机械零件设计概论(ppt)
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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
第二章 机械设计概论_PPT幻灯片
2）选择零件的类型与结构 3）选择零件的材料 4）按可能的失效形式确定零件的计算准则，并确定 零件的基本尺寸，并加于标准化和圆整 5）零件的结构设计 6）绘制零件的工作图，并编写计算说明书
2
2.2 机械零件的载荷与应力
2.2.1 载荷的分类
静载荷： 不随时间变化或缓慢变化的载荷
变载荷：
1）循环变载荷 a) 稳定循环变载荷 b) 不稳定循环变载荷
13
注意：
1）若零件所受应力变化规律不能肯定，一般采用 γ =C的 情况计算
2）上述计算均为按无限寿命进行零件设计，若按有限寿命
要求设计零件时，即应力循环次数103(104)<N<No时， 这时上述公式中的极限应力应为有限寿命的疲劳极限
N
m
N0 N
，即应以σ-1N
代σ-1
，以σoN代σo
3）当未知工作应力点所在区域时，应同时考虑可能出现
硬度≥350HBS钢， No=(10 - 25)x107
有色金属(无水平部分)，规定当No>25x107时,近似为无限寿命
区
② m—指数与应力与材料的种类有关。
钢 m=9——拉、弯应力、剪应力 m=6——接触应力
青铜 m=9——弯曲应力
m=8——接触应力
10
3）影响机械零件疲劳强度的主要因素
由于实际机械零件与标准试件之间在绝对尺寸、表面状态、 应力集中、环境介质等方面往往有差异，这些因素的综合影响 使零件的疲劳极限不同于材料的疲劳极限，其中尤1、应力集中的影响——有效应力集中系数 k (k )
零件受载时，在几何形状突变处（圆角、凹槽、孔等）要产 生应力集中，对应力集中的敏感程度与零件的材料有关，一般材 料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感
2
2.2 机械零件的载荷与应力
2.2.1 载荷的分类
静载荷： 不随时间变化或缓慢变化的载荷
变载荷：
1）循环变载荷 a) 稳定循环变载荷 b) 不稳定循环变载荷
13
注意：
1）若零件所受应力变化规律不能肯定，一般采用 γ =C的 情况计算
2）上述计算均为按无限寿命进行零件设计，若按有限寿命
要求设计零件时，即应力循环次数103(104)<N<No时， 这时上述公式中的极限应力应为有限寿命的疲劳极限
N
m
N0 N
，即应以σ-1N
代σ-1
，以σoN代σo
3）当未知工作应力点所在区域时，应同时考虑可能出现
硬度≥350HBS钢， No=(10 - 25)x107
有色金属(无水平部分)，规定当No>25x107时,近似为无限寿命
区
② m—指数与应力与材料的种类有关。
钢 m=9——拉、弯应力、剪应力 m=6——接触应力
青铜 m=9——弯曲应力
m=8——接触应力
10
3）影响机械零件疲劳强度的主要因素
由于实际机械零件与标准试件之间在绝对尺寸、表面状态、 应力集中、环境介质等方面往往有差异，这些因素的综合影响 使零件的疲劳极限不同于材料的疲劳极限，其中尤1、应力集中的影响——有效应力集中系数 k (k )
零件受载时，在几何形状突变处（圆角、凹槽、孔等）要产 生应力集中，对应力集中的敏感程度与零件的材料有关，一般材 料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感
第9章 机械零件设计概论1ppt课件
强度准则
刚度准则 寿命准则 振动稳定性
可靠性准则
lim /S 断 裂 、 疲 劳 轴 、齿 轮 、 带
破坏、残余 轮等
变形
y[y]
弹性变形 轴、蜗杆等
满 足 额 定 寿 腐 蚀 、 磨 滚动轴承等
命
损、疲劳
0.85f >fp 或 1 .1 5 f< fp
共振产生的 滚动轴承、 工作失常 齿 轮 、 滑 动
一般认为在整个工作寿命周期内应力变化次数小于 1000次的通用零件，均近似按静应力强度进行设计。 变应力强度：即疲劳强度，是变载荷作用下的强度问题。
如齿轮表面出现裂纹 ，滚动轴承的钢珠出现小黑点， 属于疲劳强度不够。
.
2、按载荷作用范围分为：
整体强度：指零件受载时，是在较大的体积内产生应 力，这时的零件强度称为整体强度：如吊钩强度。 我们一般讲的强度都是指的整体强度。
.
机械零件学习的方法及要求：
对公式除少数外，一般不要求记忆和推导， 要求会用公式即可。
重点掌握： ⑴、设计思想、思路、设计准则和设计原则、 设 计步骤； ⑵、公式中参数选择的原则及其影响因素； 要求：要联系生产实际来学习，培养解决工程实 际问题的能力。 不强调系统的理论分析，不强调公式的推导。
.
机械零件学习的方法及要求：
.
转矩 T9.55106 P n
由P＝F*V＝F*ω*R =T*ω=T*2πn/60,
P－－原动机功率KW n－－原动机的转速 T－－转矩，N.mm
T－N.m
⑵、计算载荷：是对名义载荷的修正
Fc＝K*F Tc＝k*T
K－－是考虑到机器振动、冲击、速度波动等引起的 附加载荷而引入的修正系数，称为载荷系数。K值可 查表。
【精品模板】机械零件设计概论PPT模板
变应力下的许用应力
★变应力下零件的失效形式：疲劳断裂
★疲劳断裂 特征：
1、疲劳断裂的最大应力＜材料的屈服极限； 2、疲劳断口均表现为无明显塑性变形； 3、断口上明显地有两个区域：光滑区、粗糙区； 4、疲劳断裂是损伤的积累的结果。
★疲劳曲线
1、应力越小，能经受的循环次数越多。
2、疲劳曲线的左半部（N≤N0），可 用下列方程表示：
后果：1、损坏零件的光滑表面； 2、减小了接触面积，降 低承载能力; 3、引起振动和噪声 。
★机械零件设计的一般步骤:
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，选用相应的判定条件，确定零件
的形状和主要尺寸； 5、绘制工作图并标注必要的技术条件。 注意:
1、通过设计计算出的零件尺寸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准、规格加以圆整；
S
•载荷：作用在零件上的 外力或外力矩。
•载荷的类型：动静
载荷 载荷
名义载荷：在理想的平稳工作条件下作用在零件 上的载荷。 载荷系数
计算载荷： 计算载荷=K×名义载荷
不随时间变化的应力。
静 应 力
对 称 循 环
1.
应
力
种
类变
应
力周
期
性
变
应
力非 对 脉 动
脆塑性材料σBS
2.
许
用
应
力变 静
应 应
力 力
下 下
的 的
许 许
用 用
应 应
力 力
min
S
S 1.2 ~ 1.5
机械零件设计概论(ppt49页).pptx
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。
5.振动稳定性准则 激振频率fp＜0.87f（固有频率），或fp＞1.18f
6.可靠性准则 可靠度应大于许用值
五. 机械零件的设计步骤
拟定机械部件总图
拟定零件图
拟定零件计算简图
选择合适材料
确定作用载荷
满足工
N
作能力
确定零件尺寸的取值 Y 范围和选材范围范围
设计步骤
(1)拟定零件的计算简图。选择零件类型、简化； (2)受力分析。确定作用在零件上的载荷； (3)选择材料。确定许用应力（许用应力查手册）； (4)确定设计准则。失效分析→确定计算准则。 (5)理论设计计算。按设计准则公式，确定零件主要 几何尺寸。如螺栓小径、齿轮齿数、模数等。 (6)结构设计。除主要尺寸的其余结构尺寸，必须考 虑功能要求，加工或装配工艺要求，减小应力集中 ，尺寸小，重量轻等原则。 (7)绘制零件工作图。尺寸、公差配合、表面粗糙度 及技术条件等。 (8)编写设计计算说明书。
常用金属材料的牌号及力学性能（p123）
布氏硬度与材料的抗拉强度之间存在一定关系： σb＝(0.3~0.4)HB ，或σb ＝K×HB ， K为系数，例如对于低碳钢有K≈0.36，对于高碳钢有K≈0.34 ，对于调质合金钢有K≈0.325；HRC≈0.1HB
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。
5.振动稳定性准则 激振频率fp＜0.87f（固有频率），或fp＞1.18f
6.可靠性准则 可靠度应大于许用值
五. 机械零件的设计步骤
拟定机械部件总图
拟定零件图
拟定零件计算简图
选择合适材料
确定作用载荷
满足工
N
作能力
确定零件尺寸的取值 Y 范围和选材范围范围
设计步骤
(1)拟定零件的计算简图。选择零件类型、简化； (2)受力分析。确定作用在零件上的载荷； (3)选择材料。确定许用应力（许用应力查手册）； (4)确定设计准则。失效分析→确定计算准则。 (5)理论设计计算。按设计准则公式，确定零件主要 几何尺寸。如螺栓小径、齿轮齿数、模数等。 (6)结构设计。除主要尺寸的其余结构尺寸，必须考 虑功能要求，加工或装配工艺要求，减小应力集中 ，尺寸小，重量轻等原则。 (7)绘制零件工作图。尺寸、公差配合、表面粗糙度 及技术条件等。 (8)编写设计计算说明书。
常用金属材料的牌号及力学性能（p123）
布氏硬度与材料的抗拉强度之间存在一定关系： σb＝(0.3~0.4)HB ，或σb ＝K×HB ， K为系数，例如对于低碳钢有K≈0.36，对于高碳钢有K≈0.34 ，对于调质合金钢有K≈0.325；HRC≈0.1HB
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PPT(共 40张)
第9章 机械零件设计概论
§9－1 机械零件设计概论 §9－2 机械零件的强度 §9－3 机械零件的接触强度 §9－4 机械零件的耐磨性 §9－5 机械制造常用材料及其选择 §9－6 公差与配合、表面粗糙度和优先数系 §9－7 机械零件的工艺性及标准化
§9－1 机械零件设计概论
机械设计应满足的要求：
计算应力-----按名义载荷计算所得之应力： σ、τ
强度判 定条件：
[] []
其中
[
]
lim
S
[ ] lim
S
[σ]=、[τ]-----许用应力 S-----安全系数
σlim、τ lim -----极限应力，由实验方法测定。
一、应力的种类
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。
机械零件的失效： 机械零件曲于某种原因不能正常工作时，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
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 机械零件的接触强度
若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，这种应力称为接触应力。
这时零件强度称为接触强度。 如齿轮、凸轮、滚动轴承等。
σmax
σa
σmax σmin σm
σmax
σa
σmin
σa
σa σm
§9－1 机械零件设计概论 §9－2 机械零件的强度 §9－3 机械零件的接触强度 §9－4 机械零件的耐磨性 §9－5 机械制造常用材料及其选择 §9－6 公差与配合、表面粗糙度和优先数系 §9－7 机械零件的工艺性及标准化
§9－1 机械零件设计概论
机械设计应满足的要求：
计算应力-----按名义载荷计算所得之应力： σ、τ
强度判 定条件：
[] []
其中
[
]
lim
S
[ ] lim
S
[σ]=、[τ]-----许用应力 S-----安全系数
σlim、τ lim -----极限应力，由实验方法测定。
一、应力的种类
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。
机械零件的失效： 机械零件曲于某种原因不能正常工作时，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
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 机械零件的接触强度
若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，这种应力称为接触应力。
这时零件强度称为接触强度。 如齿轮、凸轮、滚动轴承等。
σmax
σa
σmax σmin σm
σmax
σa
σmin
σa
σa σm
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)