第一章机械设计概述
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陈立德第五版-机械设计基础 第1章机械设计概述
在原有机械的基础上重新设计或进行局部改造。
一、设计机械零件的基本要求
工作可靠并且成本低廉;
零件的工作能力是指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力，对载荷而言称为承载能力。
设计机械零件要注意以下几点：
（1）合理选择材料，降低材料费用；
（2）保证良好的工艺性，减少制造费用；
（3）尽量采用标准化、通用化设计，简化设计过程从而降低成本。
产品规划 设计任务书 原理方案设计 原理方案图 结构方案设计 总体布局设计 总装配图 施工设计 试制、实验、批 量生产、销售
由设计人员构思出多种可行方案进行分析比较，从中优选出一种方案。
设计结果以工程图及计算书的形式表达出来。
经过加工、安装及调试制造出样机，对样机进行试运行或在生产现场试用。
机械设计的内容与过程
市场调查 可行性研究 …… 功能分析 原理方案设计 …… 主参数匹配设计 主结构构形设计 …… 人机工程设计 外观设计 …… 产品部件设计 产品零件设计 …… 技术文档 样机试制 性能试验 定型批产 ……
使用功能要求 经济性要求 可靠性要求 劳动保护要求－操作方便、工作安全 造型美观、减少污染 其它专用要求
二、机械设计的基本要求
机械设计的基本要求
一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。它是一个创造性的工作过程，同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工作。
§1.1 机械设计的基本要求 §1.2 机械设计的内容与过程 §1.3 机械零件的失效形式及设计计算准则 §1.4 机械零件的接触强度 §1.5 机械零件的标准化 §1.6 现代机械设计理论概述
第1章 机械设计概述
1.1 机械设计的基本要求
机械设计包括以下两种设计:
一、设计机械零件的基本要求
工作可靠并且成本低廉;
零件的工作能力是指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力，对载荷而言称为承载能力。
设计机械零件要注意以下几点：
（1）合理选择材料，降低材料费用；
（2）保证良好的工艺性，减少制造费用；
（3）尽量采用标准化、通用化设计，简化设计过程从而降低成本。
产品规划 设计任务书 原理方案设计 原理方案图 结构方案设计 总体布局设计 总装配图 施工设计 试制、实验、批 量生产、销售
由设计人员构思出多种可行方案进行分析比较，从中优选出一种方案。
设计结果以工程图及计算书的形式表达出来。
经过加工、安装及调试制造出样机，对样机进行试运行或在生产现场试用。
机械设计的内容与过程
市场调查 可行性研究 …… 功能分析 原理方案设计 …… 主参数匹配设计 主结构构形设计 …… 人机工程设计 外观设计 …… 产品部件设计 产品零件设计 …… 技术文档 样机试制 性能试验 定型批产 ……
使用功能要求 经济性要求 可靠性要求 劳动保护要求－操作方便、工作安全 造型美观、减少污染 其它专用要求
二、机械设计的基本要求
机械设计的基本要求
一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。它是一个创造性的工作过程，同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工作。
§1.1 机械设计的基本要求 §1.2 机械设计的内容与过程 §1.3 机械零件的失效形式及设计计算准则 §1.4 机械零件的接触强度 §1.5 机械零件的标准化 §1.6 现代机械设计理论概述
第1章 机械设计概述
1.1 机械设计的基本要求
机械设计包括以下两种设计:
机械设计基础各章知识点
机械设计基础各章知识点第一章：机械设计基础概述机械设计基础是机械工程学科的基础内容，是机械设计的理论和基本方法。
它包含了机械设计的基本原理、基本方法和基本规范，并介绍了机械设计的基本流程和设计过程中常用的软件和工具。
机械设计基础的学习对于理解和掌握机械设计的核心思想和基本技能具有重要意义。
第二章：机械工程材料机械工程材料是机械设计中非常重要的一部分内容。
机械工程材料主要包括金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料包括钢、铁、铝、铜等，非金属材料包括陶瓷、聚合物等。
机械工程材料的选择应根据设计要求、使用条件和成本等因素进行综合考虑。
第三章：机械零件设计机械零件设计是机械设计中的关键环节。
机械零件设计应遵循设计规范和原则，确保零件的功能和性能满足设计要求。
机械零件设计需要考虑零件的材料选择、尺寸设计、工艺性和可制造性等问题。
在进行机械零件设计时，还需要考虑零件与其他零件的配合、连接和传递力的问题。
第四章：机械传动基础机械传动是机械设计中的常见问题，它是将动力从一个部件传递到另一个部件的过程。
机械传动有很多种形式，包括齿轮传动、链传动、皮带传动等。
机械传动的设计需要考虑传动效率、传动比、传动扭矩和传动功率等因素。
第五章：机械结构设计机械结构设计是机械设计的一个重要方面。
机械结构设计包括机架、支撑件、外壳等结构的设计。
机械结构的设计应考虑结构的刚性、强度、稳定性和装配性等因素。
第六章：机械设计中的涉及计算机械设计中经常涉及到各种各样的计算。
比如，机械设计中常用的计算有力学计算、热传导计算、流体力学计算等。
机械设计中的计算需要掌握相应的计算方法和工具，以确保设计的正确性和可靠性。
第七章：机械设计中的创新方法机械设计中的创新方法是提高设计质量和效率的关键。
机械设计中的创新方法包括设计思维、设计过程和设计工具等。
在机械设计中，创新方法可以提高设计的可操作性、可靠性和适应性，同时也能够减少设计的时间和成本。
总结：机械设计基础各章知识点涵盖了机械设计的核心内容和基本方法。
小丸子教育的机械设计手册
小丸子教育的机械设计手册目录第一章机械设计概述1.1 机械设计的定义1.2 机械设计的分类1.3 机械设计的重要性第二章机械设计基础2.1 材料力学基础2.2 热力学基础2.3 流体力学基础第三章机械设计原理3.1 机械传动原理3.2 机械结构原理3.3 机械加工原理第四章机械设计流程4.1 产品定义4.2 概念设计4.3 详细设计4.4 产品验证4.5 产品改进第五章机械设计软件应用5.1 SolidWorks软件介绍5.2 AutoCAD软件介绍5.3 ANSYS软件介绍5.4 案例分析第六章机械设计实践6.1 机械结构设计实例6.2 传动系统设计实例6.3 机械加工工艺设计实例第七章机械设计优化7.1 材料优化设计7.2 结构优化设计7.3 工艺优化设计第八章机械设计趋势8.1 智能化机械设计8.2 绿色环保机械设计8.3 信息化机械设计第一章机械设计概述1.1 机械设计的定义机械设计是指根据一定的原则和方法，在满足特定功能和性能要求的基础上，用机械零件和构件组成一个具体的机械系统的过程。
机械设计的主要任务是根据用户需求和技术要求，设计出合理结构、性能良好、使用方便、经济实用的机械产品。
1.2 机械设计的分类机械设计可以分为产品设计和工艺设计两大类。
产品设计主要包括产品结构设计、传动系统设计、机械加工工艺设计等方面；工艺设计主要包括材料选择、加工工艺、装配工艺等方面。
另外，根据不同的具体产品类型，机械设计还可细分为机械结构设计、机械传动设计、机电一体化设计等多个领域。
1.3 机械设计的重要性机械设计在现代工程领域中扮演着重要的角色，它直接影响着产品的质量、性能、制造成本和使用寿命。
一款好的机械设计能够提高产品的竞争力、降低生产成本、提高生产效率，从而为企业创造更多的经济效益。
因此，掌握好机械设计原理和方法对于工程师来说是至关重要的。
第二章机械设计基础2.1 材料力学基础材料力学是机械设计的基础，它主要研究材料的内部结构、特性和性能，并在此基础上确定材料的力学性能。
机械设计基础的教案
机械设计基础的优秀教案第一章：机械设计概述1.1 课程简介介绍机械设计的重要性及应用领域解释机械设计的基本概念和原理1.2 教学目标让学生了解机械设计的基本概念让学生掌握机械设计的基本原理和方法1.3 教学内容机械设计的定义和目的机械设计的基本要求和方法机械设计的分类和应用1.4 教学方法讲授法：讲解机械设计的基本概念和原理案例分析法：分析实际案例，让学生理解机械设计的应用第二章：机械设计的基本原理2.1 课程简介介绍机械设计的基本原理和原则解释机械设计的创新思路和方法2.2 教学目标让学生掌握机械设计的基本原理和原则培养学生创新思维和创新能力2.3 教学内容机械设计的基本原理和原则机械设计的创新思路和方法机械设计的创新案例分析2.4 教学方法讲授法：讲解机械设计的基本原理和原则创新训练法：培养学生的创新思维和创新能力案例分析法：分析机械设计的创新案例，让学生理解创新思路和方法第三章：机械设计的常用材料3.1 课程简介介绍机械设计中常用的材料及性能解释不同材料的选择和使用条件3.2 教学目标让学生了解机械设计中常用的材料及性能培养学生根据使用条件选择合适材料的能力3.3 教学内容常用金属材料的性能及应用常用非金属材料的性能及应用材料选择的原则和使用条件3.4 教学方法讲授法：讲解常用材料的性能及应用实践操作法：让学生进行材料测试和选择练习案例分析法：分析实际案例，让学生理解材料选择的原则和使用条件第四章：机械设计的强度计算4.1 课程简介介绍机械设计中强度计算的重要性及方法解释不同载荷和应力对机械结构的影响4.2 教学目标让学生掌握机械设计中强度计算的基本方法培养学生进行强度计算和优化设计的能力4.3 教学内容强度计算的基本概念和方法不同载荷和应力对机械结构的影响强度计算的案例分析和优化设计4.4 教学方法讲授法：讲解强度计算的基本概念和方法实践操作法：让学生进行强度计算练习案例分析法：分析实际案例，让学生理解不同载荷和应力对机械结构的影响及优化设计方法第五章：机械设计的摩擦与磨损5.1 课程简介介绍机械设计中摩擦与磨损的概念及影响因素解释不同摩擦与磨损控制方法的应用5.2 教学目标让学生了解机械设计中摩擦与磨损的基本概念培养学生根据实际情况选择合适的摩擦与磨损控制方法的能力5.3 教学内容摩擦与磨损的基本概念及影响因素不同摩擦与磨损控制方法的应用及优缺点摩擦与磨损控制案例分析5.4 教学方法讲授法：讲解摩擦与磨损的基本概念及影响因素实践操作法：让学生进行摩擦与磨损实验练习案例分析法：分析实际案例，让学生理解不同摩擦与磨损控制方法的应用及优缺点第六章：机械设计的配合与连接6.1 课程简介介绍机械设计中配合与连接的概念及重要性解释不同配合与连接方式的特点及应用6.2 教学目标让学生了解机械设计中配合与连接的基本概念培养学生根据实际情况选择合适的配合与连接方式的能力6.3 教学内容配合与连接的基本概念及重要性不同配合与连接方式的特点及应用配合与连接设计案例分析6.4 教学方法讲授法：讲解配合与连接的基本概念及重要性实践操作法：让学生进行配合与连接实验练习案例分析法：分析实际案例，让学生理解不同配合与连接方式的特点及应用第七章：机械设计的传动系统7.1 课程简介介绍机械设计中传动系统的作用及组成解释不同传动方式的特点及应用7.2 教学目标让学生了解机械设计中传动系统的基本概念培养学生根据实际情况选择合适的传动方式的能力7.3 教学内容传动系统的作用及组成不同传动方式的特点及应用传动系统设计案例分析7.4 教学方法讲授法：讲解传动系统的基本概念及作用实践操作法：让学生进行传动系统实验练习案例分析法：分析实际案例，让学生理解不同传动方式的特点及应用第八章：机械设计的热力学分析8.1 课程简介介绍机械设计中热力学分析的重要性及方法解释热力学基本原理在机械设计中的应用8.2 教学目标让学生掌握机械设计中热力学分析的基本方法培养学生运用热力学原理解决实际问题的能力8.3 教学内容热力学分析的基本原理及方法热力学基本原理在机械设计中的应用热力学分析案例分析8.4 教学方法讲授法：讲解热力学分析的基本原理及方法实践操作法：让学生进行热力学分析练习案例分析法：分析实际案例，让学生理解热力学基本原理在机械设计中的应用第九章：机械设计的经济与市场因素9.1 课程简介介绍机械设计中经济与市场因素的重要性及影响解释机械设计者在考虑经济与市场因素时的策略和方法9.2 教学目标让学生了解机械设计中经济与市场因素的基本概念培养学生根据市场需求进行机械设计的能力9.3 教学内容经济与市场因素在机械设计中的重要性及影响机械设计者在考虑经济与市场因素时的策略和方法经济与市场因素分析案例分析9.4 教学方法讲授法：讲解经济与市场因素在机械设计中的重要性及影响实践操作法：让学生进行经济与市场因素分析练习案例分析法：分析实际案例，让学生理解机械设计者在考虑经济与市场因素时的策略和方法第十章：机械设计的评价与优化10.1 课程简介介绍机械设计评价的方法及优化策略解释机械设计在实际应用中的效果评价及改进方法10.2 教学目标让学生掌握机械设计评价的基本方法培养学生运用优化策略提高机械设计性能的能力10.3 教学内容机械设计评价的方法及指标优化策略在机械设计中的应用评价与优化案例分析10.4 教学方法讲授法：讲解机械设计评价的方法及指标实践操作法：让学生进行机械设计评价练习案例分析法：分析实际案例，让学生理解优化策略在机械设计中的应用及效果评价重点和难点解析本文主要介绍了机械设计基础的相关内容，包括机械设计概述、基本原理、常用材料、强度计算、摩擦与磨损、配合与连接、传动系统、热力学分析、经济与市场因素以及评价与优化。
机械设计基础分章知识点
机械设计基础分章知识点第一章：机械设计概述机械设计是一门工程技术学科，主要研究机械系统的结构、工作原理、选材、制造工艺等方面内容。
它是机械工程学科的重要组成部分，对于各个行业的机械产品设计与开发具有重要意义。
第二章：材料力学基础在机械设计中，对材料的力学性能有着重要的考虑。
了解材料力学基础知识对于正确选择合适的材料、设计结构具有指导作用。
材料力学基础涉及弹性、塑性、疲劳等内容。
第三章：机械连接机械连接是机械设计中不可或缺的部分。
它包括螺栓连接、键连接、销连接等，具有固定和传递力的作用。
机械连接的设计需考虑连接强度、连接刚度和连接可靠性等因素。
第四章：轴系设计轴系设计主要涉及轴的强度计算、轴的选择和轴的配合等内容。
合理的轴系设计可以保证机械系统的正常运行，减少故障和失效。
第五章：机械零件设计机械零件设计是机械设计的重要组成部分。
它包括零件的尺寸设计、几何形状设计、加工工艺选择等内容。
合理的零件设计可以提高机械产品的性能和可靠性。
第六章：机械传动机械传动是机械设计中的关键部分。
它包括齿轮传动、带传动、链传动等多种形式。
机械传动的设计需要考虑传动比、传动效率和传动可靠性等因素。
第七章：机械弹性变形机械弹性变形是指机械在受到外力作用时产生的变形。
了解机械弹性变形的原因、计算方法等对于机械结构的设计和使用具有重要意义。
第八章：机械设计的优化机械设计的优化是指通过改变设计参数，使设计方案在满足设计要求的前提下，具有更好的性能和更低的成本等。
机械设计的优化需要综合考虑多个因素，包括力学性能、制造成本、使用寿命等。
第九章：机械设计的检验与试验机械设计的检验与试验是为了验证设计方案的可行性和性能是否满足要求。
它包括静态试验、动态试验和性能测试等内容。
合理的检验与试验可以及时发现问题，提高设计方案的可靠性。
第十章：机械设计的CAD与CAMCAD（计算机辅助设计）和CAM（计算机辅助制造）技术在机械设计中的应用越来越广泛。
机械设计基础(陈立德版)(教案)
机械设计基础（陈立德版）教案章节：第一章至第五章第一章：机械设计概述1.1 课程介绍1.2 机械设计的意义和目的1.3 机械设计的基本原则和方法1.4 机械设计的分类和阶段第二章：机械零件的材料与失效分析2.1 材料的选择与性能要求2.2 常见材料的特性与应用2.3 机械零件的失效模式与原因2.4 失效分析的方法和步骤第三章：机械零件的强度计算与校核3.1 力学基础回顾3.2 机械零件的应力与变形分析3.3 机械零件的强度计算方法3.4 强度校核的步骤与判定准则第四章：轴的设计与强度计算4.1 轴的分类和应用4.2 轴的设计原则与要求4.3 轴的强度计算方法4.4 轴的设计实例与强度校核第五章：轴承的设计与选用5.1 轴承的作用与分类5.2 轴承的选用原则与要求5.3 轴承的设计计算方法5.4 轴承的润滑与维护第六章：联轴器、离合器与制动器的设计与选用6.1 联轴器的作用与类型6.2 联轴器的设计与选用6.3 离合器的工作原理与类型6.4 离合器的设计与选用6.5 制动器的工作原理与类型6.6 制动器的设计与选用第七章：齿轮的设计与强度计算7.1 齿轮的分类与特性7.2 齿轮的设计原则与要求7.3 齿轮的强度计算方法7.4 齿轮的材料选择与热处理7.5 齿轮的设计实例与强度校核第八章：带传动与链传动的设计与选用8.1 带传动的特点与类型8.2 带传动的张力计算与设计8.3 链传动的特点与类型8.4 链传动的参数计算与设计8.5 带传动与链传动的选用与维护第九章：弹簧的设计与选用9.1 弹簧的分类与特性9.2 弹簧的设计原则与要求9.3 弹簧的强度计算方法9.4 弹簧的材料选择与热处理9.5 弹簧的设计实例与选用第十章：机械设计实例分析10.1 机械设计实例概述10.2 机械设计实例的分析和评价10.3 机械设计实例的改进和优化10.4 机械设计实例的实施和验证重点和难点解析重点一：机械设计的意义和目的机械设计的意义和目的是机械设计基础课程的核心内容，需要重点关注。
机械设计基础(陈立德版)(教案)
机械设计基础(陈立德版)(教案)第一章：机械设计概述教学目标：1. 了解机械设计的概念和过程。
2. 掌握机械设计的基本原则和步骤。
3. 熟悉机械设计的要求和注意事项。
教学内容：1. 机械设计的定义和意义。
2. 机械设计的过程和阶段。
3. 机械设计的基本原则和指导思想。
4. 机械设计的要求和注意事项。
教学方法：1. 讲授：讲解机械设计的概念和过程。
2. 案例分析：分析典型机械设计案例，引导学生理解机械设计的原则和步骤。
教学资源：1. 教材：机械设计基础（陈立德版）。
2. 案例资料：典型机械设计案例。
教学评估：1. 课堂讨论：学生参与课堂讨论，提出问题和观点。
2. 课后作业：布置相关课后作业，检验学生对机械设计概念和过程的理解。
第二章：机械零件设计教学目标：1. 了解机械零件的设计要求和方法。
2. 掌握机械零件的强度计算和寿命预测。
3. 熟悉机械零件的材料选择和结构设计。
教学内容：1. 机械零件的设计要求和标准。
2. 机械零件的强度计算方法。
3. 机械零件的寿命预测技术。
4. 机械零件的材料选择和结构设计原则。
教学方法：1. 讲授：讲解机械零件设计的要求和方法。
2. 案例分析：分析典型机械零件设计案例，引导学生掌握强度计算和寿命预测技术。
教学资源：1. 教材：机械设计基础（陈立德版）。
2. 案例资料：典型机械零件设计案例。
教学评估：1. 课堂讨论：学生参与课堂讨论，提出问题和观点。
2. 课后作业：布置相关课后作业，检验学生对机械零件设计要求和方法的掌握。
第三章：机械传动设计教学目标：1. 了解机械传动的设计原理和类型。
2. 掌握机械传动的选用方法和设计计算。
3. 熟悉机械传动的安装和维护要求。
教学内容：1. 机械传动的设计原理和类型。
2. 机械传动的选用方法和设计计算。
3. 机械传动的安装和维护要求。
教学方法：1. 讲授：讲解机械传动的设计原理和类型。
2. 案例分析：分析典型机械传动设计案例，引导学生掌握选用方法和设计计算。
第01章 传统机械设计
设计的意义
设计与文明
人类学会劳动、制造和使用工具后就 开始学会了设计。
一切物质文明的产物都体现人类的创 造能力，创造是一种从构思到实现的 过程，是为了满足某种需求而进行的 一切人类特有的活动，今天称之为“ 设计 ” 。
设计的发展
“设计学”自古代到现代的三个发展阶 段
第一阶段：自古代人类发明工具算起，到 16世纪达芬奇的创造活动为定点，此时期 作为机械设计基础知识的。力学尚未成熟 。
德国学派提出的分类：
适应性设计——仅改变一些尺寸、外形， 以适应某些新情况。
变形设计——不改变基本原理，但在机构 、结构以及辅助原理方面有较大改变。
创新设计——基本原理方面有实质性的创 新。
美国提出的分类
创新设计——设计过去从未有过的产品。
更新设计——对现有产品的更新换代。
二、设计活动的过程
设计是人的创造性活动。 创意的重点在于新颖性 构思的重点在于创造 实现的重点在于验证构思的 合理性
三、机械设计的原则
⒈实用性原则 所设计的机器应该能完成一定的功能。
2.创造性原则 设计者应该大胆创新，才能有所创造
3.优化原则 设计者初步判定的方案或模型只有经过全 面的优化和计算才能达到最优的结果。
4.可靠性原则 可靠性是衡量机器产品质量好坏的重要指标 。 5.安全性原则 机械产品的不安全因素会导致机械和人身事 故，甚至造成重大经济损失和社会影响。 6.经济性原则 性价比高的产品才有更好发展前景。 7.评价审核原则 设计过程是一个信息加工、处理分析、判断 决策和修正的过程。
四、机械设计的类型
第二阶段：以德国学者劳莱克斯为起点， 著有《机械制造中的设计学》，建立了机 械设计基本体系，此时设计学分为机构学 （机械原理）和机械零件，此两门课的基 础是理论力学和材料力学。，1950年代动 力学的充分发展成为机械学发展的第二里 程碑。
机械设计基础(陈立德版)(教案)
机械设计基础(陈立德版)(教案)第一章：机械设计概述教学目标：1. 了解机械设计的概念、目的和意义。
2. 掌握机械设计的基本原则和步骤。
3. 了解机械设计的分类和应用。
教学内容：1. 机械设计的概念和意义。
2. 机械设计的基本原则和步骤。
3. 机械设计的分类和应用。
教学方法：1. 讲授法：讲解机械设计的概念、目的和意义。
2. 案例分析法：分析机械设计的实例，理解机械设计的基本原则和步骤。
教学资源：1. 教材：机械设计基础(陈立德版)。
2. 案例材料：机械设计实例。
教学评估：1. 课堂讨论：学生参与课堂讨论，提出问题和观点。
2. 作业：布置相关作业，巩固机械设计的基本原则和步骤。
第二章：机械零件的材料和失效分析教学目标：1. 了解机械零件的材料选择原则。
2. 掌握机械零件的失效形式和原因。
3. 学会分析机械零件的失效并采取相应的预防措施。
教学内容：1. 机械零件的材料选择原则。
2. 机械零件的失效形式和原因。
3. 失效分析的方法和步骤。
教学方法：1. 讲授法：讲解机械零件的材料选择原则和失效形式。
2. 案例分析法：分析具体案例，理解失效原因和预防措施。
教学资源：1. 教材：机械设计基础(陈立德版)。
2. 案例材料：机械零件失效案例。
教学评估：1. 课堂讨论：学生参与课堂讨论，提出问题和观点。
2. 作业：布置相关作业，巩固机械零件的材料选择原则和失效分析方法。
第三章：机械零件的强度计算教学目标：1. 了解机械零件的应力分析方法。
2. 掌握机械零件的强度计算方法。
3. 学会根据强度计算结果选择合适的机械零件尺寸。
教学内容：1. 机械零件的应力分析方法。
2. 机械零件的强度计算方法。
3. 尺寸选择的原则和方法。
教学方法：1. 讲授法：讲解机械零件的应力分析和强度计算方法。
2. 练习法：学生进行强度计算练习，巩固计算方法。
教学资源：1. 教材：机械设计基础(陈立德版)。
2. 练习题：提供强度计算练习题，辅助学生练习。
第一章精密机械设计的基础知识
静应力: 表面压碎 ——脆性材料, 表面塑性变形——塑性材料
变应力：疲劳点蚀——齿轮、滚动轴承的常见失效形式。
多数出现疲劳点蚀（局部应力大于许用强度）——在循环应力作用下接触表面产生疲劳裂纹，裂纹扩展导致表面小块 金属脱落。点蚀又分：扩张性点蚀（产生于硬度大的材料）；局限性点蚀（产生于软载荷小的材料），疲劳点蚀使零件表 面失去正确形状、降低工作精度、产生噪声和振动、降低零件使用寿命。
在表面接触应力作用下的零件强度称 为接触强度
计算依据：弹性力学的赫兹公式
1）表面接触强度（应力）
(1)两圆柱体接触
2021/9/23
Hmax Hmax
F
1 b
2a 2
F
20
H
F
1Eµ 112
1µ22 E2
δH ——最大接触应力； Fμ——接触线单位长度上的应力，=Ｆ／b； ρ——两圆柱体在接触处的综合曲率半径。
B）对变应力情况下的强度：零件失效形式主要为疲劳断裂 （先形成初始裂纹---扩展直到断裂），它不仅与应力的大 小有关，还与应力循环次数有关。因此提出疲劳极限用 δrN的概念 特别是 当r=一定时，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时
2021/9/2的3 最大应力称为表示。N—δrN关系图为应力疲劳曲线15
应力-应变图
2021/9/23
14
2）将零件在载荷作用下的实际安全系数sδ、sτ与许用安全 系数 [sδ]、[sτ]比较，其强度条件为
sδ=δlim/δ< [sδ]、sτ=τlim/τ< [sτ]
1）
A）对静应力情况下的强度：可以使用以上两种判断方法。 对塑性材料制成的零件取材料的屈服极限δs、τs作为零 件的极限应力；对脆性材料制成的零件取材料的强度极 限sb、τb作为零件的极限应力。
变应力：疲劳点蚀——齿轮、滚动轴承的常见失效形式。
多数出现疲劳点蚀（局部应力大于许用强度）——在循环应力作用下接触表面产生疲劳裂纹，裂纹扩展导致表面小块 金属脱落。点蚀又分：扩张性点蚀（产生于硬度大的材料）；局限性点蚀（产生于软载荷小的材料），疲劳点蚀使零件表 面失去正确形状、降低工作精度、产生噪声和振动、降低零件使用寿命。
在表面接触应力作用下的零件强度称 为接触强度
计算依据：弹性力学的赫兹公式
1）表面接触强度（应力）
(1)两圆柱体接触
2021/9/23
Hmax Hmax
F
1 b
2a 2
F
20
H
F
1Eµ 112
1µ22 E2
δH ——最大接触应力； Fμ——接触线单位长度上的应力，=Ｆ／b； ρ——两圆柱体在接触处的综合曲率半径。
B）对变应力情况下的强度：零件失效形式主要为疲劳断裂 （先形成初始裂纹---扩展直到断裂），它不仅与应力的大 小有关，还与应力循环次数有关。因此提出疲劳极限用 δrN的概念 特别是 当r=一定时，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时
2021/9/2的3 最大应力称为表示。N—δrN关系图为应力疲劳曲线15
应力-应变图
2021/9/23
14
2）将零件在载荷作用下的实际安全系数sδ、sτ与许用安全 系数 [sδ]、[sτ]比较，其强度条件为
sδ=δlim/δ< [sδ]、sτ=τlim/τ< [sτ]
1）
A）对静应力情况下的强度：可以使用以上两种判断方法。 对塑性材料制成的零件取材料的屈服极限δs、τs作为零 件的极限应力；对脆性材料制成的零件取材料的强度极 限sb、τb作为零件的极限应力。
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用σr 表示循环特征为 r 的变应力。如 σ-1、σ0等
平均应力：
m
m
ax min
2
对称循环:σm=
0;
σa=σmax
应
力
幅：
a
m
ax min脉动循环:σm=σa=σmax
2
/
2
第一章机械设计概述
注意： 变载荷 → 变应力 静载荷 → 静应力 或？变应力
静载荷产生变应力
第一章机械设计概述
第三节 机械零件的失效形式
第一章机械设计概述
二、应力分析
1、应力分类
按应力与时间 的关系分类
静应力
不随时间变化或变 化缓慢的应力
变应力 随时间变化的应力
循环变应力 随时间按一定规律变化的变应力
第一章机械设计概述
σ
σ
σmax σmin
σa σm
σa σmax
最应大小力 O
t
应幅力
对称循环变应力
O
脉动循环变应力
σ
σ
最 平 应大 均 力 应幅力
机械零件由于某些原因不能正常工作，称为失效。 一、断裂
零件在外载荷作用下，由于 某一危险截面上的应力超过零件 的强度极限时所发生的断裂或当 零件在循环变应力的作用下危险 截面所发生的疲劳断裂。
如：螺栓的断裂
第一章机械设计概述
齿轮轮齿断裂实例
二、过大的变形
机械零件在载荷作用下工作时，可能发生过大的 弹性变形或由于零件上的应力超过材料的屈服极限产 生残余塑性变形。
纺织、造纸机器不得污染产品等。
第一章机械设计概述
二、机械设计的一般程序 确定设计任务 拟定总体方案 总体结构设计 零部件设计 鉴定和评价
第一章机械设计概述
第二节 载荷与应力分析
一、载荷分析
1、载荷形式
集中力F（N） 转矩T（Nm） 弯矩M（Nm） 功率P（W）
2、载荷分类
按载荷与时间 的关系分类
齿轮齿面塑形变形
轴承外圈塑性变形
第一章机械设计概述
三、表面损伤 表面疲劳（亦称点蚀） 零件表面在接触变应力长
期作用下产生微粒剥落的现象。 磨损（主要指磨粒磨损） 两个接触零件表面在相
对运动过程中表面物质丧失或转移的现象。 腐蚀 金属表面与周围的介质发生的电化学或化学
侵蚀的现象。
第一章机械设计概述
滚动轴承滚道的疲劳点蚀
第一章机械设计概述
三、寿命准则
影响零件寿命的主要失效形式是磨损、疲劳和腐 蚀，它们的产生机理、发展规律及对零件寿命的影响 是完全不同的，应分别加以考虑。
耐磨性是指零件在载荷作用下抵抗磨损的能力。 目前尚无公认的能够进行定量计算的方法。通常 为了保证零件具有良好的耐磨性，应运用摩擦学原理 设计零件的结构，选定摩擦副的材料和热处理、表面 状态、油品等。同时，给予合理而充分的润滑，以延 长零件的使用寿命。
齿轮齿面接触疲劳点蚀
滚动轴承外圈滚道的磨损
第一章机械设计概述
轴瓦的磨带传动当传递的有效圆周力大于摩擦力的极
限值时将发生打滑失效； 高速转动的零件当其转速与系统的固有频率相
一致时会发生共振，以致引起断裂失效； 液体润滑的滑动轴承当润滑油膜被破坏时将发
生胶合失效等。
另一表达方式
S≥[S]
[S]——许用安全系数
一般来讲各种零件都应满足一定的强度要求， 因而强度准则是零件设计最基本的准则。
二、刚度准则
刚度指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。
第一章机械设计概述
其表达式为
y≤ [y]
y——弹性变形量； [y]——许用变形量。
弹性变形量可用各种求变形量的理论或实验方 法确定，而许用变形量则应随不同的使用场合，按 理论或经验来确定其合理的数值。
第一章机械设计概述
其表达式为
[]lim
S
——零件危险截面或工作表面上的工作应力；
[]——许用应力；
lim——极限应力，对受静应力的脆性材料，如铸
铁受拉伸取抗拉极限；对受静应力的塑性材料取
屈服极限；对受变应力的零件取疲劳极限 ；
S——安全系数，考虑各种偶然或难以精确分析的
因素的影响。
第一章机械设计概述
机械设计
第一节 机械设计的基本要求和一般程序 第二节 载荷与应力分析 第三节 机械零件的失效形式 第四节 机械零件的计算准则 第五节 机械零件的材料选择 第六节 机械结构设计的基本要求 第七节 机械零件的标准化
第一章
机械设计概述 第一章机械设计概述
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第一节 机械设计的基本要求和一般程序
一、设计机器应满足的基本要求
t
σm σa
σmin σmax
σ=常数
应最平力大小均 O
t
O
t
应幅力
非对称循环变应力
静应力
第一章机械设计概述
2、变应力主要参数
循环特性系数： r
min max
——表示应力变化的情况
对称循环— r = −1； 脉动循环— r = 0；
非对称循环— r≠ 0 且 | r | ≠ 1; 静应力— r = +1
功能要求
能实现机器的预定功能，并在预定环境条件 和工作期限内可靠地工作。
经济性要求 要求设计、制造和使用机器的费用少，并且
效率高。
操作方便 运行安全
要求设计的机器操作简便、省力；必要时可 安装安全防护和保险装置；尽可能降低机器 的噪声；美化机器的外观造型等，并应妥善 处理人和机器间的各个联系环节。
其它特殊要求 如巨型机器要便于安装、拆卸和运输；食品、
第一章机械设计概述
对于疲劳寿命，通常是求出零件在预定使用寿 命时的疲劳极限作为计算的依据。疲劳寿命的计算 准则常采用 S≥[S] 的形式。
迄今为止，还未能提出实用有效的腐蚀寿命计算 方法，因而也无法列出腐蚀的计算准则。 四、振动稳定性准则
静载荷
不随时间变化或变化缓 慢的载荷
变载荷 随时间变化的载荷
第一章机械设计概述
在设计计算中，零件上的载荷还分为： •工作载荷 机械正常工作时所受的实际载荷 。 •名义载荷 根据额定功率用力学公式计算出的作用在 零件上的载荷。 •计算载荷 考虑零部件工作过程中载荷随时间作用的 不均匀性、载荷在零件上分布的不均匀性及其他影响 零件受载等因素，而对名义载荷进行修正而得到的近 似载荷。 •常用载荷系数K（K=K1K2…）来考虑这些因素的综合 影响。载荷系数K与名义载荷的乘积即为计算载荷。
第一章机械设计概述
第四节 机械零件的计算准则
机械零件不发生失效时的安全工作限度称为零件 的工作能力。对载荷而言零件的工作能力也可称为零 件的承载能力。
用计算的方法来保证零件有足够的工作能力，从 而避免失效，是常用的机械设计方法。计算依据的条 件称为计算准则。
一、强度准则
强度是指零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形 及某些表面损伤的能力。