机械结构设计准则--力学原理设计准则

破坏正常工作条件引起的失效 胶合
打滑、共振、
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机械零件失效的实例：
齿轮轴断裂 整体塑变
轮齿磨损
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机械零件失效的实例：
齿轮轮齿折断
轴承内圈破裂
轮齿塑性变形
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轴承外圈塑性变形
机械零件失效的实例：
被联件拉断
被联件相对滑移
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轴瓦磨损
齿面接触疲劳
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2. 经验设计
根据经验关系式，用类比的方法所进行的设计。如：箱
体的结构设计
2016/12/27
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3. 模型实验设计
把初步设计的零、部件或机器作成小模型或小尺
寸样机进行实验。如：飞机、桥梁的风洞实验。
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第八节 机械零件设计的一般步骤
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四、质量小的要求
减小零件质量的好处： 节约材料。 减小惯性；改善机器的动力性能。 便于运输。
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五、可靠性要求
机械零件设计过程中存在不确定因素 参数不确定性：尺寸参数（制造精度） 设计参数（数据不足）
模型不确定性： （1）材料各向同性；
（2）小变形及线弹性；
（3）简化的简支梁； （4）圆柱体接触； （5）齿轮都是刚性体。
编制技术文件
第二节
机器的运动学设计
设计机器的一般程序
根据确定的结构方案 确定原动件参数（功率、转速、线速度） 确定各运动部件的运动参数（转速、速度、加速度）
机器的动力学计算
计算各主要零件所受的名义载荷
零件的工作能力设计
依据零件的设计准则和名义载荷，确定零部 件的基本尺寸

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。

零件的可靠度为S大于所有可能的s的整个概率
R (t )


dR


f ( s )[ f ( S )dS ] ds
s1

可得到可靠度的一般表达式
R (t )

b
a
f ( s )[ f ( S )dS ] ds
s
c
a,b 分别为应力在其概率密度函数中可以设想的最小值 和最大值， c 为强度在其概率密度函数中可以设想的最大值。
2 2
3 . 83
4.7 4.8 4.9 5.0 5.1
R (t )


3 . 83
( Z ) dZ 0 . 999935
如果强度分布是时间（或工作循环次数） 5.2 5.3 的函数，则可靠度也是时间的函数
499
15
例4 某连杆机构中，工作时连杆受拉力F~N(120，12)kN，连杆材料 为Q275钢，强度极限σ B~N(238，0.08×238)MPa，连杆的截面 为圆形，要求具有90%的可靠度，试确定该连杆的半径r。
3.2 应力强度干涉理论及可靠度计算
• 应力强度分布干涉理论（模型）
可靠性设计理论的基本任务：在故障物理学研究的基础 上，结合可靠性试验以及故障数据的统计分析，提出可 供实际计算的物理数学模型及方法。
f
x
f s
g( r
s
r
s r
产品要可靠，需满足： z=S-s ≥0
若应力s和强度S均为随机变量，则z=S-s也为随机变量。 即产品可靠度为：R=P( z≥0)= P(S-s ≥0) 认识应力─强度干涉模型很重要，这里应特注意应力、 强度均为广义的应力和强度。
可靠性设计方法 应力、强度、安全系数、载荷、几 何尺寸等均为随机变量，且呈一定 分布规律 随机变量的组合运算，为多值变量，

1.1.1 引言
人类在长期的生产和生活实践中创造和发展了机械，其目的是为
了减轻或替代人的劳动，提高生产率。
东汉张衡将杆机构巧妙地使用在人类第一台地震仪上，根据地动 仪内部机构的推测图（参见图1-2），它的原理是某一方向发生地震 时，使都柱（龙机）向该方向倾斜，带动杆件机构，迫使这个方位的 龙口大张，吐出小铜丸，掉进蟾蜍的嘴里，这样就能自动预报地震发 生的方向。
先以图1-3所示的单缸内燃机为例进行分析。
内燃机是由机架（缸体）1、曲轴2、连杆3、活塞4、进气阀5 、排气阀6、推杆7、凸轮8、齿轮9和10等组成。活塞、连杆、曲轴 和缸体组成主体部分，燃气推动活塞作往复移动，经连杆转变为曲轴 的连续转动；凸轮、进排气阀推杆和缸体组成进排气的控制部分，凸 轮转动，推动气阀按时启闭，分别控制进气和排气；曲轴上的齿轮和 凸轮轴上的齿轮与缸体组成传动部分，曲轴转动，通过齿轮将运动传 给凸轮轴。上述三部分共同将热能转换为曲轴的机械能。
设计零件时应满足的基本要求是从设计机器的要求中提出来的，
一般概括为以下两点：
（1）使用要求
（2）经济性要求
1.4.2 机械零件设计的一般方法
第一章 绪论
第一章 绪论
【引 子】
机械设计是根据机械的使用要求对其工作原理、结构、运动方式 ，零件的材料、几何形状等进行构思、分析和计算并将其转化为具体 的描述以作为制造依据的工作过程。机械设计是机械工程的重要组成 部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。
1.1 本课程的研究对象
它是机械中的装配单元，如减速器、离合器等。
3．构件 从机械实现预期运动和功能角度看，机构中形成相对运动的各个
运动单元称为构件。构件可以是由单一的零件，也可以是由若干零件 组成的运动单元。如图1-5所示的内燃机连杆是由连杆体1、轴套2、 连杆头3、螺栓4、定位销5、轴瓦6等组成，其一端与活塞相连，另 一端与曲轴相配合。