机械零件设计基础

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1、河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院机械设计基础机械设计基础A2A21/65机械设计基础机械设计基础A2主讲：周志刚主讲：周志刚学时：56/90Tel：15137976859Email：答疑安排 时间：星期四上午10:30-11:30 地点：2-209河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院 101 机械设计中的强度、许用应力和安全系数机械设计中的强度、许用应力和安全系数10-2 机械设计中的摩擦、磨损和润滑机械设计中的摩擦、磨损和润滑10-3 机械设计的基本要求和一般程序机械设计的基本要求和一般程序10-4 机械设计中常用材料的选用原则机械设计中常

2、用材料的选用原则第十章第十章 机械零件设计基础机械零件设计基础河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院3 3/65/65 强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。10101 1 机械设计中的强度、许用应力和安全系数机械设计中的强度、许用应力和安全系数 在机械设计过程中，主要零部件的基本尺寸的确定往往是通过强度计算、刚度计算并经结构化之后确定的。而在进行设计计算时，应先确定该零件工作时所承受的载荷和应力的性质。河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技

3、大学车辆与动力工程学院 一、载荷和应力10101 1 机械设计中的强度、许用应力和安全系数机械设计中的强度、许用应力和安全系数 1.1.载荷载荷（1）载荷的分类 静载荷变载荷载荷河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院10101 1 机械设计中的强度、许用应力和安全系数机械设计中的强度、许用应力和安全系数（2）载荷的分类 名义载荷计算载荷载荷工作载荷：机器正常工作时所承受的载荷。当缺乏工作载荷谱 或者工作载荷难于确定时，用名义载荷代替。名义载荷：在平稳工作条件下，零件所能承受的最大载荷F。 计算载荷：用于设计计算的载荷（考虑收到内外部激励所产生 的附加动载荷影响），FC=K

4、F。工作载荷河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院t 2.2.应力应力t 静应力：由静载荷产生变应力：由静载荷或变载荷产生naFaFaFFnat AFa10101 1 机械设计中的强度、许用应力和安全系数机械设计中的强度、许用应力和安全系数应力河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院变应力稳定变应力（ m、 a 、T均为常数）规律性非稳定变应力随机变应力非稳定变应力（ m、 a 、T之一不为常数）t maxminamT对称循环变应力脉动循环变应力非对称循环变应力tt变应力的类型10101 1 机械设计中的强度、许用应力和安全系数机械设计中的强度、许用应

5、力和安全系数河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院（1）稳定性变应力的描述m平均应力；max最大应力； min最小应力r 应力比（循环特性）2minmaxm2minmaxamaxminr描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有2个参数是独立的。ammaxt amminmaxminmaa应力幅10101 1 机械设计中的强度、许用应力和安全系数机械设计中的强度、许用应力和安全系数河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院1、非对称循环11r2、对称循环minmaxa0mt1rt maxminmanaFaFaFFna10101 1 机械设计中的强度、许用

6、应力和安全系数机械设计中的强度、许用应力和安全系数maxminmaxmin河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院3、脉动循环tmaxmamax21am0minFa4、静应力t0r1rnaaFaF10101 1 机械设计中的强度、许用应力和安全系数机械设计中的强度、许用应力和安全系数min0河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院二、机械零件的疲劳强度lim s强度计算通式：-计算应力（零件所受的实际应力）；S-许用安全系数（查手册）； lim-极限应力，取决于材料等因素；10101 1 机械设计中的强度、许用应力和安全系数机械设计中的强度、许用应力和安

7、全系数河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院 许用应力：零件设计的最大条件应力。 Slim 1. 1. 许用应力和安全系数许用应力和安全系数 极限应力脆性材料： lim 为强度极限b 静应力：失效形式为断裂或塑性变形。塑性材料： lim 为屈服极限 s安全系数（查表法、计算法）10101 1 机械设计中的强度、许用应力和安全系数机械设计中的强度、许用应力和安全系数河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院疲劳失效的机理疲劳失效是零件在变应力（ r B或或 S）反复长期作用下，疲劳损伤积累的结果，经历三个阶段： 裂纹形成裂纹扩展瞬时断裂疲劳源疲劳源粗糙区粗

8、糙区光滑区光滑区变应力疲劳失效10101 1 机械设计中的强度、许用应力和安全系数机械设计中的强度、许用应力和安全系数河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院10101 1 机械设计中的强度、许用应力和安全系数机械设计中的强度、许用应力和安全系数河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院10101 1 机械设计中的强度、许用应力和安全系数机械设计中的强度、许用应力和安全系数河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院 变应力：失效形式为疲劳破坏。lim 为疲劳极限rN（如-1、0）rNrNON0NN0循环基数mm-材料常数，由试验确定。mr

9、rNNN010101 1 机械设计中的强度、许用应力和安全系数机械设计中的强度、许用应力和安全系数河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院34、影响零件疲劳强度的主要因素材料试件材料试件不同于零件，零件的几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得的疲劳极限要小于的疲劳极限。应力集中的影响 理论应力集中系数k、k；FFmax绝对尺寸的影响 尺寸系数、；表面质量的影响 表面质量系数综合影响系数1)(kKD？10101 1 机械设计中的强度、许用应力和安全系数机械设计中的强度、许用应力和安全系数河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院10102

10、 2 机械设计中的摩擦、磨损和润滑机械设计中的摩擦、磨损和润滑q 摩擦是相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象；q 磨损是由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；q 润滑是减轻摩擦和磨损所应采取的措施。关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学(Tribology)。 一、概述： 随着科学技术的发展，摩擦学的理论和应用必将由宏观进入微观，由静态进入动态，由定性进入定量，成为系统综合研究的领域。 世界上使用的能源大约有 1/31/2 消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗，便可大量节省能源。另外，机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的，如果能控制和减少磨损，则既减少设备维修次

11、数和费用，又能节省制造零件及其所需材料的费用。河南科技大学车辆与动力工程学院河南科技大学车辆与动力工程学院10102 2 机械设计中的摩擦、磨损和润滑机械设计中的摩擦、磨损和润滑2.2.摩擦的分类摩擦的分类内 摩 擦：在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运动的现象。外 摩 擦：在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍作用现象。静 摩 擦：仅有相对运动趋势时的摩擦。动 摩 擦：在相对运动进行中的摩擦。滑动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滑动。滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动。q “机械说”产生摩擦的原因是表面微凸体的相互阻碍作用；q “分子说”产生摩擦的原因是表面材料分子间的吸力作用；1.1.