机械零件设计总论PPT(共 52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
机械设计总论(ppt 95页)
▲增大零件的截面尺寸或增大惯性矩； ▲缩短支承的跨距或采用多点支承。
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。
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
机械零件设计概论(ppt49页).pptx
一.基本概念
静应力：不随时间变化或变化缓慢的应力。 例螺栓拧紧应力、吊钩应力。
变应力：随时间变化的应力。 具有周期变化特性的变应力——循环变应力 。静Βιβλιοθήκη 力变应力平均应力： m
max
min
2
应力幅：
a
max
min
2
循环特性： r min max
a.当 max min时， r=－1，称为对称循环变应力。 有： a max min ; m 0
（4）功能失效
不能完成预定功能。 带传动打滑、螺栓联接松动、高速转子共振等。
注意：
一个零件可能同时存在多种失效形式。 如齿轮，可能出现断裂、磨损、表面疲 劳点蚀、胶合、塑性变形等。
对于一具体零件，应根据其主要失 效形式，采用相应的设计准则，计算结 构尺寸，然后对其他失效形式进行校核 。 ——机械设计的工作在两个方面：设计 、校核。
p lim F dF S0 S dS
应力按方向分正应力和剪应力。
失效：机械零件在限定的期间内，在规定条件下， 不能完成正常的功能。如断裂、变形太大等。
工作能力（承载能力）：机械零件抵抗失效的能力 。或机械零件在预定的使用期限内，不发生失效的 安全工作限度。含时间和载荷两个要素。
三.失效形式： 1）断裂、塑性变形； 2）过大的弹性变形； 3）磨损或损伤 4）松弛、摩擦传动的打滑和强烈振动等。
第9章 机械零件设计概论
9.1 机械零件设计概述 一. 机械设计的要求： 1）在满足预期功能的前提下，性能好、效率
高、成本低。
2）在预定使用期限内，安全可靠、操作方便 。
3）方便维修、外观造型美观。 4）与时俱进 ，要有实时性。 不同的机械类型要求内容：
功能要求：满足运动、传力、工艺动作、零 部件工作可靠等。
静应力：不随时间变化或变化缓慢的应力。 例螺栓拧紧应力、吊钩应力。
变应力：随时间变化的应力。 具有周期变化特性的变应力——循环变应力 。静Βιβλιοθήκη 力变应力平均应力： m
max
min
2
应力幅：
a
max
min
2
循环特性： r min max
a.当 max min时， r=－1，称为对称循环变应力。 有： a max min ; m 0
（4）功能失效
不能完成预定功能。 带传动打滑、螺栓联接松动、高速转子共振等。
注意：
一个零件可能同时存在多种失效形式。 如齿轮，可能出现断裂、磨损、表面疲 劳点蚀、胶合、塑性变形等。
对于一具体零件，应根据其主要失 效形式，采用相应的设计准则，计算结 构尺寸，然后对其他失效形式进行校核 。 ——机械设计的工作在两个方面：设计 、校核。
p lim F dF S0 S dS
应力按方向分正应力和剪应力。
失效：机械零件在限定的期间内，在规定条件下， 不能完成正常的功能。如断裂、变形太大等。
工作能力（承载能力）：机械零件抵抗失效的能力 。或机械零件在预定的使用期限内，不发生失效的 安全工作限度。含时间和载荷两个要素。
三.失效形式： 1）断裂、塑性变形； 2）过大的弹性变形； 3）磨损或损伤 4）松弛、摩擦传动的打滑和强烈振动等。
第9章 机械零件设计概论
9.1 机械零件设计概述 一. 机械设计的要求： 1）在满足预期功能的前提下，性能好、效率
高、成本低。
2）在预定使用期限内，安全可靠、操作方便 。
3）方便维修、外观造型美观。 4）与时俱进 ，要有实时性。 不同的机械类型要求内容：
功能要求：满足运动、传力、工艺动作、零 部件工作可靠等。
机械零件设计总论52页PPT
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
机械零件设计总论
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
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)
机械设计介绍(共52张PPT)
机构的组成和运动副
机构的组成要素是构件和运动副
构件和零件
构件
机器中的独立运动单元
• 零件
• 机器中的制造单元
构件分成以下几种
机架（固定构件）
主动件 活动构件
从动件
其中，运动规律的活动构件称为原动件， 输出运动或动力的从动件称为输出件。
由假设干零件组成的构 件——连杆
1--连杆体 2--螺栓 3--螺母 4--连杆盖
如灵巧许机用械应手、力航：天飞机的创造符合科学性原那l么im 。 [ ] ;[ ] ——随时间作周期性或非周期性变化
s s σ≤ [σ] 或 τ≤ [τ]
lim σlim 、τlim — 极限应力 s — 平安系数
学起于思，思缘于疑，如生活中会出现饮水机在倒水时手推开关会把一次性水杯压扁；
塑性材料： 脆性材料：
σlim = σs ；τlim = τs σlim = σB ；τlim = τB
σs、τs— 材料屈服极限 σB、τB— 材料强度极限
三、变应力作用下的强度问题
主要失效形式：疲劳破坏
强度条件：σ≤ [σ]
lim
s
疲劳破坏与零件的变应力循环次数有关
轴
σlim = ？
初始裂纹
疲劳区 (光滑) 粗糙区
课程的性质与任务
是一门介绍常用机构和通用机械零件的根 本知识和根本设计方法的技术根底课。
教学内容
1、研究机构的组成及具有确定运动的条 件。
2、研究四种根本机构的特性和设计方 法。
3、讨论机械零部件的设计方法，如零部 件的工作能力、参数设计、结构设计、加
本课程的根本学习方法
1 着重根本概念的理解和根本设计方法的掌握， 不强调系统的理论分析；
1、2机械设计总论66页PPT文档
7、答疑 每周一次集中答疑,周三下午,机电楼房306 电话： 82902253，13623036583
机械零件设计 第一章 机械设计总论
15
§2 机械零部件设计
一、设计机械零件时应满足的基本要求
1、满足功能要求（强度、刚度、寿命）； 2、满足工艺性要求（便于加工、装配）； 3、能保证使用者安全，操作方便； 4、外形美观； 5、经济性要求（材料、加工方法、精度等级） 6、有市场竞争能力
机械零件设计 第一章 机械设计总论
19
S——安全系数，S＞1—→ S↑：安全，浪费材料 S↓：经济，不安全
2、刚度准则
刚度：抵抗弹性变形的能力。 y[y]， []
机床主轴等弹性变形过大将影响加工精度。
机械零件设计 第一章 机械设计总论
20
3、寿命准则
实际使用寿命大于或等于预期寿命，L≥[L]。
机械零件设计 第一章 机械设计总论
9
三、机械设计的一般程序 机械设计是一个创新与借鉴相结合的过程，一般程序如下： 明确任务 调——研方案设计——技术设计——施工设计——投产
修改
试验
机械零件设计 第一章 机械设计总论
10
五、 设计机器的一般步骤
设计准备
达成目标 首先应明确设计任务、设计要求及其 工作条件，针对设计任务和要求进行 分析调研，查阅有关资料，有条件的 可参观有相似机械装置的现场或实物。
机械零件设计 第一章 机械设计总论
7
专用零部件：只在一定类型机器中使用的零件，如曲轴。 用途
通用零部件：各种机器中普遍使用的零部件，如齿轮、螺栓。 标准件：制定了国家标准，并由专门工厂生产
的零部件。 如：滚动轴承、螺栓等。
机械零件设计 第一章 机械设计总论
第6章机械零件设计概论1概要PPT课件
振动稳定性准则 ：高速运转机械的设计应注重此项准则。
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。
6
• 机械零件设计的步骤： 1)拟定零件的计算简图;
• 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
相应的设计准则，判定条件，确定零件 的形状 ; • 5) 绘制工作图并标注必要的技术条件
齿轮轮齿断裂
轴承内圈断裂
3
（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
4
（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
齿面接触疲劳
5
二、机械零件的设计准则
设计计算准则：保证零件不失效所依据的基本准则 称为设计计算准则。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等。
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：
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。计算应力<许用应力； 刚度准则 ：确保零件不发生过大的弹性变形。变形量<许用变形量；
寿命准则 ：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。
•[ Sσ]、 [ Sτ]——对应于正应力、切应力的许用安全系数
12
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。 疲劳断裂(fatigue fracture)： ※表面无缺陷的金属材料，其疲劳断裂过程分为两个 阶段： 第一阶段是零件表面上应力较大处的材料发 生剪切滑移，产生初始裂纹，形成疲劳源，疲劳源可 以有一个或数个； 第二阶段是裂纹尖端在切应力下发生反复塑性变形， 使裂纹扩展直至发生疲劳断裂。实际上，材料内部的 夹渣、微孔、晶界以及表面划伤、裂纹、腐蚀等都有 可能产生初始裂纹。因此一般说零件的疲劳过程是从 第二阶段开始的， 应力集中 (stressconcentration)促 使表面裂纹产生和发展。
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。
6
• 机械零件设计的步骤： 1)拟定零件的计算简图;
• 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
相应的设计准则，判定条件，确定零件 的形状 ; • 5) 绘制工作图并标注必要的技术条件
齿轮轮齿断裂
轴承内圈断裂
3
（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
4
（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
齿面接触疲劳
5
二、机械零件的设计准则
设计计算准则：保证零件不失效所依据的基本准则 称为设计计算准则。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等。
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：
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。计算应力<许用应力； 刚度准则 ：确保零件不发生过大的弹性变形。变形量<许用变形量；
寿命准则 ：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。
•[ Sσ]、 [ Sτ]——对应于正应力、切应力的许用安全系数
12
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。 疲劳断裂(fatigue fracture)： ※表面无缺陷的金属材料，其疲劳断裂过程分为两个 阶段： 第一阶段是零件表面上应力较大处的材料发 生剪切滑移，产生初始裂纹，形成疲劳源，疲劳源可 以有一个或数个； 第二阶段是裂纹尖端在切应力下发生反复塑性变形， 使裂纹扩展直至发生疲劳断裂。实际上，材料内部的 夹渣、微孔、晶界以及表面划伤、裂纹、腐蚀等都有 可能产生初始裂纹。因此一般说零件的疲劳过程是从 第二阶段开始的， 应力集中 (stressconcentration)促 使表面裂纹产生和发展。
9 第九章 机械零件设计概论1PPT课件
失效（failure）： 机械零件由于某种原因不能
正常工作时
常见失效形式：
整体断裂或塑性变形——强度问题 表面破坏——表面强度或耐磨性问题 弹性变形过大——刚度问题 强烈震动——稳定性问题 联结的松弛、带的打滑等
7
8
9
10
工作能力：不发生失效时零件所能安全工作 的限度（常以零件承受载荷的大小表示，称 承载能力）
2
3
传动零件 轴系零件 联接零件 附件 机架
4
工作可靠 避免在预定寿命周期内失效
要 求
降低材料消耗，减少加工工时
成本低廉 采用标准化零、部件
大型零件采用组合结构
…
…
5
第9章 机械零件设计概论
机械零件的失效形式和计算准则 机械制造常用材料及其选择 零件结构的工艺性及标准化
6
9.1机械零件的失效形式和计算准则
如： 吊钩最大起重量——50 kN 工作能力或承载能力——50 kN
50 kN
工作能力计算准则（工作能力判定条件）： 强度条件：应力≤许用应力 刚度条件：变形量≤许用变形量
……
11
9.1.1 机械零件的强度
计算准则：
载荷：作用于零件上的力或力矩
名义载荷：理想工作条件下的载荷
计算载荷：作用于零件的实际载荷，考虑各种附 加载荷
余变形
p
S
极限应力：屈服极限
S(S)
A
e
D E
B
e
17
2） 变应力下的极限应力
失效形式: →疲劳断裂 →极限应力与应力性 质、大小、Ｎ有关
疲劳极限σr：
有限寿命区 无限寿命区
rlime
r
k
rN
正常工作时
常见失效形式：
整体断裂或塑性变形——强度问题 表面破坏——表面强度或耐磨性问题 弹性变形过大——刚度问题 强烈震动——稳定性问题 联结的松弛、带的打滑等
7
8
9
10
工作能力：不发生失效时零件所能安全工作 的限度（常以零件承受载荷的大小表示，称 承载能力）
2
3
传动零件 轴系零件 联接零件 附件 机架
4
工作可靠 避免在预定寿命周期内失效
要 求
降低材料消耗，减少加工工时
成本低廉 采用标准化零、部件
大型零件采用组合结构
…
…
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第9章 机械零件设计概论
机械零件的失效形式和计算准则 机械制造常用材料及其选择 零件结构的工艺性及标准化
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9.1机械零件的失效形式和计算准则
如： 吊钩最大起重量——50 kN 工作能力或承载能力——50 kN
50 kN
工作能力计算准则（工作能力判定条件）： 强度条件：应力≤许用应力 刚度条件：变形量≤许用变形量
……
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9.1.1 机械零件的强度
计算准则：
载荷：作用于零件上的力或力矩
名义载荷：理想工作条件下的载荷
计算载荷：作用于零件的实际载荷，考虑各种附 加载荷
余变形
p
S
极限应力：屈服极限
S(S)
A
e
D E
B
e
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2） 变应力下的极限应力
失效形式: →疲劳断裂 →极限应力与应力性 质、大小、Ｎ有关
疲劳极限σr：
有限寿命区 无限寿命区
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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。 一部完整的机器是一个复杂的系统。要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序。
机械设计的一般过程： ▲ 计划阶段
▲ 方案设计阶段
▲ 技术设计阶段
▲使用功能要求 ▲经济性要求
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：
▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其它专用要求
使用功能要求----机器应具有预定的使用功能。这主要 靠正确地选择机器的工作原理，正确地设计或选用能 够全面实现功能要求的执行机构、传动机构和原动机， 以及合理地配置必要的辅助系统来实现。
计 评价
决策----选定方案
明确构形要求 结构化
选择材料、确定尺寸
评价
决策—确定结构形状与尺寸
技
零件设计
术
部件设计
设
计
总体设计
编制技术文件
§2-3 对机器的主要要求
----在满足预期功能的前提下，要求性能好、效率高、 成本低，造型美观，要求如下：
2）选用高效率的传动系统，尽可能减少传动的中间 环节，以期降低能源消耗。
3）适当地采用防护及润滑，以延长机器的使用寿命。
4）采用可靠的密封，减少或消除渗漏现象。
▲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
1)要使机器的操作者方便和安全。因此设计时要按照人 机工程学的观点布置各种按钮、手柄，使操作方式符合 人们的 心理和习惯。同时，设置完善的安全装置、报警 装置、显示装置等。
优化,达到尽可能精确的计算结果,保证机器足够 的可靠性。 2）最大限度地采用标准化、系列化及通用化的零、 部件。 3）尽可能采用新技术、新工艺、新结构和新材料。
4）合理地组织设计和制造过程。
5）力求改善零件的结构工艺性，使其用料少、易加 工、易装配。
提高使用经济性指标的主要途径有:
1）合理地提高机器的机械化和自动化水平，以期提 高机器的生产率。
四、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。
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
产品验收条件 ………….
机器设计的一般流程
提出任务
计
划
分析对机器的要求
确定任务要求
机器功能分析
提出可能的解决办法 方 案
组合几种可能的方案 设
▲ 技术文件编制阶段
一、计划阶段 包括：需求分析、明确功能、制定设计任务书。
设计任务书
机器的功能 经济性估计 制造要求的大致估计 基本使用要求 预计的设计周期
二、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。
在制定功能参数时一定要注意恰当处理需要与可能、 理想与现实、长远目标与当前目标等之间的关系。
第2章 机械零件设计概论
§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
使用费用
设计制 造费用
复杂程度
保守和照搬原有设计 坚决反对 一味求新而把合理的原有经验弃置不用
三、技术设计阶段
绘制总装配草图、部件装配草图，由草图确定零部 件的外形、基本尺寸和零件工作图。
为了确定零件的基本尺寸，必须完成以下工作：
1）机器的运动学设计 确定原动机的参数（功率、转速、线速度等）。
求解构件的运动参数（转速、速度、加速度等）。 2）机器的动力学设计
一般而言，实现同一个功能，有多种可能的方案。
以螺纹制造为例：有车削、滚压、板牙加工等方法。 方法不同，其执行部分的工作原理也不同。
因此，存在一个方案的比较和取舍问题。
方案评价原则：经济性、技术上可行。
经济性----总费用最低。
费用
总费用
方案设计阶段要正确处理好 借鉴与创新的关系。
同类机器的成功的先例应 当借鉴，但其中的薄弱环节和 不符合现有任务要求的部分应 当加以改进或替换。
执行部分－完成预定的动作，位于传动路线的终点。 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。 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
2）改善操作者及机器的环境。所设计的机器应符合劳 动保护法规的要求。降低机器运转时的噪声水平，防止 有毒、有害介质的渗漏，对废水、废气和废液进行治理。
▲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
▲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
经济性要求----机器的经济性体现在设计、制造和使用 的全过程中，设计机器时就要全面综合地进行考虑。 设计制造的经济性表现为机器的成本低，使用经济性 表现为高生产率，高效率，低能耗，以及低的管理和 维护费用等。
提高设计和制造经济性指标的主要途径有: 1）采用先进的现代设计方法(CAD)，使设计参数最
计算构件所受公称载荷（名义载荷）的大小和特性。
3）零件的工作能力设计 由公称载荷大小和特性，根据工作能力准则作零
部件的初步设计。通过计算或类比得出零件的基本 尺寸。
4）部件装配草图及总装配草图的设计----结构设计
5）主要零件的校核计算 以结构设计尺寸为依据，对零件进行精确的受力分
析和工作能力校核计算
§2-1 机器的组成
人们为了满足生产和生活的需要，研制了类型繁多、 功能各异的机器。尤其是蒸汽机出现之后，使机器具有 了完整的形态。 一台完整的机器的组成如下：
润滑、显示、照明等辅助部分
原动机部分 传感器
传动部分
执行部分
传感器
传感器
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。
机械设计的一般过程： ▲ 计划阶段
▲ 方案设计阶段
▲ 技术设计阶段
▲使用功能要求 ▲经济性要求
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：
▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其它专用要求
使用功能要求----机器应具有预定的使用功能。这主要 靠正确地选择机器的工作原理，正确地设计或选用能 够全面实现功能要求的执行机构、传动机构和原动机， 以及合理地配置必要的辅助系统来实现。
计 评价
决策----选定方案
明确构形要求 结构化
选择材料、确定尺寸
评价
决策—确定结构形状与尺寸
技
零件设计
术
部件设计
设
计
总体设计
编制技术文件
§2-3 对机器的主要要求
----在满足预期功能的前提下，要求性能好、效率高、 成本低，造型美观，要求如下：
2）选用高效率的传动系统，尽可能减少传动的中间 环节，以期降低能源消耗。
3）适当地采用防护及润滑，以延长机器的使用寿命。
4）采用可靠的密封，减少或消除渗漏现象。
▲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
1)要使机器的操作者方便和安全。因此设计时要按照人 机工程学的观点布置各种按钮、手柄，使操作方式符合 人们的 心理和习惯。同时，设置完善的安全装置、报警 装置、显示装置等。
优化,达到尽可能精确的计算结果,保证机器足够 的可靠性。 2）最大限度地采用标准化、系列化及通用化的零、 部件。 3）尽可能采用新技术、新工艺、新结构和新材料。
4）合理地组织设计和制造过程。
5）力求改善零件的结构工艺性，使其用料少、易加 工、易装配。
提高使用经济性指标的主要途径有:
1）合理地提高机器的机械化和自动化水平，以期提 高机器的生产率。
四、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。
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
产品验收条件 ………….
机器设计的一般流程
提出任务
计
划
分析对机器的要求
确定任务要求
机器功能分析
提出可能的解决办法 方 案
组合几种可能的方案 设
▲ 技术文件编制阶段
一、计划阶段 包括：需求分析、明确功能、制定设计任务书。
设计任务书
机器的功能 经济性估计 制造要求的大致估计 基本使用要求 预计的设计周期
二、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。
在制定功能参数时一定要注意恰当处理需要与可能、 理想与现实、长远目标与当前目标等之间的关系。
第2章 机械零件设计概论
§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
使用费用
设计制 造费用
复杂程度
保守和照搬原有设计 坚决反对 一味求新而把合理的原有经验弃置不用
三、技术设计阶段
绘制总装配草图、部件装配草图，由草图确定零部 件的外形、基本尺寸和零件工作图。
为了确定零件的基本尺寸，必须完成以下工作：
1）机器的运动学设计 确定原动机的参数（功率、转速、线速度等）。
求解构件的运动参数（转速、速度、加速度等）。 2）机器的动力学设计
一般而言，实现同一个功能，有多种可能的方案。
以螺纹制造为例：有车削、滚压、板牙加工等方法。 方法不同，其执行部分的工作原理也不同。
因此，存在一个方案的比较和取舍问题。
方案评价原则：经济性、技术上可行。
经济性----总费用最低。
费用
总费用
方案设计阶段要正确处理好 借鉴与创新的关系。
同类机器的成功的先例应 当借鉴，但其中的薄弱环节和 不符合现有任务要求的部分应 当加以改进或替换。
执行部分－完成预定的动作，位于传动路线的终点。 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。 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
2）改善操作者及机器的环境。所设计的机器应符合劳 动保护法规的要求。降低机器运转时的噪声水平，防止 有毒、有害介质的渗漏，对废水、废气和废液进行治理。
▲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
▲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
经济性要求----机器的经济性体现在设计、制造和使用 的全过程中，设计机器时就要全面综合地进行考虑。 设计制造的经济性表现为机器的成本低，使用经济性 表现为高生产率，高效率，低能耗，以及低的管理和 维护费用等。
提高设计和制造经济性指标的主要途径有: 1）采用先进的现代设计方法(CAD)，使设计参数最
计算构件所受公称载荷（名义载荷）的大小和特性。
3）零件的工作能力设计 由公称载荷大小和特性，根据工作能力准则作零
部件的初步设计。通过计算或类比得出零件的基本 尺寸。
4）部件装配草图及总装配草图的设计----结构设计
5）主要零件的校核计算 以结构设计尺寸为依据，对零件进行精确的受力分
析和工作能力校核计算
§2-1 机器的组成
人们为了满足生产和生活的需要，研制了类型繁多、 功能各异的机器。尤其是蒸汽机出现之后，使机器具有 了完整的形态。 一台完整的机器的组成如下：
润滑、显示、照明等辅助部分
原动机部分 传感器
传动部分
执行部分
传感器
传感器
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。