第9章机械零件设计概论 ◆内容 §9-1机械零件设计概述 §9-2机械零件的强度 (重点) §9-3机械零件的接触强度（重点） §9-4机械零件的耐磨性 §9-5机械制造常用材料及其选择 §9-6极限与配合、表面粗糙度和优先数系 §9-7机械零件的工艺性及标准化 机械设计基础
第9章 机械零件设计概论 u内容 §9-1 机械零件设计概述 §9-2 机械零件的强度（重点） §9-3 机械零件的接触强度（重点） §9-4 机械零件的耐磨性 §9-5 机械制造常用材料及其选择 §9-6 极限与配合、表面粗糙度和优先数系 §9-7 机械零件的工艺性及标准化
§9-1 机械零件设计概述 一.机械设计应满足的要求： 在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、维修简单和造型美观等。 概括地说是：工作可靠、成本低廉。 二.名词术语： 1.失效：机械零件由于某种原因不能正常工作 (完不成规定的功能或达不到设计要求的性 能)时，称为失效。 机械设计基础
§9-1 机械零件设计概述 一 ．机械设计应满足的要求： u 在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、维修简单和造型美观等。 u 概括地说是：工作可靠、成本低廉。 二．名词术语： 1. 失效： 机械零件由于某种原因不能正常工作 （完不成规定的功能或达不到设计要求的性 能）时，称为失效
§9-1 机械零件设计概述 2.失效的形式： 因强度不够发生断裂或塑性变形； 因刚度不够而产生过大的弹性变形； 因耐磨性不足或润滑不良而使工作表面过度磨损或 损伤； 或因长细比（也称柔度) 过大稳定性不足而发生失 稳； 因失去振动稳定性而发生强烈的振动( 或共振)、 联接的松弛、摩擦传动的打滑等。 归纳起来最主要的为强度、刚度、耐磨性、 稳定性 机械设计基础 和温度的影响等几个方面的问题。 同一种零件可能的失效形式往往有若干种
§9-1 机械零件设计概述 2. 失效的形式： u 因强度不够发生断裂或塑性变形； u 因刚度不够而产生过大的弹性变形； u 因耐磨性不足或润滑不良而使工作表面过度磨损或 损伤； u 或因长细比（也称柔度）过大稳定性不足而发生失 稳； u 因失去振动稳定性而发生强烈的振动（或共振）、 联接的松弛、摩擦传动的打滑等。 u 归纳起来最主要的为强度、刚度、耐磨性、稳定性 和温度的影响等几个方面的问题。 u 同一种零件可能的失效形式往往有若干种
§9-1 机械零件设计概述 3.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（或者说在一定条件下零件抵抗失效 的能力)。通常，用载荷大小来衡量这个限度，所 以习惯上称为承载能力。 4.工作能力计算准则：为防止机械零件发生某种失 效而应满足的条件。也可以理解为是机械零件不发 生失效的“安全条件”，是设计零件时的理论依据。 5.设计计算与校核计算：为了防止机械零件在工作中 产生失效，设计时，需要以零件的工作能力计算准 机械设计基础 则为依据进行必要的计算，常用的计算方法（过程） 有设计计算和校核计算两种
3. 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（或者说在一定条件下零件抵抗失效 的能力）。通常，用载荷大小来衡量这个限度，所 以习惯上称为承载能力。 4. 工作能力计算准则： 为防止机械零件发生某种失 效而应满足的条件。也可以理解为是机械零件不发 生失效的“安全条件” ，是设计零件时的理论依据。 5. 设计计算与校核计算：为了防止机械零件在工作中 产生失效，设计时，需要以零件的工作能力计算准 则为依据进行必要的计算，常用的计算方法（过程） 有设计计算和校核计算两种。 §9-1 机械零件设计概述
§9-1 机械零件设计概述 设计计算：先分析零件的可能失效形式，根 据该失效形式的计算准则通过计算确定零件 的结构尺寸。 校核计算：先确定零件的结构尺寸，然后再 验算零件是否满足计算准则。如不满足，则 应修改零件的尺寸。 机械设计基础
u 设计计算：先分析零件的可能失效形式，根 据该失效形式的计算准则通过计算确定零件 的结构尺寸。 u 校核计算：先确定零件的结构尺寸，然后再 验算零件是否满足计算准则。如不满足，则 应修改零件的尺寸。 §9-1 机械零件设计概述
§9-1 机械零件设计概述 三.机械零件的设计步骤 1) 拟定零件的计算简图。 2) 确定作用在零件上的载荷。 3) 选择合适的材料。 4) 根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定条件， 确定零件的形状和主要尺寸。 应当注意，零件尺寸的计算值一般并不是最终采用的 数值，设计者还要根据制造零件的工艺要求和标准、 规格加以圆整。 机械设计基础 5) 绘制工作图并标注必要的技术条件
三．机械零件的设计步骤 1) 拟定零件的计算简图。 2) 确定作用在零件上的载荷。 3) 选择合适的材料。 4) 根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定条件， 确定零件的形状和主要尺寸。 u 应当注意，零件尺寸的计算值一般并不是最终采用的 数值，设计者还要根据制造零件的工艺要求和标准、 规格加以圆整。 5) 绘制工作图并标注必要的技术条件。 §9-1 机械零件设计概述
§9-2 机械零件的强度 一、 载荷 1.载荷：进行强度计算所依据的、作用于零件上的 外力尺弯矩瓜扭矩以及冲击能量等，统称为 载荷。 2.机械零件实际承受的载荷： ①静载荷：大小、作用位置和方向不随时间变化 或变化缓慢的载荷。 ②变载荷：大小、作用位置或方向随时间变化的 载荷。 机械设计基础 3 动载荷：由于运动中产生的惯性力和冲击等引 起的载荷
§9-2 机械零件的强度 一、载荷 1. 载荷：进行强度计算所依据的、作用于零件上的 外力F、弯矩M、扭矩T以及冲击能量等，统称为 载荷。 2. 机械零件实际承受的载荷： ① 静载荷：大小、作用位置和方向不随时间变化 或变化缓慢的载荷。 ② 变载荷：大小、作用位置或方向随时间变化的 载荷。 ③ 动载荷：由于运动中产生的惯性力和冲击等引 起的载荷
§9-2 机械零件的强度 3.机械设计计算中的载荷： ①名义载荷：在理想的平稳工作条件下作用 在零件上的载荷（不考虑动载荷的影响) ②计算载荷：载荷系数K×名义载荷 (代表机器或零件实际所受载荷) ◆载荷系数：考虑机器运转时动力参数的不 稳定，工作阻力变化等原因，使零件受到 机械设计基础 各种附加载荷而引入的影响系数K
3.机械设计计算中的载荷： ①名义载荷：在理想的平稳工作条件下作用 在零件上的载荷（不考虑动载荷的影响） ②计算载荷：载荷系数K×名义载荷 （代表机器或零件实际所受载荷） u载荷系数：考虑机器运转时动力参数的不 稳定，工作阻力变化等原因，使零件受到 各种附加载荷而引入的影响系数K 。 §9-2 机械零件的强度
§9-2 机械零件的强度 二.应力 1.设计计算的应力： ① 名义应力：根据名义载荷求得的应力 ② 计算应力：根据计算载荷求得的应力 2.机械零件的实际应力： ① 静应力—不随时间变化的应力。 ② 变应力一随时间变化的应力。 非周期性变应力：应力的变化没有周期性。 循环变应力：应力的变化具有周期性。 T 机械设计基础
二．应力 1. 设计计算的应力： ① 名义应力：根据名义载荷求得的应力 ② 计算应力：根据计算载荷求得的应力 2. 机械零件的实际应力： ① 静应力——不随时间变化的应力。 ② 变应力——随时间变化的应力。 u 非周期性变应力：应力的变化没有周期性。 u 循环变应力：应力的变化具有周期性。 §9-2 机械零件的强度 σ σ t t T
§9-2 机械零件的强度 3.循环变应力的衡量指标： ① 平均应力om:一个应力循环中最大压力与最小压力 的平均值。 应力幅·a:一个应力循环中，应力偏离平均压力的 程度。 变应力循环特性红：应力循环中最小应力与最大压力 之比。 T max +O min 2 max min 机械设计基础 2 max min m in t O
§9-2 机械零件的强度 3. 循环变应力的衡量指标： ① 平均应力σm：一个应力循环中最大压力与最小压力 的平均值。 ② 应力幅σa ：一个应力循环中，应力偏离平均压力的 程度。 ③ 变应力循环特性r：应力循环中最小应力与最大压力 之比。 T σ t σmax σmin σm σa max 2 min m max 2 min a m a x m i n r
