机械零件设计的基本准则与步骤(ppt 27页)
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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
08 机械零件设计概述PPT课件
37
机械零件的强度
机械零件的强度是指其抵抗体积断裂、塑性变形 和表面损坏这类失效的能力。
⑴ 体积强度：是指拉伸、压缩、弯曲、
剪切、扭转等涉及零件整个体积的强度。 lim e S σ
⑵ 表面强度：是指挤压、接触等涉及零 件表面层的强度。
S σ lim e S σ
38
机械零件的强度
机械零件设计概述
1
整体概况
+ 概况1
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概况2
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概况3
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2
主要内容
➢机械零件设计的一般流程； ➢机械零件设计的要求； ➢材料选择与结构工艺性； ➢机械零件的强度；
3
根据各个参数和工况，选
33
8.采用标准刀具
a）
a）孔距箱壁太近： ① 需加长钻头才能加 工 ②钻头在圆角处容易 引偏
b）
b）加长箱耳， 不需加长钻头即 可加工
c）
c）结构上允许， 将箱耳设计在某 一端，不需加长 箱耳
34
9.足够的操作空间
螺钉长度大于架体装配座凹入 的高度、螺钉无法装入孔中， 应使架体凹入高度加大
因空间限制无法使用螺丝刀， 可改成用六角螺帽联接，用扳 手能方便地装配。
21
结构工艺性
在满足使用要求的前提下制造该零件的可行性和经济 性。功能相同的零件，其结构工艺性可以有很大差异。所 谓结构工艺性好，是指在现有工艺条件下既能方便制造， 又有较低的制造成本。
1. 毛坯选择合理
铸件、锻件、 型材… ？单件生产、批量生产？
2. 结构设计合理
机械零件的强度
机械零件的强度是指其抵抗体积断裂、塑性变形 和表面损坏这类失效的能力。
⑴ 体积强度：是指拉伸、压缩、弯曲、
剪切、扭转等涉及零件整个体积的强度。 lim e S σ
⑵ 表面强度：是指挤压、接触等涉及零 件表面层的强度。
S σ lim e S σ
38
机械零件的强度
机械零件设计概述
1
整体概况
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概况2
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概况3
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2
主要内容
➢机械零件设计的一般流程； ➢机械零件设计的要求； ➢材料选择与结构工艺性； ➢机械零件的强度；
3
根据各个参数和工况，选
33
8.采用标准刀具
a）
a）孔距箱壁太近： ① 需加长钻头才能加 工 ②钻头在圆角处容易 引偏
b）
b）加长箱耳， 不需加长钻头即 可加工
c）
c）结构上允许， 将箱耳设计在某 一端，不需加长 箱耳
34
9.足够的操作空间
螺钉长度大于架体装配座凹入 的高度、螺钉无法装入孔中， 应使架体凹入高度加大
因空间限制无法使用螺丝刀， 可改成用六角螺帽联接，用扳 手能方便地装配。
21
结构工艺性
在满足使用要求的前提下制造该零件的可行性和经济 性。功能相同的零件，其结构工艺性可以有很大差异。所 谓结构工艺性好，是指在现有工艺条件下既能方便制造， 又有较低的制造成本。
1. 毛坯选择合理
铸件、锻件、 型材… ？单件生产、批量生产？
2. 结构设计合理
机械零件的结构设计方案
❖ 虽然经验设计没有详尽的理论化的科学分析作为 依据，但经验公式的形成，已经具有一定的科学 统计性。因此，具有很大的实用价值。另外，由 于它也是由实践中总结出来的经验关系，因而它 也能经得起实践的考验，在实践中证明是正确的。
❖ 通常用于外形复杂、载荷情况不明而目前尚不能 用理论分析的零件设计中。例如，机架、变速箱 体的设计等。经验设计正是用在理论设计薄弱的 地方，并且是理论设计的前身。此外，对一些价 值不高的零件也通常采用经验设计的方法。
❖ （4）.满足其他的特殊要求：如机床有长期保持 精度的要求；对大型机器有便于运输的要求；对 水泵有长期保持性能的要求等。
2.设计机械零件时应满足的基本要求：
❖ （1）.强度---零件必须具有足够的强度，强度是 设计一切机械零件及机器的最基本的要求。当机 器工作时，零件承受载荷后，即不能发生任何形 式的断裂，也不能出现超过容许限度的残余变形。
❖ 2、Our destiny offers not only the cup of despair, but the chalice of opportunity. (Richard Nixon, American President )命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二一年五月二十六日2021年5月26 日星期三
❖ 设计时原则上可以采用以下措施：采用强度性能 高的材料；使零件具有足够的剖面尺寸；合理地 设计剖面形状；采用热处理等工艺方法以提高材 料的强度特性；提高运动零件的精度，以降低动 载荷；合理设计零件的结构，以降低载荷集中和 应力集中等。
❖ （2）.刚度---零件承受载荷时抵抗产生弹性变形 的能力。实践证明，凡是能满足刚度要求的零件， 强度一般是没有问题的。这是由于按刚度计算的 零件剖面尺寸，往往大于按强度计算所得的尺寸。
❖ 通常用于外形复杂、载荷情况不明而目前尚不能 用理论分析的零件设计中。例如，机架、变速箱 体的设计等。经验设计正是用在理论设计薄弱的 地方，并且是理论设计的前身。此外，对一些价 值不高的零件也通常采用经验设计的方法。
❖ （4）.满足其他的特殊要求：如机床有长期保持 精度的要求；对大型机器有便于运输的要求；对 水泵有长期保持性能的要求等。
2.设计机械零件时应满足的基本要求：
❖ （1）.强度---零件必须具有足够的强度，强度是 设计一切机械零件及机器的最基本的要求。当机 器工作时，零件承受载荷后，即不能发生任何形 式的断裂，也不能出现超过容许限度的残余变形。
❖ 2、Our destiny offers not only the cup of despair, but the chalice of opportunity. (Richard Nixon, American President )命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二一年五月二十六日2021年5月26 日星期三
❖ 设计时原则上可以采用以下措施：采用强度性能 高的材料；使零件具有足够的剖面尺寸；合理地 设计剖面形状；采用热处理等工艺方法以提高材 料的强度特性；提高运动零件的精度，以降低动 载荷；合理设计零件的结构，以降低载荷集中和 应力集中等。
❖ （2）.刚度---零件承受载荷时抵抗产生弹性变形 的能力。实践证明，凡是能满足刚度要求的零件， 强度一般是没有问题的。这是由于按刚度计算的 零件剖面尺寸，往往大于按强度计算所得的尺寸。
【课件】机械零件设计原则1精编版
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 新疆大学专用
潘存云教授
满足
预
期
功能的
前
提下
，
要
求
性能
好
、
效
率
高、 作者：
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：
▲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：
§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
§2-1 机器的组成
新潘疆存人大云学 教专授们用 为了满足生产和生活的需要，研制了类型繁多作、者：
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
费用
总费用 作者：
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。
潘存云教授研制
设计制
使用费用
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。
▲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。
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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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
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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
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
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。
4) 疲劳断面明显分为两
当N≥N0 时,σrN不再随N的增大而降低，此时的疲劳 极限用σr表示。 N0 ----循环基数
σ=常数 t
σmax
σmin to
σa σa
对称循环变应力
σmax
σa
σa
σm
t o σmin
t
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，
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
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 =0
+1
T
σ
σa
σa
σmax σmin σm
o 循环变应力
----对称循环变应力 ----脉动循环变应力
----静应力
静应力是变应力的特例
o
σ
σ
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
[Sσ] 、[Sτ] -----许用安全系数 σlim、τlim -----极限应力。
极限应力的选择：
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。
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:
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。
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
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;
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
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
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
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
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱσrN
疲 间劳 的极关限系曲σrN线与称循为环：次疲数劳N曲之线σr
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
O
σ-1N
N
σ-1
N N0
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。
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
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。
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
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
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
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
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。
4) 疲劳断面明显分为两
当N≥N0 时,σrN不再随N的增大而降低，此时的疲劳 极限用σr表示。 N0 ----循环基数
σ=常数 t
σmax
σmin to
σa σa
对称循环变应力
σmax
σa
σa
σm
t o σmin
t
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，
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
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 =0
+1
T
σ
σa
σa
σmax σmin σm
o 循环变应力
----对称循环变应力 ----脉动循环变应力
----静应力
静应力是变应力的特例
o
σ
σ
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
[Sσ] 、[Sτ] -----许用安全系数 σlim、τlim -----极限应力。
极限应力的选择：
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。
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:
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。
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
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;
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
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
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
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
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱσrN
疲 间劳 的极关限系曲σrN线与称循为环：次疲数劳N曲之线σr
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
O
σ-1N
N
σ-1
N N0
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。
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
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。
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
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