机械设计第八版机械零件设计总论

第一章 机械设计概论第二章 机械零件的工作能力和计算准则二、分析与思考题1、机械设计的基本要求包括哪些方面？答：功能要求；安全可靠性要求；经济性；其他要求2、机械设计的一般程序如何？答：设计任务→调查研究→开发计划书→实验研究→技术设计→样机试制→样机试验→技术经济评价→生产设计→小批试制→正式投产→销售服务3、对机械零件设计有哪些一般步骤？答：1、选择零件类型、结构；2、计算零件上的载荷；3、选择零件的材料；4、确定计算准则；5、理论设计计算；6、结构设计；7、校核计算；8、绘制零件工作图；9、编写计算说明书及有关技术文件，其中步骤4对零件尺寸的确定起决定性的作用。

4、对机械零件设计有哪些常用计算准则？答：强度准则；刚度准则；寿命准则；振动稳定性准则；可靠性准则。

5、什么是机械零件的失效？机械零件可能的失效形式主要有哪些？答：机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时，称为失效。

常见失效形式有：因强度不足而断裂；过大的弹性变形或塑性变形；摩擦表面的过度磨损、打滑或过热；连接松动；压力容器、管道等得泄露；运动精度达不到要求等。

6 、什么是零件的工作能力？什么是零件的承载能力？答：零件不发生失效时的安全工作限度称为工作能力；对载荷而言的工作能力称为承载能力。

7、什么是静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷？什么是静应力和变应力？答：不随时间变化或变化缓慢的载荷称为静载荷；随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷称为变载荷；在稳定和理想的工作条件下，作用在零件上的载荷称为名义载荷；再设计计算中，常把载荷分为名义载荷和计算载荷，计算载荷等于名义载荷乘以载荷系数Ｋ。

8、什么是变应力的应力比r ？静应力、脉动循环变应力和对称循环变应力的r 值各是多少？答：最小应力与最大应力之比称为变应力的循环特性ｒ。

静应力ｒ＝１；脉动循环变应力ｒ＝０；对称循环变应力ｒ＝－１．9、图示各应力随时间变化的图形分别表示什么类型的应力？它们的应力比分别是多少？10 、什么是零件的工作应力、计算应力、极限应力和许用应力？答：材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为工作应力；根据计算载荷求的应力称为计算应力；工作的时候，工件被破坏的应力值，称为零件的极限应力；机械设计中允许零件或构件承受的最大应力值称为许用应力；11、在静应力下工作的零件其失效形式有哪些？用塑性材料制造的零件和用脆性材料、低塑性材料制造的零件，其极限应力各应是什么？答：静应力时零件的主要失效形式：塑性变形、断裂；脆性材料的极限应力为B （强度极限）；塑性材料的极限应力为s σ（屈服极限）12、如图所示，各轴均受静载荷的作用，试判断零件上A 点的应力是静应力还是变应力，并确定应力循环特性r 的大小或范围。

《机械设计》课程教案院（系、部）机电工程学院教研室机械工程系课程名称机械设计适用专业机械类本科主讲教师姓名张翔职称、职务教授使用教材机械设计（濮良贵、纪名刚主编第八版）福建农林大学教案编号： 01 课时安排：3 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□ 其它□授课题目：第1章机械设计总论1.1“机械设计”的概念1.2课程性质、任务、教与学教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：z了解：机械、机器、机械零件、机械设计等概念，设计机器的一般过程。

z熟悉：机械零件中的通用零部件与专用零部件z掌握：零件的工作能力与强度的概念。

z能力培养注意点：设计性课程与素质教育、能力培养的关系与影响。

z重点、难点的解决方法：从零件的失效概念为线索，重温材料力学的强度、刚度再引入耐磨性、温升等概念；从设计的内涵来诠释设计与决策、设计与创新的关系。

教学内容（包括基本内容、重点*、难点#、疑点？）：第1章机械设计总论1.1“机械设计”的概念机械、机器、机械零件、机械设计的概念1.2课程性质、任务、教与学1.1.1性质1.2.2任务与作用（1）知识获取(2) 能力培养1.2.3教与学若干问题（1）内容（2）教学环节1.3机械设计概述1.3.1 机器系统的组成1.3.2 设计机器的一般过程*1.3.3零件的工作能力(1)设计的基本要求(2)零件的工作能力(3)零件的失效(4)零件的承载能力*1.3.4主要计算准则1.3.5机械零件设计的一般步骤1.4课程内容的主要结构、作用教学方式（请打√）：讲授√讨论□示教□指导□其他□手段、媒介（请打√）：多媒体√模型□实物□挂图□ 音像□其他□思考题：例举常用热处理方法，说明相应的热处理工艺，对改善零件或材料的效果作业：吴宗泽主编，机械设计。

北京：高等教育出版社， 2001李柱国主编，机械设计与理论。

北京：科学出版社， 2003张祖立主编，机械设计。

北京：中国农业出版社，2004彭文生等主编，机械设计。

《机械设计(含机械原理)》考试大纲2022一、考查目标为使我校硕士研究生招生考试专业科目《机械设计》《机械原理》的命题科学、完善、合理，根据国家教委课程教学指导委员会制定的《机械设计课程教学基本要求》《机械原理课程教学基本要求》和我校《机械设计课程教学大纲》《机械原理课程教学大纲》，结合有关招生专业的实际情况，重点考核学生《机械设计》和《机械原理》课程的基本理论，典型机构的工作原理、分析和综合方法，典型零件的工作原理，受力分析和设计计算方法，作图和运用图解方法的能力，综合应用以上知识对较为复杂的问题的分析和综合的能力和创新能力。

二、考试形式与试卷结构（一）试卷满分及考试时间初试科目满分均为150分，考试时间为3小时。

（二）答题方式闭卷、笔试。

（三）试卷内容结构基础理论知识（40%）、工程应用（40%）、创新能力（20%）。

（四）试卷题型结构选择题、判断题、填空题、简答题、分析题、计算题、作图题。

三、考查范围机械制造及其自动化、机械设计及理论、机械电子工程、车辆工程。

四、考试内容及要求机械设计部分(一)．机械零件设计概述1．机械零件设计步骤（了解）；2．零件的主要失效形式（理解）；3．机械零件工作能力和计算准则（了解）；4．机械制造中的常用材料（了解）；5.机器的组成（理解）。

(二)．机械零件的强度1．载荷与应力分类（了解）；2．疲劳与疲劳曲线（理解）；3．疲劳损伤累积理论（了解）；4．材料及零件的等寿命曲线（理解）；5．影响疲劳强度的因素（理解）；6．单向稳定变应力下机械零件疲劳强度计算及应用。

(三)．摩擦、磨损及润滑⒈摩擦的分类和利弊（了解）；⒉磨损阶段及各阶段的处理原则（了解）；⒊润滑的功用及润滑剂分类（了解）。

(四)．轴毂联接1．键联接的类型及选择（理解）；2．花键联接（了解）。

(五)．螺纹联接1．螺纹联接类型、特点及应用（了解）；2．预紧和防松方法（了解）；螺栓组联接的受力分析（理解）；3.单个螺栓联接强度计算（理解）；4.载荷变形图分析及应用（理解）5.提高螺纹联接强度的措施（理解）。

绪论1、机器的基本组成要素是什么？【答】机械系统总是由一些机构组成，每个机构又是由许多零件组成。

所以，机器的基本组成要素就是机械零件。

2、什么是通用零件？什么是专用零件？试各举三个实例。

【答】在各种机器中经常能用到的零件称为通用零件。

如螺钉、齿轮、弹簧、链轮等。

在特定类型的机器中才能用到的零件称为专用零件。

如汽轮机的叶片、内燃机的活塞、曲轴等。

3、在机械零件设计过程中，如何把握零件与机器的关系？【答】在相互连接方面，机器与零件有着相互制约的关系；在相对运动方面，机器中各个零件的运动需要满足整个机器运动规律的要求；在机器的性能方面，机器的整体性能依赖于各个零件的性能，而每个零件的设计或选择又和机器整机的性能要求分不开。

机械设计总论1、机器由哪三个基本组成部分组成？传动装置的作用是什么？【答】机器的三个基本组成部分是：原动机部分、执行部分和传动部分。

传动装置的作用：介于机器的原动机和执行部分之间，改变原动机提供的运动和动力参数，以满足执行部分的要求。

2、什么叫机械零件的失效？机械零件的主要失效形式有哪些？【答】机械零件由于某种原因丧失工作能力或达不到设计要求的性能称为失效。

机械零件的主要失效形式有1）整体断裂；2）过大的残余变形（塑性变形）；3）零件的表面破坏，主要是腐蚀、磨损和接触疲劳；4）破坏正常工作条件引起的失效：有些零件只有在一定的工作条件下才能正常工作，如果破坏了这些必要的条件，则将发生不同类型的失效，如带传动的打滑，高速转子由于共振而引起断裂，滑动轴承由于过热而引起的胶合等。

3、什么是机械零件的设计准则？机械零件的主要设计准则有哪些？【答】机械零件的设计准则是指机械零件设计计算时应遵循的原则。

机械零件的主要设计准则有：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则4、绘出浴盆曲线并简述其含义？【答】浴盆曲线是失效率曲线的形象化称呼，表示了零件或部件的失效率与时间的关系，一般用实验方法求得。

机械零件设计概论9.1机械零件设计概述机械零件由于某种缘故不能正常工作时，称为失效。

在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为工作能力。

通常此限度对载荷而言，因此适应上又称为承载能力。

零件的失效可能由于：断裂或塑性变形；过大的弹性变形；工作表面的过度磨损或损害；发生强烈的振动；联接的放松；摩擦传动的打滑等。

机械零件尽管有多种可能的失效形式，但归纳起来最要紧的为强度、刚度、耐磨性、稳固性和温度的阻碍等几个方面的问题。

关于各种不同的失效形式，相应地有各种工作能力判定条件。

设计机械零件时，常依照一个或几个可能发生的要紧失效形式，运用相应的判定条件，确定零件的形状和要紧尺寸。

机械零件的设计常按下列步骤进行：1)拟定零件的运算简图。

2)确定作用在零件上的载荷。

3)选择合适的材料。

4)依照零件可能显现的失效形式，选用相应的判定条件，确定零件的形状和要紧尺寸。

应当注意，零件尺寸的运算值一·般并不是最终采纳的数值，设计者还要依照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。

以上所述为设计运算。

在实际工作中，也常采纳相反的方式─—校核运算，这时先参照实物（或图纸）和体会数据，初步拟定零件的结构和尺寸，然后再用有关的判定条件进行验算。

还应注意，在一样机器中，只有一部分零件是通过运算确定其形状和尺寸的，而其余的零件则仅依照工艺要求和结构要求进行设计。

9.2 机械零件的强度在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷称为名义载荷。

然而在机器运转时，零件还会受到各种附加载荷，通常用引入载荷系数K（有时只考虑工作情形的阻碍，则用工作情形系数K A）的方法来估量这些因素的阻碍。

载荷系数与名义载荷的的乘积，称为运算载荷。

按照名义载荷用力学公式求得的应力，称为名义应力，按照运算载荷求得的应力，称为运算应力。

当机械零件按强度条件判定时，比较危险截面处的运算应力（σ、τ）是否小于零件材料的许用应力([σ]、[τ])。

第三章 机械零件的强度一．静应力及其极限应力：1．静应力： 在使用期内恒定或变化次数很少（＜103次）的应力。

2．极限应力σlim： 静应力作用下的σlim取决于材料性质。

1）塑性材料： σlim =σs （屈服极限）2）脆性材料： σlim=σB (强度极限)3．静强度准则： σ≤σlim/S （S —静强度安全系数）-10max§３－１ 材料的疲劳特性：1．材料的疲劳特性：可用最大应力σmax、应力循环次数N和应力比r表示。

2．材料疲劳特性的确定：用实验测定，实验方法是：1）在材料标准试件上加上一定应力比的等幅变应力，应力比通常为：r=-1或r=02）记录不同最大应力σmax下试件破坏前经历的循环次数N，并绘出疲劳曲线。

3．材料的疲劳特性曲线：有二种1）σ—N疲劳曲线：即一定应力比r下最大应力σmax与应力循环次数N的关系曲线2）等寿命曲线：即一定应力循环次数N下应力幅σa 与平均应力σm的关系曲线2）C点对应的N约为：NC≈1043）这一阶段的疲劳称为应变疲劳或低周疲劳4、CD段：有限寿命疲劳阶段。

试件经历一定的循环次数N后会疲劳破坏实验表明，有限疲劳寿命σrN与相应的循环次数N之间有如下关系：σm rN ·N = C ( N ≤N D ) （3-1）5、D 点以后： 无限寿命疲劳阶段。

1）无论经历多少次应力循环都不会疲劳破坏。

2）D 点对应的循环次数N 约为：N D =106～25×107 3）D 点对应的应力记为：σr ∞—— 叫持久疲劳极限。

σrN =σr∞( N ＞N D ) （3-2）4）循环基数N O 和疲劳极限σrN D 很大，疲劳试验很费时，为方便起见，常用人为规定一个循环次数N O （称 为循环基数）和与之对应的疲劳极限σrNo（简记为σr ）近似代替N D 和σr ∞6、有限寿命疲劳极限σrN ： 按式（3-1）应有： σm rN·N = σm r ·N O = C （3-1a ）于是：K N ──寿命系数m, N O ──1）钢材（材料）： m = 6～20 ， N O =（1～10）×106 2）中等尺寸零件： m = 9 ， N O = 5×106 3）大尺寸零件： m = 9 ， N O = 107 注： 高周疲劳——曲线CD 及D 点以后的疲劳称作高周疲劳二、等寿命疲劳曲线 图3-2等寿命疲劳曲线——一定循环次数下的疲劳极限的特性。