机械设计之优先系数
机械课程设计计算工作系数
机械课程设计计算工作系数一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机械课程中工作系数的概念，理解其在机械设计中的应用和重要性。
2. 使学生能够运用相关公式，进行机械设计计算工作系数的操作。
3. 帮助学生了解不同机械系统中工作系数的影响因素，并能够分析其在实际工程中的变化。
技能目标：1. 培养学生运用数学知识进行机械设计计算的能力，提高解决问题的实践操作技能。
2. 培养学生通过团队合作，共同完成机械设计计算任务，提高沟通与协作能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对机械设计的兴趣，培养其探究精神和创新意识。
2. 培养学生严谨的科学态度，使其在机械设计过程中注重实际、实用、实效。
3. 增强学生的环保意识，使其在设计过程中充分考虑能源利用和环保要求。
课程性质：本课程为机械课程设计的基础部分，侧重于理论联系实际，培养学生的实际操作能力和创新意识。
学生特点：针对高中年级学生，已有一定的数学和物理基础，具备初步的分析问题和解决问题的能力。
教学要求：结合学生特点，采用任务驱动法，将课程目标分解为具体的学习成果。
在教学过程中，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
同时，关注学生的情感态度价值观培养，使学生在掌握知识技能的同时，形成正确的价值观。
通过有效的教学设计和评估，确保学生达到课程目标。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 工作系数概念：介绍工作系数的定义，以及在机械设计中的应用和意义。
- 教材章节：第二章第三节2. 机械设计计算公式：讲解机械设计中涉及工作系数计算的相关公式，如力学、动力学公式等。
- 教材章节：第二章第四节3. 影响因素分析：分析影响工作系数的各种因素，如材料性能、工作条件等。
- 教材章节：第二章第五节4. 实际工程应用：结合实际工程案例，讲解工作系数在机械设计中的应用。
- 教材章节：第二章第六节5. 设计计算方法：指导学生运用所学知识，进行机械设计计算工作系数的操作。
机械设计区域系数表
机械设计区域系数表【最新版】目录1.引言2.机械设计区域系数表的定义和作用3.区域系数的分类和计算方法4.区域系数在机械设计中的应用5.结论正文【引言】机械设计是一门涉及到机械制造各个方面的技术，它需要考虑到各种因素，如材料的选择、机械结构的设计、加工工艺等，以确保机械设备的性能和使用寿命。
在这个过程中，区域系数表起到了重要的作用。
本文将对机械设计区域系数表进行详细的介绍。
【机械设计区域系数表的定义和作用】机械设计区域系数表是一个列出了各种材料在不同应力状态下的区域系数的表格。
区域系数是用来描述材料在特定应力状态下的变形情况的一个参数，它可以反映材料的塑性变形能力。
在机械设计中，区域系数被广泛应用于计算零件的应力、应变和变形，以确保零件在使用过程中的稳定性和安全性。
【区域系数的分类和计算方法】区域系数分为弹性区域系数、塑性区域系数和强度区域系数三种。
弹性区域系数用来描述材料在弹性变形阶段的变形情况；塑性区域系数用来描述材料在塑性变形阶段的变形情况；强度区域系数用来描述材料在强度极限状态下的变形情况。
区域系数的计算方法通常是通过实验数据来获得的。
首先，对材料进行拉伸试验，得到应力 - 应变曲线；然后，根据应力 - 应变曲线，计算出各个应力状态下的应变量；最后，通过应变量计算出各个应力状态下的区域系数。
【区域系数在机械设计中的应用】在机械设计中，区域系数被广泛应用于计算零件的应力、应变和变形。
例如，当设计一个承受高压的零件时，需要考虑到材料在高压状态下的塑性变形能力，这就需要用到塑性区域系数。
同样，当设计一个承受高强度的零件时，需要考虑到材料在高强度状态下的变形情况，这就需要用到强度区域系数。
机械设计区域系数表
机械设计区域系数表摘要：一、机械设计区域系数的定义和作用1.区域系数的定义2.区域系数在机械设计中的作用二、机械设计区域系数表的常见分类1.按功能分类a.结构区域系数表b.传动区域系数表c.电气区域系数表d.液压区域系数表2.按行业分类a.汽车行业区域系数表b.飞机行业区域系数表c.机床行业区域系数表d.工程机械行业区域系数表三、机械设计区域系数表的使用方法1.如何选择合适的区域系数表2.如何根据实际需求调整区域系数3.注意事项四、机械设计区域系数表的发展趋势1.计算机辅助设计（CAD）的应用2.数字化和信息化的影响3.行业标准和规范的更新正文：机械设计区域系数表在机械设计过程中起着至关重要的作用。
它是一种衡量机械零件尺寸、形状和材料性能的参数，可以帮助设计人员快速、准确地进行设计计算。
本文将详细介绍机械设计区域系数的定义和作用，以及机械设计区域系数表的常见分类、使用方法和发展趋势。
一、机械设计区域系数的定义和作用1.区域系数的定义机械设计区域系数（也称为设计系数、设计参数等）是指在机械设计过程中，用于描述零件尺寸、形状和材料性能等特征的参数。
区域系数可以是一个数值、一个公式或者一张表格，它反映了设计对象在特定工况下的性能要求。
2.区域系数在机械设计中的作用（1）提高设计效率：通过查阅区域系数表，设计人员可以快速获取所需零件的设计参数，缩短设计周期。
（2）保证设计质量：区域系数表中的数据经过严格计算和实验验证，可以确保设计对象的性能满足要求。
（3）降低设计成本：利用区域系数表进行设计，可以避免反复进行试验和修改，降低设计成本。
二、机械设计区域系数表的常见分类1.按功能分类（1）结构区域系数表：用于描述零件结构尺寸的系数表，如轴、齿轮、联轴器等。
（2）传动区域系数表：用于描述传动系统性能的系数表，如齿轮传动、链传动、带传动等。
（3）电气区域系数表：用于描述电气设备性能的系数表，如电机、变压器、电缆等。
机械设计基础第9章机械零件设计概论(六-1)
一）强度准则
强度准则是指零件中的应力不得超过许用值。
即： σ ≤ σlim
σlim ----材料的极限应力
脆性材料：σlim = σB (强度极限)
延伸率 < 5％
塑性材料：σlim = σS (屈服极限) 延伸率 > 5％
为了安全起见，引入安全系数S，得：
B
如齿轮、凸轮、滚动轴承等。
潘存云教授研制
潘存云教授研制
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。
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
▲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
机器的可靠度——指在规定的使用时间内和预定的环 境下机器能够正常工作的概率。
机器由于某种故障而不能完成预定的功能称为失 效，它是随机发生的，其原因是零件所受的载荷、环 境温度、零件本身物理和机械性能等因素是随机变化 的。为了提高零件的可靠性，就应当在工作条件和零 件性能两个方面使其变化尽可能小。
▲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
其它专用要求——针对不同机器所特有的要求。例如： 1)对机床有长期保持精度的要求； 2)对飞机有质量小，飞行阻力小而运载能力大的要求；
3)对流动使用的机器有便于安装和拆卸的要求；
4)对大型机器有便于运输的要求等等。
前人的智慧–优先数系(优先数优先系数)
前人的智慧–优先数系(优先数\优先系数)你可知道粗糙度为什么是0.8, 1.6, 3.2, 6.3, 12.5你可知道油缸缸径为什么是63, 80, 100, 125你可知道油缸压力为什么是6.3, 16, 25, 31.5你可知道螺纹规格为什么是6, 8, 10, 12, 14, 16你可知道机械设计手册上无数的表格，所有产品样本上的参数表，都是怎么来的？一切都来源于伟大的优先数系。
法国工程师雷诺看到热气球上的钢丝绳规格繁多，他就想了一个办法，将10开5次方，得到一个数1.6，然后辗转相乘，得出5个优先数如下：1.01.62.54.06.3这是一个等比数列，后数为前数的1.6倍，那么10以下的钢丝绳一下子只有5种，10到100的钢丝绳也只有5种，即10, 16, 25, 40, 63。
但是这样分法太稀疏，雷先生就再接再厉，将10开10次方，得出R10优先数系如下：1.01.251.622.02.53.154.05.06.38.05公比为1.25，于是10以内的钢丝绳只有10种，10到100的也只有10种，这就比较合理了。
这时肯定有人说，这个数列，前面的数字好像相差不大，如1.0和1.25，简直没差别嘛，平常我就四舍五入了，但6.3和8.0间隔就大了，这样合理吗？合理不合理，我们打个比方。
比如说自然数1、2、3、4、5、6、7、8、9，看起来很顺溜，我们用这个数列来发工资，给张三发1000，给李四发2000，两人皆心服。
突然通货膨胀，给张三发8000，给李四发9000。
以前李四工资是张三的2倍，现在变成1.12倍。
你说李四能愿意吗？他可是主管哪，给他发16000还差不多，张三是不会埋怨说主管比他多8000的。
这个自然界的事物，有两种比较方法，就是“相对”与“绝对”！优先数系是相对的。
有人说他的产品规格有10吨，20吨，30吨，40吨的，现在看来就不合理了吧？如果你取两倍的话，应该是10吨，20吨，40吨，80吨，或者保住头尾，也应该是10吨，16吨，25吨，40吨，公比为1.6才合理。
机械设计常用数据
机械设计常用数据一、引言机械设计是指根据机械工程的原理和方法，对机械产品进行设计和开辟的过程。
在机械设计过程中，需要使用一些常用数据来进行计算和分析，以确保设计的准确性和可靠性。
本文将介绍一些机械设计中常用的数据，包括材料性能数据、标准尺寸数据、磨擦系数数据和安全系数数据。
二、材料性能数据1. 强度指标：材料的强度是指材料反抗外部力量破坏的能力。
常用的强度指标包括屈服强度、抗拉强度和抗压强度。
- 屈服强度：材料在受到一定应力后开始发生塑性变形的应力值。
- 抗拉强度：材料在拉伸过程中能够承受的最大应力值。
- 抗压强度：材料在受到压缩力作用时能够承受的最大应力值。
2. 韧性指标：材料的韧性是指材料在受到外部力作用下发生塑性变形的能力。
常用的韧性指标包括断裂韧性和冲击韧性。
- 断裂韧性：材料在断裂前能够吸收的能量。
- 冲击韧性：材料在受到冲击载荷时能够吸收的能量。
3. 硬度指标：材料的硬度是指材料反抗划伤或者穿透的能力。
常用的硬度指标包括布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
三、标准尺寸数据在机械设计中，需要使用一些标准尺寸数据来确定零件的尺寸和配合。
常用的标准尺寸数据包括罗纹尺寸、键槽尺寸和轴承尺寸等。
1. 罗纹尺寸：罗纹是机械设计中常用的连接方式之一。
常用的罗纹尺寸包括罗纹直径、螺距和牙型等。
2. 键槽尺寸：键槽是用于连接轴和轴套的一种连接方式。
常用的键槽尺寸包括键宽、键深和键长等。
3. 轴承尺寸：轴承是机械设计中常用的零件之一。
常用的轴承尺寸包括内径、外径和宽度等。
四、磨擦系数数据在机械设计中，磨擦是一个重要的考虑因素。
磨擦系数是用来描述两个物体之间磨擦阻力大小的数据。
常用的磨擦系数数据包括静磨擦系数和动磨擦系数。
1. 静磨擦系数：两个物体之间没有相对运动时的磨擦系数。
2. 动磨擦系数：两个物体之间有相对运动时的磨擦系数。
磨擦系数的大小与材料表面的光滑程度、润滑情况以及压力等因素有关。
五、安全系数数据在机械设计中，为了保证设计的可靠性和安全性，往往需要考虑安全系数。
优先数和优先数系
优先数系的主要特性
• 5.相对差的均匀性
R 5 : (q5 1) 100% (5 10 1) 100% 60% R10 : (q10 1) 100% (10 10 1) 100% 25% R 20 : (q 20 1) 100% ( 20 10 1) 100% 12% R 40 : (q 40 1) 100% ( 40 10 1) 100% 6% R80 : (q80 1) 100% (80 10 1) 100% 3%
16
系列的种类和代号
• 2.补充系列
• R80称为补充系列，它的公比为：
R80 : q80 80 10 1.03
• 仅在参数分级很细和基本系列中的优先数不能 适应实际情况时，才可以考虑使用。
17
系列的种类和代号
• 3.派生系列和移位系列
派生系列
从基本系列或补充系列Rr中，每隔p项取出项值而导出 的系列。 代号为：Rr/p，r/p是各十进段内项值的分级数，p是派 生系列的间距。 r/p值的性质：
2
Contents
概述 优先数系的结构和特性 优先数的计算 优先数系的选用原则 优先数系在机械工业的应用
3
一、概述
优先数系标准简史 为何要用等比数列
各国标准，国际 共识。如我国的 GB/T321-2005 《优先数和优先 数系》
优先数系主要优点
4
优先数系标准的简史
• 优先数和优先数系是在十九世纪七十年代由法国工程兵 上尉查尔斯· 勒纳尔(Charles Renard)首先提出的。勒 纳尔对等比数列作这样的规定，每进5项就使项值增大 10倍(十进等比数列)。 • 1920年和1921年，德国和法国先后制订了优先数系标准。 • 1935年国际标准化协会(1SA)公布了ISAll号通告，把优 先数系(R5、R10、R20和R40)规定作为国际推荐标准。 • 第二次世界大战以后，国际标准化组织(ISO)的“优先 数”技术委员会(1SO／TCl9)继续进行这方面的工作， 在增加了R80系列后，于1953年公布了ISOR3《优先数和 优先数系》。
机械零件设计概论
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
断裂或塑性变形;
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
过大的弹性变形;
2
变应力的循环特性:
σ
-1 = r min 0
+1 max
T
σ
σa
σa
σmax σmin σm o
----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
σ
r =+1
σmax
σmin to
σa σa
σ=常数
o
t
σ
σmax
σa
σa
σm
t o σmin
t
循环变应力
对称循环变应力 r =-1
材料
种类规格
相对价格
碳素结构钢Q235 （φ 33~42）
1
优质碳素钢 （φ 29~50）
热轧圆滚合钢动金轴结承构钢钢（（φφ292~95~05）0）
合金工具钢（φ 29~50） 4Cr9Si2耐热钢（φ 29~50）
1.5~1.8 1.7~2.5
3 3~20
5
灰铸铁铸件 碳素铸钢件铸件
铜合金、铝合金铸件
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。
磨损的主要类型 ：硬质颗粒或摩擦表面上硬的凸蜂，在摩擦过程中引起的材料脱落现象称为磨 粒磨损 。硬质颗粒可能是零件本身磨损造成的金属微粒，也可能是外来的尘 土杂质等。摩擦面间的硬粒，能使表面材料脱落而留下沟纹。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机械设计之优先系数
前人的智慧–优先数系(优先数\优先系数)
你可知道粗糙度为什么是0.8, 1.6, 3.2, 6.3, 12.5
你可知道油缸缸径为什么是63, 80, 100, 125
你可知道油缸压力为什么是6.3, 16, 25, 31.5
你可知道螺纹规格为什么是6, 8, 10, 12, 14, 16
你可知道机械设计手册上无数的表格，所有产品样本上的参数表，都是怎么来的？
一切都来源于伟大的优先数系。
法国工程师雷诺看到热气球上的钢丝绳规格繁多，他就想了一个办法，将10开5次方，得到一个数1.6，然后辗转相乘，得出5个优先数如下：1.0
1.6
2.5
4.0
6.3
这是一个等比数列，后数为前数的1.6倍，那么10以下的钢丝绳一下子只有5种，10到100的钢丝绳也只有5种，即10, 16, 25, 40, 63。
但是这样分法太稀疏，雷先生就再接再厉，将10开10次方，得出R10优
先数系如下：
1.0
1.25
1.62
2.0
2.5
3.15
4.0
5.0
6.3
8.05
公比为1.25，于是10以内的钢丝绳只有10种，10到100的也只有10种，这就比较合理了。
这时肯定有人说，这个数列，前面的数字好像相差不大，如1.0和1.25，简直没差别嘛，平常我就四舍五入了，但
6.3和8.0间隔就大了，这样合理吗？
合理不合理，我们打个比方。
比如说自然数1、2、3、4、5、6、7、8、9，看起来很顺溜，我们用这个数列来发工资，给张三发1000，给李四发2000，两人皆心服。
突然通货膨胀，给张三发8000，给李四发9000。
以前李四工资是张三的2倍，现在变成1.12倍。
你说李四能愿意吗？他可是主管哪，给他发16000还差不多，张三是不会埋怨说主管比他多8000的。
这个自然界的事物，有两种比较方法，就是“相对”与“绝对”！优先数系是相对的。
有人说他的产品规格有10吨，20吨，30吨，40吨的，现在看来就不合理了吧？如果你取两倍的话，应该是10吨，20吨，40吨，80吨，或者保住头尾，也应该是10吨，16吨，25吨，40吨，公比为1.6才合理。
这就是“标准化”，常常看到有人说“标准化”，实际他们说的是“标准件”，所做的工作只是将整机的标准件整理一下，就叫标准化了，实际不是这样的。
真正的标准化，你要把你的产品的所有参数按优先数系形成序列化，再把所有的零部件的功能参数及尺寸，用优先数系来序列化才对。
自然数是无穷的，但在机械设计师眼里，世界上只有10个数，它就是R10优先数。
并且，这10个数相乘，相除，乘方，开方，结果还在这10个数里，何其奇妙！当你设计的时候，不知道尺寸该选择多大为好时，就在这10个数里选，你说何其方便！
也许有人会发愁，说这尽是小数，我要按计算器，多麻烦。
前人已设计好了计算方法，下面顺便将R20优先数系列出来，也就是20个数，公比为10的20次根
即1.12，注意看后面的N序号。
1.0 N0
1.12 N2
1.25 N4
1.4 N6
1.6 N8
1.8 N10
2.0 N12
2.24 N14
2.5 N16
2.8 N18
3.15 N20
3.55 N22
4.0 N24
4.5 N26
5.0 N28
5.6 N30
6.3 N32
7.1 N34
8.0 N36
9.0 N38
两个优先数，比如4和2，其序号分别为N24和N12，它们相乘，将其序号相加，其结果等于N36即8便是；相除，序号相减，等于N12即2便是；2的立方，将其序号N12乘以3得N36即8便是；4的开方，将其序号N24除以2得N12即2便是。
如果求2的四次方呢？N12*4=N48，这里没有，怎么办？上面的列表，没有写上一个数，就是10，它的序号是N40，凡是序号大于40的，只看大于40的部分，比如N48就看N8，即1.6，然后乘
以10得16就对了。
如果序号是N88呢，看N8得1.6，然后乘以100得160便是，因为100的序号是N80,1000的序号是N120，依此类推。
做机械设计，一辈子用这20个数就足矣。
但有时需用到R40数系，有40个数，就更完善了，若不够，还有R80系。
我已将R40数系倒背如流，应付一般计算根本不用计算器。
简单来说算40径的45钢的抗扭能力，其扭转系数是0.5*π*R^3，扭应力选屈服点360的一半即180MPa，圆周率选3.15，左右手捏小数点，心算加减序号，一会就出来。
有人说你不加安全系数吗？说吧，是取1.25，还是1.5，还是2啊？
黄金分割0.618，也即1.618，这里也有1.6。
平方根数列，就是根号1，根号2，根号3，很容易求出吧？（3的序号是N19）
π的平方等于多少？等于10。
你算压杆稳定的时候就方便了吧？
圆杆扭转系数约为0.1*D^3，现在你可以口算扭转系数了吧？
为什么大螺丝从M36直接跳到M40？
为什么齿轮的传动比有个6.3或者7.1？
为什么槽钢有个市场上很少见的12.6号？
为什么外协厂打电话来说140的方管没有，而有120和160的？因为R5数系比R20数系优先。
为什么标准件的参数有个第一序列，第二序列？一般来说第一序列就是R5序列。
为什么Inventor的螺孔列表有个M11.2？现在你知道它不是胡诌出来的数吧？
还有钢板厚度，型钢型号，齿轮模数，一切标准件，一切工业品样本上的功能参数，尺寸参数，标准公差表，等等等等，它们的来源，此刻在我们的心中慢慢清晰起来。
可以说，我们已经理解了半部机械设计手册，以及那些还没做出来的工业品。
那么，我们在设计产品的时候，就可以同时设计出一系列了，而不是设计完之后再进行所谓的“标准化”；更进一步，如果产品注定要序列化，那么我们甚至可以在对实际工况不甚了解的情况下设计产品，因为优先数系已将所有型号包括其中了。
优先数系的应用，上面列出的，可谓沧海一粟，无尽的应用等着我们自己去开发。
背诵优先数系吧，这可是
一劳永逸的事。