机械设计9章
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机械设计基础第9章 螺纹连接
ψ
Fa
11
重物下滑过程分析：
ψ
R
当ψ >ρ时
N
v
ρ
滑块在重力作用下会加速下滑
要使其匀速下滑，还要施加少
量的水平力F（F > 0）
F = Fa tan(ψ-ρ）
fN F
ψ
Fa
此时F 由驱动力变为阻力，而Fa由阻力变为驱动力
当ψ ≤ρ时
由于摩擦力过大，重物不能自行下滑，而在斜面上保持静止
要使其下滑需施加反向力， F ≤ 0，此时F 变为驱动力
tan S np d2 d2
ψ
4
二、螺纹的分类
普通螺纹 三角形
粗牙螺纹 一般连接 细牙螺纹 薄壁零件或微调装置
管 螺 纹 管路连接
牙 矩形 型 梯 形 传递运动或传力
锯齿形 (效率高)
牙顶较大圆角，旋合 后无径向间隙，英制
细牙螺纹
5
四种螺纹的牙侧角：
β=0° β=3°
β=15°
β=30°
螺纹旋向： 常用右旋，特殊要求时用左旋
一、螺旋线方向的判定
左(右)手自然展开成掌， 使拇指与螺纹轴线平行，若左 手四个指头的指向与螺纹牙走 向一致，则螺纹为左旋螺纹； 则螺纹为右旋螺纹。(见右图 中左旋螺纹的判定)
二、螺纹轴向力的判定
在螺母固定的情况下，旋动螺杆时，螺杆将沿轴线方 向前进或后退，这说明螺杆受到了一个沿运动方向的作用 力。该作用力方向的判定方法是对左、右旋螺纹分别采用 左、右手定则。具体做法如下：拇指伸直，其余四指握拳， 令四指弯曲方向与螺杆转动方向一致，拇指的指向即是螺 杆前进的方向。
此种现象称为“自锁”，自锁条件是： ψ ≤ρ
12
§9-2 螺纹副受力分析、效率和自锁
机械设计最新课件第9-10章
➢ 优点：寿命长、适于高速；油膜能缓冲吸振，耐冲击、承载 能力大；回转精度高、运转平稳无噪音；结构简单、装拆方便、 成本低廉。
➢ 缺点：非液体摩擦轴承摩擦损失大，磨损严重；液体动压润 滑轴承当起动、停车、转速和载荷经常变化时，难于保持液体 润滑，且设计，制造、润滑和维护要求较高。
➢ 应用：高速、高精度、重载、特大冲击与振动、径向空间 尺寸受到限制或必须剖分安装(如曲轴的轴承)、以及需在水或 腐蚀性介质中工作等条件下的轴承。
摩擦表面上可能存在一层氧化膜和自然污染，因而在工程中， 只要是名义上无润滑剂又没有明显润滑现象的摩擦，都认为是 干摩擦。
特点：摩擦系数及摩擦阻力最大，发热多，磨损最严重， 零件使用寿命最短，应力求避免。
二、边界摩擦 当两摩擦表面间存在润滑油时，由于润滑油极性分子能
牢固地吸附在金属表面上而形成极薄的边界油膜，这种状态 称为边界摩擦。 特点：不能完全避免金属的直接接触，这时仍有微小的摩擦力 产生，其 摩擦系数通常约在0.1～0.3，同时摩擦面间的磨损也 是不可避免的。
三、液体摩擦
当两摩擦表面间有充足的润滑油，而且能满足一定的条件， 则摩擦面间可形成厚度达几十微米的压力油膜，它足以将两个 表面完全分开，形成液体摩擦。这时的液体分子已大都不受金 属表面吸附作用的支配而自由移动，摩擦是在液体内部的分子
特点：摩擦系数极小，通常约在0.001～0.01 ，而且不会有磨损 产生。
粘度——衡量润滑油内部摩擦力大小的最重要的性能指标。
（1）动力粘度
du
dy
——流体单位面积上的剪切阻力，
即切应力；
du——流体沿垂直于运动方向(即沿图中y轴方向或流体膜厚度 dy 方向)的速度梯度；“－”号表示u 随y 的增大而减小；
➢ 缺点：非液体摩擦轴承摩擦损失大，磨损严重；液体动压润 滑轴承当起动、停车、转速和载荷经常变化时，难于保持液体 润滑，且设计，制造、润滑和维护要求较高。
➢ 应用：高速、高精度、重载、特大冲击与振动、径向空间 尺寸受到限制或必须剖分安装(如曲轴的轴承)、以及需在水或 腐蚀性介质中工作等条件下的轴承。
摩擦表面上可能存在一层氧化膜和自然污染，因而在工程中， 只要是名义上无润滑剂又没有明显润滑现象的摩擦，都认为是 干摩擦。
特点：摩擦系数及摩擦阻力最大，发热多，磨损最严重， 零件使用寿命最短，应力求避免。
二、边界摩擦 当两摩擦表面间存在润滑油时，由于润滑油极性分子能
牢固地吸附在金属表面上而形成极薄的边界油膜，这种状态 称为边界摩擦。 特点：不能完全避免金属的直接接触，这时仍有微小的摩擦力 产生，其 摩擦系数通常约在0.1～0.3，同时摩擦面间的磨损也 是不可避免的。
三、液体摩擦
当两摩擦表面间有充足的润滑油，而且能满足一定的条件， 则摩擦面间可形成厚度达几十微米的压力油膜，它足以将两个 表面完全分开，形成液体摩擦。这时的液体分子已大都不受金 属表面吸附作用的支配而自由移动，摩擦是在液体内部的分子
特点：摩擦系数极小，通常约在0.001～0.01 ，而且不会有磨损 产生。
粘度——衡量润滑油内部摩擦力大小的最重要的性能指标。
（1）动力粘度
du
dy
——流体单位面积上的剪切阻力，
即切应力；
du——流体沿垂直于运动方向(即沿图中y轴方向或流体膜厚度 dy 方向)的速度梯度；“－”号表示u 随y 的增大而减小；
机械设计基础第9章机械零件设计概论(六-1)
▲ 可靠性准则 ----当计及随机因素影响时，仍应确 保上述各项准则。
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。
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。
机械设计第09章链传动
3.心柱形式：圆柱式、轴瓦式、滚柱式；
4.特点： 传动平衡、无噪声、承受冲击性能好， 工作可靠; 适用于高速传动、大传动比和中心距较 小、运动精度要求较高的场合; 结构复杂、价格高、制造困难;
§9-3 滚子链链轮的结构和材料
链轮是链传动的主要零件，链轮齿形已经标准 化。链轮设计主要是确定其结构及尺寸，选择 材料和热处理方法。
一、链轮的基本参数及主要尺寸
分度圆直径d=p/sin(180° 分度圆直径d=p/sin(180°/z) d=p/sin(180
二、齿形
滚子链与链轮的啮合属于非共轭啮合 非共轭啮合，其链轮齿形 非共轭啮合 的设计可以有较大的灵活性； GB／T1244—1985中没有规定具体的链轮齿形 链轮齿形，仅 链轮齿形 仅规定了最大和最小齿槽形状及其极限参数，见 表9-5。
Z
P
KA--工作情况系数见表9－6 Kz—主动链齿数系数 图9-13 KP---多排链系数 P---传递的功率，kW
• 3 确定链条型号和节距p • 型号---查图9-11 • 链节距p---表9-1
4 计算链节数和中心距 链条长度以链节数Lp(节距p的倍数)来表示。
2a0 z1 + z2 z2 + z1 p Lp = + + p 2 π 2 a0
F = K f qa ×10
' f
−2
F f" = ( K f + sin α )qa × 10−2
松边：F2=FC+Ff 压轴力：
Fp ≈ KFp F e
KFp—压轴力系数 对于水平传动 KFp ＝1.15； 对于垂直传动KFp ＝1.05
§9-6 滚子链传动的设计计算
《机械设计》讲义(第八版)濮良贵(第9章)
§９—２ 传动链的结构特点： 一．滚子链： 1．结构： 1——滚子： 2——套筒： 3——销轴： 4——内链板 5——外链板
44
p
与 2 间隙配合。 与 3 间隙配合， 与 4 过盈配合。 与 5 过盈配合。
图9-2 滚子链的结构
b1
5 4 3 2 1
d2 d1
h2
《机械设计》 （第八版）濮良贵主编
《机械设计》 （第八版）濮良贵主编
第九章 链传动
第九章 链传动
§９—１ 链传动的特点及应用： 1．组成： 3．特点： 优： 链条，主、从动链轮，机架。 与带传动相比 1）平均传动比准确（∵无弹性滑动和打滑） ，效率较高（97～98%） 。 2）结构紧凑，压轴力 FP 小（∵无需张得很紧） 。 3）易安装，成本低，可远距传动。 （相对于齿轮） 4）可在高温、低速、多尘、润滑差的恶劣条件下工作。 缺： 4．适用： 5．分类： 1）只能用于平行轴间的同向传动。 2）瞬时传动比不恒定，冲击、噪音较大。 要求工作可靠，两轴相距较远，及其它不宜用齿轮传动处。 如： 农业、矿山、运输等机械中。 按用途不同可分三类： 又分： ①滚子链（主要介绍） ②齿形链 等几种。 2）输送链： 主要用于传送装置等（如：自动生产线的输送装置） 3）起重链： 主要用于起重机械中。 1）传动链： 使用最广，适用于： P＜100kw. v＜15m/s. i＜imax=8 的埸合。 P.165. 图 9-1. 2．工作原理： 靠链轮轮齿与链节的啮合传动。
50
p d sin(180 z)
（载荷平稳时，可达： i=10）
《机械设计》 （第八版）濮良贵主编
第九章 链传动
尽量选较小节距的单排链. ① 高速大功率：
并推荐:
机械设计基础-第9章-轴和联轴器
碳素钢
500许用弯曲应力170
75
45
600
200
95
55
700
230
110
65
800
合金钢
900
270
130
75
300
140
80
1000
330
150
90
铸钢
400
500
100
50
30
120
70
40
折合系数取值：α=
0.3 ----转矩不变； 0.6 ----脉动变化； 1 ----频繁正反转。
设计公式： d 3 M d
滑动轴承 向心球轴承 调心球轴承 圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 安装齿轮处轴
的截面
允许偏转角 [θ](rad)
0.001 0.005 0.05 0.0025 0.0016
0.001~0.00 2
四、轴的设计
类比法 根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结构设计，画出 轴的零件图。
设计计算法
根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力。 按扭转强度估算出轴的最小直径。 设计轴的结构，绘制出轴的结构草图。包括
第九章 轴和联轴器
§9.1 轴的分类和材料 §9.2 轴的结构 §9.3 轴的计算 §9.4 轴毂联结 §9.5 联轴器和离合器
§9-1 轴的分类和材料
轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转 运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)，并传递运动和动力。
分类： 按承受载荷分有：
类 型
按轴的形状分有：
为了减少键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径
有一个键槽
有两个键槽
轴径d＞ 100mm
机械设计基础习题9带传动
第9章 带传动重要基本概念1．失效形式和设计准则失效形式：打滑、疲劳破坏。
设计准则：保证带传动不打滑，使带具有足够的疲劳寿命。
2．确定小带轮直径考虑哪些因素(1) 最小带轮直径，满足d 1≥d d min ，使弯曲应力不至于过大； (2) 带速，满足 5 ≤ v ≤ 25 m/s ；(3) 传动比误差，带轮直径取标准值，使实际传动比与要求的传动比误差不超过3~5%； (4) 使小带轮包角≥︒120； (5) 传动所占空间大小。
3．V 带传动在由多种传动组成的传动系中的布置位置带传动不适合低速传动。
在由带传动、齿轮传动、链传动等组成的传动系统中，应将带传动布置在高速级。
若放在低速级，因为传递的圆周力大，会使带的根数很多，结构大，轴的长度增加，刚度不好，各根带受力不均等。
另外，V 带传动应尽量水平布置，并将紧边布置在下边，将松边布置在上边。
这样，松边的下垂对带轮包角有利，不降低承载能力。
4．带传动的张紧的目的，采用张紧轮张紧时张紧轮的布置要求 张紧的目的：调整初拉力。
采用张紧轮张紧时，张紧轮布置在松边，靠近大轮，从里向外张。
因为放在松边张紧力小；靠近大轮对小轮包角影响较小；从里向外是避免双向弯曲，不改变带中应力的循环特性。
精选例题与解析例9-1 已知：V 带传递的实际功率P = 7.5 kW ，带速 v =10m/s ，紧边拉力是松边拉力的两倍，试求有效圆周力F e 、紧边拉力F 1和初拉力F 0。
解题注意要点：这是正常工作条件下的受力计算，不能应用欧拉公式； 解： 根据： v F P e ⋅=得到： 750107500===v P F e N联立： ⎩⎨⎧==-=21212750F F F F F e 解得： 7502=F N ， 15001=F N11252/75015002/10=-=-=e F F F N自测题一、选择题9-1．平带、V带传动主要依靠_________来传递运动和动力。
A．带的紧边拉力B．带的松边拉力C．带的预紧力D．带和带轮接触面间的摩擦力9-2．下列普通V带中，以_________型带的截面尺寸最小。
机械原理第9章凸轮机构及其设计
第二十一页，编辑于星期日：十四点 分。
②等减速推程段：
当δ =δ0/2 时，s = h /2，h/2 = C0＋C1δ0/2＋C2δ02/4 当δ = δ0 时，s = h ，v = 0，h = C0＋C1δ0＋C2δ02
0 = ωC1＋2ωC2δ ，C1=－2 C2δ0 C0=－h，C1= 4h/δ0, C2=－2h/δ02
如图所示，选取Oxy坐标系，B0 点为凸轮廓线起始点。当凸轮转过δ 角度时，推杆位移为s。此时滚子中 心B点的坐标为
x (s0 s) sin e cos
y
(s0
s) cos
A7
C8 A6 C7
w
A8
-w
A9
C9 B8 B9 B7 r0
C10
B12100 ° B0
O
B1 a B2
C1 L C2φ1φ0
A10 A0
φ
Φ
o
2
1
2 3 456
180º
7 8 9 10
60º 120º
δ
(1)作出角位移线图；
(2)作初始位置；
A5
C6
B6 B1580°B4
C4
C5
φ3
φC23
A1
↓对心直动平底推杆盘形凸 轮机构
↑偏置直动尖端推杆盘形凸轮机 构
第十一页，编辑于星期日：十四点 分。
↑尖端摆动凸轮机构
↓平底摆动凸轮机构
↑滚子摆动凸轮机构
第十二页，编辑于星期日：十四点 分。
(4)按凸轮与从动件保持接触的方式分
力封闭型凸轮机构
利用推杆的重力、弹簧力或其他外力使推杆与凸轮保持接
触的
此外，还要考虑机构的冲击性能。
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当σmin＝0 (或σmax＝0) 当σmax＝σmin
→γ= －1→对称循环～
图9-1 .C
→γ= 0 →脉动循环～ 图d
→γ＝＋1 →静应力 图a
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机械设计9章
二．静应力下的许用应力
失效形式：断裂或塑性变形 塑性材料→应避免塑性变形
[σ]= σs/S
σｓ－屈服极限
脆性材料→断裂
[σ]= σB/S
实用耐磨计算： p≤[p]
运动速度较高时，还应考虑单位时间接触面积的发热量
pv≤[pv]
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机械设计9章
§9-5 机械制造中常用材料及其选择 p.122
常用材料：钢和铸铁、其次有色金属合金
一.金属材料 1. 铸铁:含Ｃ＞2％，易溶性、良好的液态流动性→铸造
减震性、耐磨性、切削性好且成本低 常见铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁 2. 钢:含Ｃ量＜2％，具有较高的强度、韧性和塑性，并
Ｒ5 →公比
; Ｒ10 →公比=
Ｒ20 →公比 =
; Ｒ40 →公比=
p.126 倒2
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机械设计9章
§9-7 机械零件的工艺性及标准化 p.127
一.工艺性: P127第6 工艺性好→易加工、装配，费用低 基本要求：
(1) 毛抷选择合理 (2) 结构简单合理 (3) 规定适当的制造精度和表面粗糙度
（4）疲劳强度校核：
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机械设计9章
例题
已知：齿轮啮合，转速n=200r/min，每天工作8h。 问：（1）弯曲应力是哪种类型循环变应力？
（2）一年（250天）该齿轮应力循环总数是多少？
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机械设计9章
ห้องสมุดไป่ตู้
§9-3 机械零件的接触强度
（整体强度&接触强度区别）
若两个零件在受载前后由点接触或线接触变为小表面积接触， 且其表面产生很大的局部应力（称为接触应力），这时零件的 强度称为接触强度）。表面强度不够，会发生表面损伤。
*最大应力σmax *最小应力σmin
→平均值 (平均应力σm)
(σmax－σmin)／2 →应力幅 σa
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σ
σa
σm t
机械设计9章
σ
静～ γ=+1
σ
σ
σ
t
t
t
非对称～
对称～ γ=－1
t 脉动～
γ= 0
*变化规律→σmin／σmax=γ →应力循环特性
当σm＝0 (σmax＝－σmin)
└过盈配合→孔＜轴
接 Ø35H7/r7
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机械设计9章
公差带位置(28)： 轴→小写 拉丁字母－f、k、r
孔→大写
－H、G、K
公差等级: (尺寸精度等级): 1～20级，常用4～11级
→置于公差代号之后 轴(f7 、k7、r7) ; 孔(F7、H7 、K7)
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机械设计9章
①疲劳曲线：应力与循环次数间的关系曲线
σ↓ →N↑ 当N＜N0 :
σ N0－循环基数
σ-1N：对应N的疲劳极限 σ－1:γ=－1的疲劳极限(N=N0) kN：寿命系数
当N≥N0 : kN =1 σ-1N= σ-1
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N
N0 N
图9-3 p.116
机械设计9章
②影响零件疲劳强度的主要因素: 应力集中、尺寸、表面形状
对称循环变应力时
脉动循环变应力时
注意: 以上为无限寿命条件下的许用应力。若使用期限内，循环 次数N小于循环基数N0时，应取对应于N的疲劳极限。
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四．安全系数
安全系数过大→结构笨重；否则，不安全 安全系数没有专门表格，可参考的原则
1）静应力下，塑性材料以屈服极限为极限应力，可取 1.2-1.5；对于塑性较差的材料或铸钢件可取1.5-2.5。
2）静应力下，脆性材料以强度极限为极限应力，应选 取较大安全系数，3-4。
3）变应力下，以疲劳极限作为极限应力，可取1.3-1.7。
4）也可用部分系数法来确定。
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例题
已知：小车+电葫芦+起重=20kN 求：（1）各作用力；
（2）拉杆、横梁的主要失 效形式及判定条件 • 步骤：1）受力分析
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机械设计9章
§9-1 机械零件设计概述 p.113
(一)机械设计应满足的要求 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、造型完美
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机械设计9章
§9-1 机械零件设计概述 p.113
(二)设计机械零件应满足的要求 →既要工作可靠, 又要成本低
σＢ－强度极限
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机械设计9章
三．变应力作用下许用应力 1.失效形式: →疲劳断裂（图9-2 p.113)
2.疲劳断裂的特征 1）疲劳断裂最大应力远低于静应力下材料的强度极限 2）断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂 3）疲劳断裂是损伤的积累
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机械设计9章
疲劳断裂是损伤到一定程度后，即裂纹扩展到一定程度后，发生 突然断裂→与应力循环次数（使用期限或寿命）密切相关。
可用热处理改善其性能 按用途分：结构钢、工具钢和特殊钢 按化学成分：碳素钢和合金钢；碳素钢的性能主要取决
于含碳量，含碳量越高，钢的强度高，塑性越低
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机械设计9章
碳素结构钢:含Ｃ不超过0.7 <0.25%的低碳钢，强度和屈服极限低，塑性高，适于
冲压、焊接，螺钉、螺母、垫圈等
0.3%<C<0.5%的中碳钢，综合力学性能较好，常用作 受力较大的螺栓、螺母、键、齿轮和轴
0.55%<C<0.7%的高碳钢，具有较高的强度和弹性，常 用作普通的板弹簧、螺旋弹簧和钢丝绳等
合金结构钢:Ｃ钢中添加合金元素来改善钢的性能 铸钢:液态流动性比铸铁差 3. 铜合金 二. 非金属材料：橡胶、塑料
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机械设计9章
§9-6公差与配合、表面粗糙度和优先数列 一、极限与配合： p.124 →互换性
意义：（1）制造：专业大量生产、既可提高产品质量，又可降低成本；（2） 设计：减少设计工作量；（3）管理维修：减少库存，便于更换零件。
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机械设计9章
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/18
机械设计9章
机械设计9章
分析处理问题的思路：∵（任务）设计零件→ ∴(抓住)计算准则 ∴学习贯穿一条线：
*受力分析（*载荷及应力分析←功用、*工作原理）
↓ *失效形式（*主要失效形式←分类）
↓
*计算准则（公式建立的依据）
↓
强度计算（*设计方法→先定主参数* ←*许用应力
↓
←材料）
结构设计（尺寸及绘图←结构特点、标准）
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机械设计9章
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例子
• 已知：D1，D2，b，小轮主 动，转速，功率，载荷系数 K，摩擦系数
• 求： • （1）求法向压紧力
接触处的最大摩擦力fFn，拖动从 动轮所需的圆周力F，考虑附加载 荷的影响，计算圆周力KF，为防 止打滑需要fFn>KF。
• （2）接触应力 • （3）验算表面接触强度
轴为例→ 失效原因可能疲劳断裂 + 过大弹性变形
计算准则→
疲劳强度
轴的刚度
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机械设计9章
(三) 机械零件的主要失效形式及计算准则
失效形式→ 强度、刚度、耐磨性、稳定 性、温度的影响
计算准则→┌强度准则 →主要→介绍 ├刚度准则 ├振动稳定性准则 └其它准则
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机械设计9章
配合 基孔制→孔的下偏差＝0 制度: 基轴制→轴的上偏差＝0
→常用基孔制
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机械设计9章
二.表面粗糙度 p.126 手册P.175
→零件表面的微观几何形状误差 →（评定）轮廓算术平均偏差(表面粗糙度Ｒａ)
三.优先数列: p.126 手册P.117
→便于组织生产和降低成本ＧＢ321－80
机械设计9章
§9-4 机械零件的耐磨性
磨损：运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象→改变尺寸 和摩擦表面形状→运动副间隙↑，精度↓，效率↓，振动噪音↑ 约有80%的损坏零件来自于磨损，原因复杂，有物理、化学、 机械等。
磨损的主要类型： （1）磨粒磨损 （2）粘着磨损（胶合） （3）疲劳磨损（点蚀） （4）腐蚀磨损
* 避免在预定寿命周期内失效
失效 －机械零件由于某种原因不能正常工作 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 承载能力 →对载荷而言
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机械设计9章
(三) 机械零件的主要失效形式及计算准则
失效原因→ 断裂或塑性变形；弹性变形过大；表 面过度磨损或损伤；强烈振动；连接 的松弛；摩擦传动的打滑
Fx, Fy FBy FBx
机械设计9章
2）主要失效形式及其判定条件
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机械设计9章
例题
（1）载荷的大小方向不变，轴内弯曲应力为对称循环变应力，循 环特性-1。
（2）A-A截面的弯曲应力 弯矩：MA =FL，截面系数：W=πd3/32，弯曲应力σb=MA/W （3）求各项系数：有效应力集中系数、尺寸系数、表面状态系数
机械设计9章
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2020/11/18
机械设计9章
→γ= －1→对称循环～
图9-1 .C
→γ= 0 →脉动循环～ 图d
→γ＝＋1 →静应力 图a
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机械设计9章
二．静应力下的许用应力
失效形式：断裂或塑性变形 塑性材料→应避免塑性变形
[σ]= σs/S
σｓ－屈服极限
脆性材料→断裂
[σ]= σB/S
实用耐磨计算： p≤[p]
运动速度较高时，还应考虑单位时间接触面积的发热量
pv≤[pv]
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机械设计9章
§9-5 机械制造中常用材料及其选择 p.122
常用材料：钢和铸铁、其次有色金属合金
一.金属材料 1. 铸铁:含Ｃ＞2％，易溶性、良好的液态流动性→铸造
减震性、耐磨性、切削性好且成本低 常见铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁 2. 钢:含Ｃ量＜2％，具有较高的强度、韧性和塑性，并
Ｒ5 →公比
; Ｒ10 →公比=
Ｒ20 →公比 =
; Ｒ40 →公比=
p.126 倒2
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机械设计9章
§9-7 机械零件的工艺性及标准化 p.127
一.工艺性: P127第6 工艺性好→易加工、装配，费用低 基本要求：
(1) 毛抷选择合理 (2) 结构简单合理 (3) 规定适当的制造精度和表面粗糙度
（4）疲劳强度校核：
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机械设计9章
例题
已知：齿轮啮合，转速n=200r/min，每天工作8h。 问：（1）弯曲应力是哪种类型循环变应力？
（2）一年（250天）该齿轮应力循环总数是多少？
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机械设计9章
ห้องสมุดไป่ตู้
§9-3 机械零件的接触强度
（整体强度&接触强度区别）
若两个零件在受载前后由点接触或线接触变为小表面积接触， 且其表面产生很大的局部应力（称为接触应力），这时零件的 强度称为接触强度）。表面强度不够，会发生表面损伤。
*最大应力σmax *最小应力σmin
→平均值 (平均应力σm)
(σmax－σmin)／2 →应力幅 σa
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σ
σa
σm t
机械设计9章
σ
静～ γ=+1
σ
σ
σ
t
t
t
非对称～
对称～ γ=－1
t 脉动～
γ= 0
*变化规律→σmin／σmax=γ →应力循环特性
当σm＝0 (σmax＝－σmin)
└过盈配合→孔＜轴
接 Ø35H7/r7
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机械设计9章
公差带位置(28)： 轴→小写 拉丁字母－f、k、r
孔→大写
－H、G、K
公差等级: (尺寸精度等级): 1～20级，常用4～11级
→置于公差代号之后 轴(f7 、k7、r7) ; 孔(F7、H7 、K7)
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机械设计9章
①疲劳曲线：应力与循环次数间的关系曲线
σ↓ →N↑ 当N＜N0 :
σ N0－循环基数
σ-1N：对应N的疲劳极限 σ－1:γ=－1的疲劳极限(N=N0) kN：寿命系数
当N≥N0 : kN =1 σ-1N= σ-1
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N
N0 N
图9-3 p.116
机械设计9章
②影响零件疲劳强度的主要因素: 应力集中、尺寸、表面形状
对称循环变应力时
脉动循环变应力时
注意: 以上为无限寿命条件下的许用应力。若使用期限内，循环 次数N小于循环基数N0时，应取对应于N的疲劳极限。
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机械设计9章
四．安全系数
安全系数过大→结构笨重；否则，不安全 安全系数没有专门表格，可参考的原则
1）静应力下，塑性材料以屈服极限为极限应力，可取 1.2-1.5；对于塑性较差的材料或铸钢件可取1.5-2.5。
2）静应力下，脆性材料以强度极限为极限应力，应选 取较大安全系数，3-4。
3）变应力下，以疲劳极限作为极限应力，可取1.3-1.7。
4）也可用部分系数法来确定。
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例题
已知：小车+电葫芦+起重=20kN 求：（1）各作用力；
（2）拉杆、横梁的主要失 效形式及判定条件 • 步骤：1）受力分析
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机械设计9章
§9-1 机械零件设计概述 p.113
(一)机械设计应满足的要求 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、造型完美
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机械设计9章
§9-1 机械零件设计概述 p.113
(二)设计机械零件应满足的要求 →既要工作可靠, 又要成本低
σＢ－强度极限
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三．变应力作用下许用应力 1.失效形式: →疲劳断裂（图9-2 p.113)
2.疲劳断裂的特征 1）疲劳断裂最大应力远低于静应力下材料的强度极限 2）断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂 3）疲劳断裂是损伤的积累
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疲劳断裂是损伤到一定程度后，即裂纹扩展到一定程度后，发生 突然断裂→与应力循环次数（使用期限或寿命）密切相关。
可用热处理改善其性能 按用途分：结构钢、工具钢和特殊钢 按化学成分：碳素钢和合金钢；碳素钢的性能主要取决
于含碳量，含碳量越高，钢的强度高，塑性越低
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碳素结构钢:含Ｃ不超过0.7 <0.25%的低碳钢，强度和屈服极限低，塑性高，适于
冲压、焊接，螺钉、螺母、垫圈等
0.3%<C<0.5%的中碳钢，综合力学性能较好，常用作 受力较大的螺栓、螺母、键、齿轮和轴
0.55%<C<0.7%的高碳钢，具有较高的强度和弹性，常 用作普通的板弹簧、螺旋弹簧和钢丝绳等
合金结构钢:Ｃ钢中添加合金元素来改善钢的性能 铸钢:液态流动性比铸铁差 3. 铜合金 二. 非金属材料：橡胶、塑料
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§9-6公差与配合、表面粗糙度和优先数列 一、极限与配合： p.124 →互换性
意义：（1）制造：专业大量生产、既可提高产品质量，又可降低成本；（2） 设计：减少设计工作量；（3）管理维修：减少库存，便于更换零件。
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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机械设计9章
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分析处理问题的思路：∵（任务）设计零件→ ∴(抓住)计算准则 ∴学习贯穿一条线：
*受力分析（*载荷及应力分析←功用、*工作原理）
↓ *失效形式（*主要失效形式←分类）
↓
*计算准则（公式建立的依据）
↓
强度计算（*设计方法→先定主参数* ←*许用应力
↓
←材料）
结构设计（尺寸及绘图←结构特点、标准）
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例子
• 已知：D1，D2，b，小轮主 动，转速，功率，载荷系数 K，摩擦系数
• 求： • （1）求法向压紧力
接触处的最大摩擦力fFn，拖动从 动轮所需的圆周力F，考虑附加载 荷的影响，计算圆周力KF，为防 止打滑需要fFn>KF。
• （2）接触应力 • （3）验算表面接触强度
轴为例→ 失效原因可能疲劳断裂 + 过大弹性变形
计算准则→
疲劳强度
轴的刚度
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(三) 机械零件的主要失效形式及计算准则
失效形式→ 强度、刚度、耐磨性、稳定 性、温度的影响
计算准则→┌强度准则 →主要→介绍 ├刚度准则 ├振动稳定性准则 └其它准则
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配合 基孔制→孔的下偏差＝0 制度: 基轴制→轴的上偏差＝0
→常用基孔制
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二.表面粗糙度 p.126 手册P.175
→零件表面的微观几何形状误差 →（评定）轮廓算术平均偏差(表面粗糙度Ｒａ)
三.优先数列: p.126 手册P.117
→便于组织生产和降低成本ＧＢ321－80
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§9-4 机械零件的耐磨性
磨损：运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象→改变尺寸 和摩擦表面形状→运动副间隙↑，精度↓，效率↓，振动噪音↑ 约有80%的损坏零件来自于磨损，原因复杂，有物理、化学、 机械等。
磨损的主要类型： （1）磨粒磨损 （2）粘着磨损（胶合） （3）疲劳磨损（点蚀） （4）腐蚀磨损
* 避免在预定寿命周期内失效
失效 －机械零件由于某种原因不能正常工作 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 承载能力 →对载荷而言
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(三) 机械零件的主要失效形式及计算准则
失效原因→ 断裂或塑性变形；弹性变形过大；表 面过度磨损或损伤；强烈振动；连接 的松弛；摩擦传动的打滑
Fx, Fy FBy FBx
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2）主要失效形式及其判定条件
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例题
（1）载荷的大小方向不变，轴内弯曲应力为对称循环变应力，循 环特性-1。
（2）A-A截面的弯曲应力 弯矩：MA =FL，截面系数：W=πd3/32，弯曲应力σb=MA/W （3）求各项系数：有效应力集中系数、尺寸系数、表面状态系数
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