就是把各种先进技术成果转化为生产力得一种手段与方法。
机械产品设计得一般过程:认识需求→目标界定→问题求解→分析选优→评价决策→表达→实现。
6、机械设计学得研究对象机械设计学研究机械设计得规律、过程、原理、方法、设计原则以及其她机械设计得共性技术。
7、功能就是产品得核心与本质。
第二章机器得组成及典型机器得功能分析1、机器得定义:有两个或两个以上相互联系配合得构件所组成得联合体,通过其中某些构件得限定得相对运动,能将某种原动力与运动转变,以执行人们预期得工作,在人或其她智能体得操作或控制下,实现为之设计得某种或几种功能。
2、从不同角度瞧机器得组成: 从机构学得角度瞧:各种基本机构,自由度=原动机数;从结构学得角度瞧:各种基本零件; 从专业得角度瞧:各种主要部件3、从功能得观点瞧机器得组成:机器由多个主要分功能系统构成,它们得协调工作实现了实现了机器得总功能。
又可进一步分为:工作机(工作头、执行机构)传动机原动机控制器。
4、从功能得观点瞧机器得分类可分为:工艺类机器:对物料进行工艺性加工得机器,主要特征就是具有专用得工作头并进行独特得工艺加工动作; 非工艺类-不对任何物料进行工艺性加工,只实现某些特殊得动作性得机器。
5、家用缝纫机就是一种典型得工艺类机器。
工艺方式:一就是采用针尖引线得方法代替针尾引线;二就是采用双线互锁交织得方法代替反复穿刺。
功能分析:(1)总功能:将线按一定规律缝于缝料上,它可使一根线或多根线通过自连、互连、交织,在缝料上形成一定形式得线迹。
机械设计学第七章
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4、疲劳试验曲线的获得 只要有4个点即可确定△εe-N和△εp-N两条直线， 而不需去做大量疲劳试验。四点作图法如图7-13所示。 P1——对应于1/4(1g1/4=-0.6)循环(即一次拉伸至破
坏)的应变幅度的弹性分量：△εe ＝2.5(σf／E)
P2——对应于105次循环的应变幅度的弹性分量
如：滑移带开裂的过程是出 现滑移线，在循环载荷作用下， 随着载荷作用次数的增加，滑 移线不断增多和变粗而形成滑 移带和驻留滑移带。滑移结果， 在驻留滑移带上形成“挤入” 或“挤出”现象，在继续循环 加载的情况下．挤入部分向滑 移带纵深发展，从而形成疲劳 微裂纹。如图7—2示。
(2)疲劳裂纹的扩展。疲劳裂纹扩展分为两个阶段：
3）疲劳失效：在交变应力与交变应变的作用下．构 件因发生疲劳破坏而使其丧失正常工作性能的现象 称之为疲劳失效；
4）疲劳强度：试件抵抗疲劳失效的能力称之为材料 的疲劳强度。衡量材料或结构疲劳强度大小的指标 之一是“疲劳强度极限”，简称“疲劳极限”。
2、疲劳破坏机理
疲劳破坏一般可分为三个阶段：
(1)疲劳裂纹萌生 由局部塑件应变集中引起， 有三种常见的裂纹萌生方式：滑移带开裂；晶界和 孪晶界开裂；夹杂物或第二相与基体的界面开裂。
破坏时的循环次数Nf
总应变幅△εT由弹性应变幅△εe和塑性应变幅△εp组 成。
△εT = △εe + △εp
从实验得到弹性应变幅为:
——式7-14称为曼森—科芬方程
根据式(7-l4)可得图7-7对称循环全应变幅与 循环次数曲线(对数坐标)。
由图7-7：直线① 是塑性应变幅与循环 次数的关系曲线，直 线②是弹性应变幅与 循环次数的关系曲线， 两直线交于P点， P 点是低、高周疲劳的 分界点，2Nt为过渡 寿命。
秸秆破碎机的设计(机械设计)
目录第1章项目规划 ..................................................................... 错误!未定义书签。
1、1 项目背景分析 .......................................................... 错误!未定义书签。
1、2 系统得黑箱描述 ...................................................... 错误!未定义书签。
1、3 设计任务书 .............................................................. 错误!未定义书签。
第2章功能分析 ..................................................................... 错误!未定义书签。
2、1 总功能提炼 .............................................................. 错误!未定义书签。
2、2 功能分解 .................................................................. 错误!未定义书签。
第3章原理方案设计 ............................................................. 错误!未定义书签。
3、1 功能单元求解 .......................................................... 错误!未定义书签。
3、2 系统方案确定 .......................................................... 错误!未定义书签。
机械设计学
机械设计学第一篇：机械设计学一1.设计学的学科组成分为哪三个部分？（功能原理设计、实用化设计、商品化设计）2.机械设计具有哪些主要特点？（多解性、系统性、创新性）3.近代“设计学”的重大发展是什么？（1、功能思想的提出和发展；2、人机学思想的形成和发展；3、工业设计学科体系的发展和成熟）4.机械设计分为哪三种类型？（适应性设计、变形设计、创新设计）5.从设计构思的角度将机械设计步骤归纳为哪三大步？（创意、功能、实现）二、三1．什么是功能原理设计？功能原理设计的主要内容？（对产品主要功能提出一些原理性的构思，这种针对主要产品设计的原理性设计；构思实现功能目标的新的解法原理）2．构思一种将钞票逐纸分离的功能原理，试说明其物理疚，并用sketch图描述之？3．任何一种机器的更新换代都有哪三个途径？（改革工作原理；改进工艺、结构和材料提高技术性能；加强辅助设计适应使用都心理）4．功能原理设计的工作特点是什么？（新的物理效应代替旧的，使工作原理发生根本变化的设计；要引入某种新技术，但要有一种新想法、新构思；使机器品质发生质的变化）5．硬币分选计数机的总功能如图所示，试分析要实现总功能必须要有哪些分功能单元，试分别画出功能结构图和功能分解图，并简要说明计数功能如何实现的？6．从系统工程角度用黑箱描述功能的方法？（任何一种系统都有输入和输出，把技术系统看成一个黑箱，其输入用物料流M、信息流S和能量流E描述，其输出相应的M’、S’、E’）7．功能分析的常用图解法？（功能分解图、功能结构图）8．按功能进行分类，其基本类型主要有哪两类？（工艺功能、动作功能）9．动作功能的含义？（只完成动作，不同时进行对物体的加工的功能，属于非工艺类机械）10．工艺功能的含义？（对被加工对象实施某种加工工艺的装臵，其中必定有一个工作头，用这个工作头去完成对工作对象的加工处理，工作头与工作对象相互配合，实现一种功能）11．分析说明工艺功能求解中的物——场分析法（S-Field 法）；并举例说明？12．关键技术功能的求解思路？并举例说明？[技术矛盾分析法] 13．综合技术功能的求解思路？并分析说明有哪些物理效应？[物理效应引入法]四1．一般机器都饮食哪四个部分？（动力机构、传动机构、执行机构、控制部分）2．常用的传动机构有哪些？（齿轮、连杆、螺旋、楔块、棘轮、槽轮、摩擦轮、挠性件、弹性件、液气动、电气及利用以上机构组合而成的复合机构）3．传动机构在使用中最主要的目的是什么？（实现速度或力的变换，或实现特定的运动规律的要求）4．常见的用于运动速度或力的大小变换的机构主要有哪些？并简要说明。
机械优化设计第7-8章教学内容
药肃砒肢犬黑教案首页教学目的和要求：1.了解人机学设计中应遵循的原则；2.了解商品化设计的意义。
为产品进入市场，赢得消费者，应做些抓住消费者心理的工作重点:1.人机学设计中应解决减轻人的疲劳（包括体力、心理的疲劳）的因素，提高工作效率；2.商品化设计中的造型设计和色彩设计。
难点：1.减轻人的疲劳应采取的措施；2.造型设计中的美学法则；3.色彩设计中的颜色搭配、谐调问题。
思考题：1.人机学设计中应遵循的原则有哪些？2.影响产品竞争力的三要素是什么？3.艺术造型设计中的美学法则有哪些？第七章人机学设计一、概述：本教材第一章（绪论）中的第五节，在讲到近代“设计学”的重大发展时，特别强调，对于“设计学”来说，真正激动人心的是三项“设计学”核心技术的萌芽和发展。
这三项“设计学”核心技术是：“功能”思想的提出和发展；“人机学”思想的形成和发展；“工业设计”学科体系的发展和成熟。
“人机学”思想的核心就是在设计机器时，必须处理好人与机器的关系，使设计的机器“宜人” 。
因为，各种机械产品都是供人使用的。
人要在各种环境中使用工具、操纵机器，人和机器及其周围环境构成了一个统一的系统。
构成该系统的三要素中，人是第一位的，是第一要素。
“人机学” 就是从“系统论”的观点来研究人、机器、环境三者之间的相互关系。
它研究的重点是人，从人的生理和心理特征出发，使系统中的三要素相互协调，以便促进人的身心健康，进而提高工作效率。
二、人体力学与机械设计1. 肌肉的生理特征1）肌肉收缩产生力。
人体肌肉约占人体重量的40%。
肌肉可以收缩，收缩量可达原长的50%。
人体就是靠肌肉收缩产生力，而使人体运动来做功的。
2)动态施力，不易疲劳；静态施力，易疲劳。
肌肉在收缩产生力的过程中，要消耗肌肉中的化学能源。
能源补充靠从人体血液中不断地输送氧、葡萄糖等供能物质和蛋白质、脂肪的共同作用。
动态施力时，肌肉有节奏地收缩和舒张，收缩时，血液被压出，带走代谢废料；舒张时，又使新鲜血液进入肌肉，供给足够的糖和氧。
机械设计学-第05章 机械产品的实用化设计(黄靖远、高志、陈祝林版教材)
（ 4）系统运动方案确定 （ 5）总体布局
（ 6）驱动系统设计
二、各分系统设计
（ 7）控制系统设计 （ 8）人机学设计
（ 9）附属装置设计
（ 10）产品造型设计 三、配套服务部分（ （ 1112） ）产 绘品 制故 全障 部分 装析 配与 图对 和策）编制易损件、产品包装及运输要求
(3)质量参数：整机质量、主要部件质量、重心位置等 (4)总体结构参数：结构尺寸和作业位置尺寸
二、经验公式法：有多次设计经验的机械产品，可以根据经验总结归纳出经验公式和图表
三、相似类比法：以相似理论为基础，选用国内外先进品牌为典型样机。（山寨产品）
四、实验法——摸石头过河法。
第六节 机械总体布局设计
二、设计的外围问题
产品设计过程中的各种设计要求是设计的依 据，也是设计的外围问题。
主要要求：功能、性能、
设计要求
技术经济
其他要求：针对产品质量
提出的间接要求
（ 1）功能要求：产品功能越全，价值越高
（ 2）适应性要求：产品适应工作情况变化的程度
（ 3）性能要求：产品的技术特征(动力、载荷、运动参数等)
机械总体布局
机械化生产线的总体布局 单体机械的总体布局
机械装备的总体布局关系到机械的性能、质量
和机构的合理性，也关系到操作的方便性、工
作的安全性及工作效率。
一、机械化生产线的总体布局
机械化生产线：按产品生产的工艺过程，把 主要设备和辅助设备运输和中间存储设备等连 接起来，组成独立控制和连续生产的系统。
绘制完成零部件工 工作图和总装配图
编制技术文件
第三节 总体设计的基本任务和内容
总体设计是产品设计的中心环节，对技术性 能、经济指标和造型设计有决定性的意义。
机械设计学2
二、降低噪声设计
1、机械振动引起噪声，低噪声设计的本质是减少机器振动 2、措施 （1）降低激振力 1）减少或避免运动部件的冲击和碰撞 2）提高运动部件的平衡精度 3）用连续运动代替间歇运动 4）减小运动件的重量和速度 （2）提高机抗振性 提高机器的动刚度 （3）采用隔声、吸声、消声等措施 （4）主动消噪技术
综上所述可以认为：人机工程学是以人的生理、心理 特性为依据，应用系统工程的观点，分析研究人与机 械、人与环境以及机械与环境之间的相互作用，为设 计操作简便省力、安全、舒适，人—机—环境的配合 达到最佳状态的工程系统提供理论和方法的科学。因 此，人机工程学可定义为：按照人的特性设计和改善 人—机—环境系统的科学。
三、疲劳应力与疲劳强度、疲劳曲线、疲 劳极限
1、疲劳应力与疲劳强度 疲劳失效：在交变应力作用下，构件因发生疲劳破
坏而使其丧失正常工作性能的现象 疲劳强度：试件抵抗疲劳失效的能力 疲劳极限：衡量材料或结构疲劳强度大小的指标 2、疲劳曲线 在交变载荷作用下，零件承受的交变应力和断裂循
环周次之间的关系，用疲劳曲线来表示。
四、影响疲劳强度的因素
1、应力集中的影响 2、尺寸效应 3、表面状态的影响
五、疲劳设计
1、名义应力疲劳设计法 2、局部应力应变分析法 3、损伤容限设计法 4、疲劳可靠性设计
§7-2 机械的抗振性设计与低噪声设计
一、抗振性设计
1)若z<0.3,动静刚度近似相等。 2）若激振力的频率为0，系统只受到静载荷的作用，动静刚度
相等。 提高动刚度的措施： 1）提高静刚度 2）降低频率比，也就是减少激振力频率或提高固有圆频率
机械设计学-教学日历
章节题目
内容
课时
课堂讨论、实（验）践等其它教学环节题目
1
第一章绪论
介绍设计在人类文明进步中的作用；介绍改善设计对于国家地位的重要作用；介绍设计与科学研究的关系；近代设计科学的重要进展；机械设计的概述。
2
讲课
2
第二章机器的组成及典型机器的功能分析
讲解机械和机器的概念以及机器的功能组成。介绍机器的分类，引出按功能分类对于设计的重要意义。对家用缝纫机进行功能分析；对针式打印机进行功能分析。
2018/2019学年第2学期
教学日历(1-18周)
课程名称:机械设计学总学时: 34实验学时: 0周学时: 2学分: 2
任课单位:机械工程学院教研室:机械设计任课教师:职称:
使用教材及参考书:黄靖远，高志陈祝林主编.机械设计学.北京：机械工业出版社,2007
学生所在院：机械工程学院年级:班级:学生人数:32
2
讲课
5
第四章机械功能原理的实现—机械运动系统的方案设计（2）
讲解按机械动作功能原理要求完成机械运动系统的方案设计。介绍机构的创新设计方法；举例讲解机构运动循环图的概念和绘制方法。
2
讲课
6
第五章机械产品的实用化设计（1）
讲解产品设计的核心和外围问题；讲解实用化设计的任务和主要内容；总体设计的基本任务和内容；举例介绍工艺方案的确定
2
讲课
12
第七章机械产品设计中的几个主要技术问题（2）
可靠性设计；介绍机械的热效应设计；
2
讲课
13
第七章机械产品设计中的几个主要技术问题（3）
介绍机械抗振性设计和低噪声设计；介绍机械动态设计。介绍人机学。
2
讲课
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➢ PART 本章主要内容 讲解机械疲劳设计方法 讲解摩擦机理和磨损的基本规律 可靠性设计 介绍机械的热效应设计 介绍机械抗振性设计和低噪声设计 人计学设计
PART Ⅱ 本章重点
掌握疲劳破坏的机制和特点，现行的机械 疲劳设计方法
掌握摩擦机理和磨损的基本规律 掌握了解机械的热效应设计
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（2）安全寿命设计
线性损伤理论：
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(
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六、低周疲劳概念
应力水平很高时零件会进入塑性区，每一个应 力循环有少量塑性变形，出现滞后回线，导致 在循环次数很低时产生疲劳破坏。
第一节 机械疲劳设计
疲劳：零件在循环应力或循环应变作用下， 由于某点或某些点产生了局部的永久结构变化， 从而在一定的循环次数以后形成裂纹或发生断 裂的过程。
疲劳失效占到机器零件失效的50%~90%。
以疲劳破坏为主要失效形式的零件应采用疲 劳强度设计方法。
一、疲劳破坏的机制和特点
1.疲劳破坏机制
（ 1）疲劳裂纹萌生(局部塑性应变集中引起) 疲劳破坏三个阶段（ 2）疲劳裂纹的扩展
尺寸系数：
d
1d 1d0
3.表面状态影响 表面强化可以提高疲劳强度，表面粗糙会降 低疲劳强度。 表面状态系数：
1 1
式中 -1 ——某种表面状态下的疲劳极限； -1 ——精抛光和未强化试件的疲劳极限。
五、疲劳设计
1.名义应力疲劳设计法 以名义应力为基本设计参数，以S-N曲线为主 要设计依据的疲劳设计方法。 该法历史悠久，也称常规疲劳设计法。 根据设计寿命分为： 无限寿命设计法和有限 寿命设计法。
概率统计方法和疲劳设计方法结合的产物， 也称概率疲劳设计。
考虑了载荷、材料疲劳性能和其他疲劳设计 数据的分散性。
分为：无限寿命设计和安全寿命设计
疲劳强度设计的两个阶段
（ 1）疲劳计算 （ 2）疲劳试验
（1）无限寿命设计
1）恒幅对称循环
2)恒幅非对称循环，应力比保 持不变
3)非对称循环，平均应力保持 不变
k
1 -1k
式中：-1 无应力集中时试件的疲劳极限 -1k 有应力集中时试件的疲劳极限
由于有效应力集中系数k总是低于理论应力集 中系数，各种材料对应力集中的感受程度可 用敏感系数q表示.
2.尺寸效应
零件截面尺寸越大，疲劳极限越低。
原因：材料晶粒粗导致出现缺陷概率高和表 面冷作硬化层相对薄。
疲劳失效：交变应力与交变应变的作用下， 构件因发生疲劳破坏而使其丧失正常工作性能。
疲劳强度：试件抵抗疲劳失效的能力。
2.疲劳曲线
交变载荷作用下，零件承受的交变应力和断 裂循环周次之间的关系，用疲劳曲线描述。
疲劳极限：疲劳寿命无穷大时的疲劳强度。 在S-N曲线上非水平段与 某循环次数N对应的最大应 力 max称为该循环次数下的 条件疲劳极限。
2.局部应力应变分析法
低周疲劳基础上发展起来的疲劳寿命估算方 法。
基本设计参数为应变集中处的局部应变和局 部应力。
3.损伤容限设计法
前提：承认材料内部存在初始缺陷，并把初 始缺陷看成裂纹。
思路：根据初始缺陷正确估算剩余寿命，采 取适当的断裂控制措施，确保零件在使用期限 内能安全使用。
4.疲劳可靠性设计
（ 3）失稳断裂（损伤逐渐累积到临界值）
宏观方面：研究前端的弹塑性应力应变，
疲劳破坏机制目前研究重点微观方面：分建析立裂断纹裂前过端程应规变律区的内理的论组基织础
结构，建立物理模型或判据
把宏观和微观方面的研究结合起来。
宏观和微观的研究集中在疲劳裂纹的萌生和 扩展方面。
2.疲劳破坏的特点
(1)疲劳破坏是在循环应力或循环应变作用下的破坏，疲劳条件下
的破断应力低于材料的抗拉强度 b，而且可能低于屈服强度s。
（ 2）疲劳破坏必须经历一定的载荷循环次数。 (3)零件在整个疲劳过程中不发生宏观塑性变形，其断裂方式类似
于脆性断裂。 （ 4）疲劳断口上明显地分为两个区域。
二、载荷类型
掌握载荷的变化情况是研究疲劳强度的先决条件。 载荷幅值随时间变化分为有规则和无规则，相应载荷 分为周期载荷和随机载荷。 载荷谱：每个工作周期载荷变化的历程。
一、摩擦
定义：抵抗两物体接触表面在外力作用下发 生切向相对运动的现象。
1.滑动摩擦
（1）滑动摩擦机理
1）机械理论：摩擦表面凸凹不平造成机械咬合而产生摩擦
32））机分械子—理分论子：理摩论擦：是摩由擦摩力擦是表由面接间触分点子上力分作子用吸引力和机械作用产生
周期载荷
循环特性 对称循环
r=
r =-1
min max
脉动循环
r=0
不对称循环 -1 r 1(r 0)
三、疲劳应力与疲劳强度、疲劳曲线、 疲劳极限
1.疲劳应力与疲劳强度
交变应力（交变应变）：构件受到载荷值随 时间变化的交变载荷作用，使零件的材料内部 产生随时间变化的内力分布或变形分布。
（3）整机疲劳试验 特别重要的机械或批量大的机械采用。 费用昂贵。 2.试验结果的统计处理 一般采用数理统计的方法
八、研究现状和发展趋势
缺乏疲劳设计的基础数据，未建立疲劳设计 规范。
第二节 摩擦学设计
两物体接触表面发生切向相对运动时会产生 摩擦现象。 固体运动件中，摩擦作用会带来磨损。 研究相互作用表面的科学技术定名为“摩擦 学”（Tribology）
曼森-柯芬定律：
T 2
e 2
p 2
f E
(2Nf )b
' f
(2
Nf
)c
七、结构疲劳试验简介
1.结构疲劳试验的基本类型和特点 （1）零件疲劳试验 验证零件质量是否满足使用强度要求有效手段。 能暴露结构上存在的薄弱环节和应力集中源。 可检查关键零件的寿命。 （2）模拟试验 几何相似模拟试验 局部应力场模拟疲劳试验
3.疲劳极限的经验计算公式
4.疲劳极限图（疲劳图）
疲劳曲线图：测得的一系列疲劳极限，选取 一定坐标绘出的曲线。
四、影响疲劳强度的因素
1.应力集中的影响
应力集中：在零件几何形状突然变化处（孔、 圆角、键槽等），局部应力远大于名义应力。
理论应力集中系数 ：最大局部应力与名义 应力比值。
有效应力集中系数k来表示疲劳强度的真正降 低程度：