机械设计第三讲
机械设计第三章
图3-6 材料疲劳曲线
3.等寿命疲劳曲线(极限应力线图) 如图3-7
(2) 疲劳强度失效 零件疲劳强度失效分为整体疲劳强度失效和接触疲劳强度失效,表现为零件在疲劳应 力作用下出现的整体疲劳断裂或疲劳点蚀等。 零件整体疲劳断裂为危险截面上的变应力小于零件极限应力的情况下多次循环作用而 引起的断裂,如齿轮轮齿的疲劳折断等。 接触疲劳点蚀是在交变接触应力循环作用下,零件表层材料产生初始疲劳裂纹、裂纹不 断扩展,直至剥落,使零件表面形成麻点或凹坑,简称点蚀。零件接触表面初始裂纹的发 生受材料存在的微裂纹、杂质等缺陷影响。点蚀的形成会减少零件的有效工作面积,从 而降低零件传递载荷的能力。此外,由于表面被破坏,零件失去正确的形状,工作时将引 起振动和噪声。疲劳点蚀是闭式传动齿轮、滚动轴承等零件的主要失效形式。
应力特征由五个参量进行描述：
平均应力
最大应力
σmax=σm+σa σmin=σm-σa
应力幅
最小应力
应力比 这五个应力特征参数仅有两个是独立参量。因此,其中任意两个参数即可准确 描述一个循环应力。
(2)名义应力和计算应力 机器正常工作时零件所受的载荷为实际载荷。机械零件工作时受到机器动力参数 不稳定、载荷分布不均匀等多种实际因素影响,致使零件的实际载荷难以准确计算, 即零件的实际载荷与名义载荷存在一定的差异。为此,工程中常引入载荷系数对名 义载荷进行修正,修正以后的载荷称为计算载荷。
3.3 机械零件的强度设计
机械零件的强度可分为整体强度和表面强度。整体强度包括静强度和疲劳强 度;而表面强度包含表面挤压强度和表面接触疲劳强度。
3.3.1 材料的疲劳特性
1.材料的疲劳现象 疲劳破坏常见形式有疲劳点蚀和疲劳断裂。 材料疲劳破坏的特征是:材料承受的应力为变应力,且最大工作应力小于或远 小于极限应力;应力是长时间的反复作用;疲劳断裂宏观上具有突发性。 2.材料的疲劳曲线 在应力循环特性r一定时,材料循环N次不发生破坏的最大应力称为材料的疲劳极 限,用σrN表示。应力循环特性r不同,材料的疲劳极限和循环次数之间的关系不同。 材料疲劳曲线(σ-N曲线),如图3-6所示。
机械设计第三章
第三章机械零件的强度载荷及应力§3-1 材料的疲劳特性§3-2机械零件的疲劳强度计算§3-3机械零件的抗断裂强度§3-4机械零件的接触强度材料疲劳的两种类别材料的疲劳特性一、交变应力的描述σm ─平均应力；σa ─应力幅值σmax ─最大应力；σmin ─最小应力r ─应力比（循环特性）2minmax m σσσ+=2minmax a σσσ−=maxmin σσ=r 描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。
r = -1对称循环应力r =0脉动循环应力r =1静应力疲劳曲线材料的疲劳特性机械零件的疲劳大多发生在σ－N 曲线的CD 段，可用下式描述：)(D C m rN N N N C N ≤≤= σ)D r rN N N >=∞ （σσD 点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区其方程为：由于N D 很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N 0(称为循环基数)，用N 0及其相对应的疲劳极限σr 来近似代表N D 和σr∞，于是有：有限寿命区间内循环次数N 与疲劳极限σrN 的关系为：式中，σr 、N 0及m 的值由材料试验确定。
二、σ－N 疲劳曲线m0r rN NN σσ=0mrN r N N ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=σσσ－N 疲劳曲线详细说明CN N ==0m r m rN σσ例题1 Mpa 2751=−σMpa s 355=σN1−σ某钢材的对称循环弯曲疲劳极限，屈服极限，取循环基数N 0=107，寿命指数m=9，试求循环次数N 分别为105，5X106，108次时相应的寿命系数K N 和疲劳极限。
解：由题意知Mpa 。
Mpa Mpa MpaK N N K N N N N mN 355,35545945927567.167.1101011111111957101=>==×=====−−−−σσσσ所以取由于MpaK N N K N N mN 29727508.108.1105101221967202=×=×==×==−−σσ。
机械设计课件演示文稿
σ0/ 2
45°
O σ0/ 2 σS
45°
C
σm
材料的极限应力线图
对称循环： σm=0 脉动循环： σm=σa =σ0 /2 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：
1am
A’Ｇ’直线上任意点代表了一定循环特性时的疲劳极
限。
CＧ’直线上任意点N’ 的坐标为（σ’m ，σ’a ） 由∆中两条直角边相等可求得 CＧ’直线的方程为：
3. 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。
4. 实践证明，机械零件的疲劳 σmax
大多发生在CD段。
σB A B C
可用下式描述：
rm N N C (N C N N D )
σrN σr
D点以后的疲劳曲线呈一水 平线，代表着无限寿命区其
CD区间-----有限疲劳寿命阶段 D点之后----无限疲劳寿命阶段 高周疲劳
例 3.1 某钢材的对称循环弯曲疲劳极限 1 275MPa ，屈服极限
s 355MPa ，循环基数 N0 107 ，寿命指数 m 9 ，试求循环次数 N
分别为105 ， 5106 ，108 次时相应的寿命系数 KN 和疲劳极限 1N 。
机械设计课件演示文稿
内容提要
第三章 机械零件的强度
§3-1 材料的疲劳特性 §3-2 机械零件的疲劳强度计算 §3-3 机械零件的抗断裂强度 §3-4 机械零件的接触强度
§3-1 材料的疲劳特性
一、应力的种类
静应力: σ=常数 变应力: σ随时间变化
平均应力:
m
m
axm
机械设计基础第三章（西北工业大学）
机械设计基础第三章（西北工业大学）第三章机械零件的强度3-1 材料的疲劳特性§3-2 机械零件的疲劳强度计算§3-3 机械零件的抗断裂强度§3-4 机械零件的接触强度疲劳曲线机械零件的疲劳大多发生在s －N 曲线的CD 段，可用下式描述：)(D C m rN N N N C N ≤≤= s )D r rN N N >=∞（s s D 点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区其方程为：由于N D 很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N 0(称为循环基数)，用N 0及其相对应的疲劳极限σr 来近似代表N D 和σr∞，于是有：CN N ==0m rm rN s s 有限寿命区间内循环次数N 与疲劳极限s rN 的关系为：式中，s 、N 及m 的值由材料试验确定。
二、s －N 疲劳曲线m0r rN N N s s =0mrN r N N=s s s －N 疲劳曲线详细说明极限应力线图三、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）机械零件材料的疲劳特性除用s －N 曲线表示外，还可用等寿命曲线来描述。
该曲线表达了不同应力比时疲劳极限的特性。
在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。
用A 'Ｇ'C 折线表示零件材料的极限应力线图是其中一种近似方法。
A 'Ｇ'直线的方程为：m a1s ψs s s '+'=-s m as s s ='+'C Ｇ'直线的方程为：12s s s ψs -=-ψσ为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由试验及下式决定：详细介绍对于碳钢，ψ≈0.1~0.2，对于合金钢，ψ≈0.2~0.3。
机械零件的疲劳强度计算1一、零件的极限应力线图由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。
以弯曲疲劳极限的综合影响系数Ｋσ表示材料对称循环弯曲疲劳极限σ-1与零件对称循环弯曲疲劳极限σ-1e 的比值，即e11--=s s s K 在不对称循环时，Ｋσ是试件与零件极限应力幅的比值。
机械设计课程设计 ppt课件
16
第一讲 概述与设计计算
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17
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18
PPT课件
19
河科大机设课程设计
减速器装拆与草图设计
第二讲
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20
第二讲 减速器装拆与草图设计
减速器装拆 认知：内、外部结构
草图设计 检查传动比及计算尺寸的合理性 确定主要传动件的结构及相互位置 为计算提供依据
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题号
A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12
滚筒圆周力 5 5 5 5 6 6 6 6 7 7 7 7
KN
滚筒速度m/s 1.1 1.2 1.3 1.4 1.1 1.2 1.3 1.4 1.1 1.2 1.3 1.4
滚筒直径mm 350 350 350 350 380 380 380 380 400 400 400 400
编注零件序号应避免出现遗漏和重复，与零件种 类必须一一对应，不同种类零件均应单独编号。
对于材料、尺寸、规格和精度完全相同的零件应编
为一个序号。
12 13 14
引出线不应相交，也不应与剖面线平行 。
装配关系明确的零件组（如螺栓、螺母和垫圈）可 用公共引出线，但应分别编注序号。
独立部件（如滚动轴承、通气器等）只编一个序号。
2 要求： 对给定方案进行分析评价（各级传动顺序安排是否合理、各轴转 向如何确定、轴上零件的位置是否合理、传动空间是否紧凑等）， 分析评价内容写入计算书。
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4
第一讲 概述与设计计算
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5
第一讲 概述与设计计算
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6
第一讲 概述与设计计算
机械系统=原动机（电动机）+传动机（带传动、齿轮传动、链传
《机械设计基础》课件第3章
3.2.4
如果把曲柄滑块机构中的滑块作为机架，如图3-14(a)所示， 则得到移动导杆4在固定滑块3中往复移动的定块机构。在图314(b)中，固定滑块3成为唧筒外壳，移动导杆4的下端固结着汲 水活塞，在唧筒3的内部上下移动，实现汲水的目的。
图3-14 定块机构及其应用
3.2.5 含有两个移动副的四杆机构 我们可利用前述使杆件不断增长的办法来获得具有两个
【例3-1】在图3-18所示四铰链机构中，已知：b＝50mm，c ＝35 mm，d＝30mm，AD为固定件。
(1) 如果能成为曲柄摇杆机构，且AB是曲柄，求a的极限值。
(2) 如果能成为双曲柄机构，求a的取值范围。
(3) 如果能成为双摇杆机构，求a的取值范围。
解：
(1) 若能成为曲柄摇杆机构，则机构必须满足“杆长之和的 条件”，且AB应为最短杆。
图3－10 回转导杆机构以及刨床机构
3.2.3 曲柄摇块机构和摆动导杆机构 如果把图3－9所示机构的构件2作为机架，如图3－11(a)
所示，则构件1将是绕固定转轴B转动的曲柄，而滑块3则成 为绕机架2上的点C作定轴往复摆动的滑块，因此图3－11(a) 所示机构称为曲柄摇块机构。如果把图3－11(a)中的杆状构 件4做成块状构件，而把滑块3做成杆状构件，然后穿过块 状构件4而组成移动副，如图3－11(b)所示，则绕点C作往复 摆动的杆状构件3成为定轴摆动的导杆，因此称为摆动导杆 机构。图3－11(a)、(b)所示的曲柄摇块机构只是在构件形状 上有所不同，二者在本质上是完全相同的。在这里，杆状 构件与块状构件之间的形状互换属于一种形态变换。
图3－3 曲柄摇杆机构的应用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.1.2 双曲柄机构 铰链四杆机构的两个连架杆都是曲柄时，称为双曲柄机
机械设计基础pptppt第三章
起始位置，这个过程称为回程， 动角。
δh称为回程运
近休在轮止最连角近续：位回当置转凸停时轮留，继不从续动动回，件转重δ角复s’度上称δ述为s’运近动休时。止，角从。动凸件
从动件位移线图
如果以直角坐标系的纵坐标代表从动件移动 的位移 ，横坐标代表凸轮的转角 (因凸轮通常是 匀速转动的，因此横坐标实际上也代表时间)，则 可以画出从动件位移 与凸轮转角 之间的关系曲 线(图b)，我们将该曲线称为从动件位移线图。
机械设计基础
Foundation of Machine Design
物流工程学院 机械设计与制造系
2018年11月1日星期四
第3章 凸轮机构设计
凸轮机构的应用和分类 从动件的常用运动规律 盘状凸轮轮廓的设计 凸轮设计中应注意的问题
§3-1 凸轮机构的应用与分类
一、凸轮机构的应用
凸轮机构—高副机构，可方便实现各种复杂的 预期的运动规律
推程：当凸轮以等角速度 沿逆时针方向转过角度
δ的t运时动，规从律动由件离的回尖转顶中被心凸最轮近轮的廓位推置动到，达以最一远定位
置，这个过程称为推程。而与推程对应的凸轮转
角δ0称为推程运动角。
远休最止远角位：置当保凸持轮不继动续，回δ转s称角为度远δ休s 止时角，。从动件在
回程簧：力凸或轮其继它续力回的转作角用度下δ，h时以，一从定动的件运在动重规力律、回弹到
一、直动从动件盘形凸轮阔线设计
已知条件：从动件运动规律，偏距e ，凸轮转动方向，基圆和滚子半 径通常根据具体情况确定。（例 凸轮逆时针转动120°，从动件等 加速等减速上升h，凸轮继续转动 60°，从动件在最高位置不动， 然后在转90°，以余弦加速度回 到最低点，凸轮转90°，从动件 在最低点不动。）