机械零件设计基础

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章节学时（26+4）第十三章机械零件设计基础3第十四章螺纹连接6第十五章轴毂连接3第十六章螺旋传动1第十七章带传动和链传动6第十八章齿轮传动7机器的功能与系统方案分析实验2机械传动性能测试实验2

第十九章蜗杆传动第二十章轴的设计计算第二十一章滚动轴承第二十二章滑动轴承第二十三章联轴器、离合器等第二十四章弹簧第二十六章轴系及轮类零件的设计滑动轴承实验；轴系结构设计实验主要内容2参考书1、《机械原理与机械设计》第1版张策主编，20042、《机械设计》（机械零件）类教材答疑时间课前、课后、实习中心模型室（根据需要安排）交作业时间每周五考试成绩分配平时10％；实验10％；期末80％考试时间第15周周五注意事项3本课程所涉及的先修课程工程材料：非金属材料、金属材料及热处理工程制图：设计的图形表达机械制造基础：冷加工工艺，热加工工艺互换性与技术测量：解决精度设计问题理论力学：解决力分析与动力计算材料力学：解决强度分析问题机械原理：解决机械的方案设计4§13-1机械零件的计算准则§13-2摩擦学设计基础§13-3机械零件材料选用原则§13-4机械零部件的标准化第十三章机械零件设计基础5§13-1机械零件的计算准则一、机械零件的失效及其类型失效机械零件丧失了规定的功能或达不到设计要求的标准。工作能力在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的标准。计算准则针对各种不同的失效形式得到的判定零件工作能力的条件。6二、机械零件的计算准则

▲强度准则▲刚度准则▲振动稳定性准则▲可靠性准则——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，分为静强度和疲劳强度——确保零件不发生过大的弹性变形——高速运转机械的设计应注重此项准则——当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则7三、强度准则载荷在零件内引起的应力不应超过允许的限度，该限度称为许用应力。8（一）静强度1、塑性材料零件的静强度1）简单应力条件下2）复合应力条件下极限应力为屈服点、92、脆性材料零件的静强度1）简单应力条件下2）复合应力条件下极限应力为强度极限、3、挤压强度10潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一、应力的种类Ｏtσσ=常数脉动循环变应力r=0静应力:σ=常数变应力:σ随时间变化平均应力:应力幅:循环变应力变应力的循环特性:对称循环变应力r=-1——脉动循环变应力——对称循环变应力

-1=0+1——静应力σmaxσmTσmaxσminσaσaσmＯtσσmaxσminσaσaＯtσＯtσσaσaσminr=+1静应力是变应力的特例（二）疲劳强度11潘存云教授研制变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。▲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▲

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不管脆性材料或塑性材料，▲零件表层产生微小裂纹疲劳断裂过程：▲随着循环次数增加，微裂纹逐渐扩展▲当剩余材料不足以承受载荷时，突然脆性断裂疲劳断裂是与应力循环次数(即使用寿命)有关的断裂。疲劳断裂具有以下特征：▲

断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙表面光滑表面粗糙12潘存云教授研制潘存云教授研制σmaxN二、

s—N疲劳曲线用参数σmax表征材料的疲劳极限，通过实验，可得出如图所示的疲劳曲线。称为：

s—N疲劳曲线104C在原点处，对应的应力循环次数为N=1/4，意味着在加载到最大值时材料被拉断。显然该值为强度极限σB。B103σtσBAN=1/4

在AB段，应力循环次数<103σmax变化很小，可以近似看作为静应力强度。

BC段，N=103~104，随着N↑

→σmax↓,疲劳现象明显。因N较小，特称为低周疲劳。13潘存云教授研制由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，N0与材质有关。σr称为循环特性r下的疲劳极限。σmaxNσrN0≈107CDσrNNσBAN=1/4

D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区

。式中m称为寿命指数，其值与受载方式和材质有关。实践证明，机械零件的疲劳大多发生在CD段。该段可用下式方程描述104CB10314疲劳极限曲线寿命因子15σaσm潘存云教授研制σaσmσSσ-1潘存云教授研制σaσmσSσ-1材料的疲劳极限曲线也可用特定的应力循环次数N下，极限应力幅与平均应力之间的关系曲线来表示，特称为等寿命曲线。简化曲线之一简化曲线之二三、等寿命疲劳曲线实际应用时常有两种简化方法。σSσ-145˚

16σa

σmσS

45˚

σ-1O潘存云教授研制简化等寿命曲线（极限应力线图）：已知A’(0，σ-1)

D’(σ0/2，σ0/2)两点坐标，求得A’Ｇ’直线的方程为AＧ’直线上任意点代表了一定循环特性时的疲劳极限。对称循环σm=0A’脉动循环σm=σa=σ0/2说明CＧ’直线上任意点的最大应力达到了屈服极限应力。σ0/2σ0/245˚

D’σ’mσ’aCＧ’直线上任意点N’

的坐标为（σ’m，σ’a）由三角形中两条直角边相等可求得

CＧ’直线的方程为σ’aG’CN’17潘存云教授研制σa

σmσS45˚

σ-1G’Cσ0/2σ0/245˚

D’CG’A’O而正好落在A’G’C折线上时，表示应力状况达到疲劳破坏的极限值。

对于碳钢，yσ≈0.1~0.2，对于合金钢，yσ≈0.2~0.3。公式中的参数yσ为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由下式决定当应力点落在OA’G’C以外时，一定会发生疲劳破坏。

当循环应力参数（σm，σa

）落在OA’G’C以内时，表示不会发生疲劳破坏。18（1）受单向恒幅循环应力时零件的疲劳强度疲劳强度设计中的极限应力与零件工作应力可能的增长方式有关1）2）3）4）许用安全系数19（2）受复合恒幅循环应力时零件的疲劳强度（3）受变幅循环应力时零件的疲劳强度20三、刚度准则机器零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。四、稳定性准则零件在其平衡位置附近作往复运动称为机械振动。或五、耐热性准则六、可靠性准则串联并联21§13-2摩擦学设计基础一、摩擦学设计的目标和主要内容二、摩擦学失效三、摩擦学设计基础（一）摩擦状态（润滑状态）vvv干摩擦边界摩擦流体摩擦v混合摩擦（二）摩擦力221、固体滑动摩擦的摩擦力及其性质（最大）静摩擦力动摩擦力2、固体滑动摩擦摩擦力的计算3、液体摩擦的摩擦力4、滚动摩擦的摩擦力局部静摩擦力23磨粒磨损（三）磨损及其控制1、磨合2、磨损类型疲劳磨损粘附磨损腐蚀磨损按磨损机理分24粘附磨损磨粒磨损疲劳磨损腐蚀磨损按磨损机理分（四）润滑与润滑设计1、无润滑2、固体润滑3、流体润滑（五）润滑剂及其特性1、润滑剂的基本类型25分类液体润滑剂半固体润滑剂固体润滑剂气