第一章机械设计基础

三、课程的内容与特点
内容： 研究机械设计理论、方法，阐述机械设计的共性问题。
含通用零件的工作原理、设计理论与方法、标准规范等。
传动件：齿轮、蜗杆、带、链
支撑件：轴、轴承（滚动、滑动）
联接件：螺纹联接、键联接 其 他：联轴器、离合器、弹簧
§ 1.1绪论 （Introduction）
三、课程的内容与特点
三、设计准则
3、寿命准则：设计寿命 L≥[L] 要求寿命
4、耐磨性准则
耐磨性—零件抗磨损失效的能力
（1）压强条件： p≤[p] 防表面间油膜破坏产生磨损
（2）pv值条件：pv≤[pv] (v—滑动速度)
防表面间温升过高，油膜破坏加剧磨损—胶合
5、振动稳定性准则
fP ＜0.87 f0
fP ＞1.18 f0
技术基础课—理论+工程实际
特点： 考虑因素多—修正系数多
理论内容章节间联系差, 应用中相互联系密切。
掌握机械设计基础理论， 任务： 具备设计传动装置及简单机械的能力
培养机械装置整体构思能力
§ 1.2 机械设计一般程序
(General procedure of machine design)
一、机械应满足的要求 1、使用要求：完成预定功能，生产率高 2、安全可靠、寿命足够 3、制造、运行费用低，维护方便 4、其他：运输方便、造型美观
fP—激振频率； f0—固有频率
§1.4 静应力下零件的零件的强度计算
(Strength calculation of machine parts under static stress )
一、载荷与应力 (Load and stress)
1、载荷分类
F
静载荷：F F (t) 常矢
t
F
（1）载荷性质
周期
变载荷：F F(t) 变 矢
F
t
随机
原动机功率
t
（2）载荷算法
名义载荷：F 工作机阻力
（理想工况）
公式推算
F
计算载荷：Fca=K F 载荷系数：K—考虑外载变化、零件载荷不均等影响
§1.4 静应力下零件的零件的强度计算(Strength calculation of machine parts under static stress ) 一、载荷与应力
四、常用设计准则（Design criterias） 1、强度准则 强度—抗整体断裂、接触疲劳、塑变的能力 强度准则：（基本准则） σ≤[σ] ；τ ≤[τ] 2、刚度准则 刚度—抗弹变能力 刚度准则：y≤[y]
§ 1.3 零件的失效形式与设计准则 (Failure types and design criterias)
冷胶合 热胶合
3、变形 塑性变形 过大 过大弹变
4、过大振动
5、功能失效
§ 1.3零件的失效形式与设计准则 (Failure types and design criterias)
三、工作能力准则（设计准则）
三、设计准则
工作能力准则：预定使用寿命期限内，零件安全工作的限度
--承载能力指标、受失效形式限定、确定零件尺寸的依据
控制系统
二、机械的组成
工作机
工作机
原动机
传动装置 皮带运输机传动简图
§ 1.1 绪论 （Introduction）
二、机械的组成
具体：
运动分析 制造分析
构件运动单元 （机械原理） 零件制造单元 （机械设计）
连 杆
零件—构件—机械（机构、机器）
§ 1.1 绪论 （Introduction）
三、课程的内容、特点、任务
第一章 机械设计基础
东北大学国家工科机 械基础课程教学基地
ห้องสมุดไป่ตู้
第一章 机械设计基础（General concepts ）
• 1.1 绪论 • 1.2 机械设计一般程序 • 1.3 零件的失效形式与设计准则 • 1.4 静应力下零件的强度计算 • 1.5 对称循环变应力下零件疲劳强度计算 • 1.6 非对称循环变应力下零件疲劳强度计算 • 1.7 规律性非稳定变应力零件疲劳强度计算 • 1.8 双向变应力下零件疲劳强度计算
零 规定使用条件下
不能完成
件 规定的寿命期限内 规定功能 失效
例: 齿轮轴断裂—失效
§ 1.3 零件的失效形式与设计准则 (Failure types and design criteria)
二、失效形式（Failure types）
二、失效形式
1、整体断裂 2、表面破坏
过载断裂
疲劳断裂
磨损 胶合 点蚀
2、应力分类(Stress type)
(1)静应力：
(t
)
常
矢
σ
t
(2)变应力：
(t)
变
矢
σ 稳定变应力
t σ
规律性、非稳定
非稳定变应力
σ
t
随机
t
§ 1.4 静应力下零件的零件的强度计算(Strength calculation of machine parts under static stress )
§ 1.2 机械设计一般程序
二、机械设计一般程序
二、机械设计一般程序
设计任务分析 方案设计
运动与动力学设计 施工设计
控制系统设计调试 工程试验、修改设计
明确设计目的、要求
拟定系统组成、方案选择 确定原动机功率、零件 运动动力参数 考虑结构、公差工艺要求， 绘装配图、零件图
调试测试控制功能
§ 1.2 机械设计一般程序
三、机械零件设计步骤
三、机械零件设计步骤
建立计算模型
拟定零件的计算简图
确定零件上的载荷 选择材料
分析失效形式、设计准则、定形状和主要尺寸
按工艺、标准规范要求，圆整设计尺寸
工程试验、修改设计
§ 1.3 零件的失效形式与设计准则
(Failure types and design criteria)
一、失效概念（Failure）
3、变应力的参数 (Parameters of variable stress)
σ (1)非对称循环变应力
σa
一、载荷与应力
(-1≤ r ≤+1)
最大应力： σmax 最小应力： σmin (2) 脉动循环变应力
(3)对称循环变应力
σmax σmin
σm
t
平均应力：σm=(σmax+σmin)/2
应 力 幅：σa=(σmax-σmin)/2
§1.1 绪论 （Introduction）
具有确定相对运动的构件组合 一、机械的定义
能实现能量转换或作有用功 （机器+机构）
例： 电动 机— 挖掘 机—
电能 →机械能
内燃机：热能→机械能 →驱动液压系统→铲斗作功
§1.1 绪论 （Introduction）
二、机械的组成 抽象： 原动机
传动装置