機(jī)械設(shè)計(jì)總論P(yáng)PT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1機(jī)械設(shè)計(jì)總論機(jī)械設(shè)計(jì)總論在學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)課程之初，有必要對(duì)機(jī)械的組成、機(jī)械的基本要素有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。下面先看幾個(gè)例子。典型機(jī)械實(shí)例：典型機(jī)械實(shí)例：機(jī)械控制式機(jī)械控制式電氣控制式電氣控制式模糊控制式模糊控制式除了控制方式以外，上述三種洗衣機(jī)的主要傳動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有很大的差別。除了控制方式以外，上述三種洗衣機(jī)的主要傳動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有很大的差別。全自動(dòng)洗衣機(jī)；全自動(dòng)洗衣機(jī)；減速器；減速器； 工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人。潘存云教授研制全自動(dòng)洗衣機(jī)；全自動(dòng)洗衣機(jī)；1 11 1 機(jī)器的組成及典型機(jī)械介紹機(jī)器的組成及典型機(jī)械介紹第1頁(yè)/共58頁(yè)自動(dòng)洗衣機(jī)的組成：自動(dòng)洗衣機(jī)的組成：上蓋上蓋控制面板控制面板進(jìn)水口進(jìn)水口

2、排水管排水管外箱體外箱體盛水桶盛水桶支撐拉桿支撐拉桿脫水桶脫水桶電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)減速器減速器波輪波輪第2頁(yè)/共58頁(yè)洗滌：洗滌：A A制動(dòng)，制動(dòng)，B B放開(kāi)，運(yùn)動(dòng)經(jīng)電動(dòng)機(jī)、帶傳動(dòng)、中心齒輪、行星輪放開(kāi)，運(yùn)動(dòng)經(jīng)電動(dòng)機(jī)、帶傳動(dòng)、中心齒輪、行星輪、行星架、帶動(dòng)波輪旋轉(zhuǎn)。、行星架、帶動(dòng)波輪旋轉(zhuǎn)。脫水：脫水：A A放開(kāi)，放開(kāi)，B B制動(dòng)，運(yùn)動(dòng)經(jīng)電動(dòng)機(jī)、帶傳動(dòng)、內(nèi)齒圈（脫水桶）、制動(dòng)，運(yùn)動(dòng)經(jīng)電動(dòng)機(jī)、帶傳動(dòng)、內(nèi)齒圈（脫水桶）、中心齒輪、行星架，波輪與脫水桶等速旋轉(zhuǎn)。中心齒輪、行星架，波輪與脫水桶等速旋轉(zhuǎn)。AB 洗衣機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖洗衣機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)脫水桶脫水桶波輪波輪自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理：自動(dòng)洗衣

3、機(jī)的工作原理：第3頁(yè)/共58頁(yè)典型機(jī)械實(shí)例：典型機(jī)械實(shí)例：減速器減速器 潘存云教授研制第4頁(yè)/共58頁(yè)典型機(jī)械實(shí)例：典型機(jī)械實(shí)例：工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人第5頁(yè)/共58頁(yè)潘存云教授研制典型機(jī)械實(shí)例：典型機(jī)械實(shí)例：工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人第6頁(yè)/共58頁(yè)典型機(jī)械實(shí)例：典型機(jī)械實(shí)例：潘存云教授研制工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人第7頁(yè)/共58頁(yè)典型機(jī)械實(shí)例：典型機(jī)械實(shí)例：潘存云教授研制工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人第8頁(yè)/共58頁(yè)典型機(jī)械實(shí)例：典型機(jī)械實(shí)例：潘存云教授研制工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人第9頁(yè)/共58頁(yè)潘存云教授研制潘存云教授研制示教盒用于輸示教盒用于輸入控制命令或入控制命令或控制程序?？刂瞥绦颉？刂葡到y(tǒng)用于控制控制系統(tǒng)用

4、于控制操作機(jī)各關(guān)節(jié)內(nèi)伺操作機(jī)各關(guān)節(jié)內(nèi)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人的組成 操作手在控制系統(tǒng)操作手在控制系統(tǒng)的指揮下，完成各的指揮下，完成各種復(fù)雜的作業(yè)。種復(fù)雜的作業(yè)。示教盒（編程器）示教盒（編程器）控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 操作手操作手 第10頁(yè)/共58頁(yè)典型機(jī)械實(shí)例：典型機(jī)械實(shí)例：全自動(dòng)洗衣機(jī)；全自動(dòng)洗衣機(jī)；減速器；減速器；工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人由以上實(shí)例，可歸納得出：由以上實(shí)例，可歸納得出：潤(rùn)滑、顯示、照明等輔助系統(tǒng)原動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置在原動(dòng)機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間傳遞運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)換運(yùn)在原動(dòng)機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間傳遞運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)方式的裝置。機(jī)械傳動(dòng)裝置是本課程研

5、究的主要內(nèi)容之一動(dòng)方式的裝置。機(jī)械傳動(dòng)裝置是本課程研究的主要內(nèi)容之一。 機(jī) 器第11頁(yè)/共58頁(yè)定義：定義： GB10853-89 GB10853-89 機(jī)器理論與機(jī)構(gòu)學(xué)術(shù)語(yǔ)機(jī)器理論與機(jī)構(gòu)學(xué)術(shù)語(yǔ)l 機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，用來(lái)變換或機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，用來(lái)變換或傳遞能量、物料、信息。傳遞能量、物料、信息。l 機(jī)構(gòu)是用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和力的、有一個(gè)構(gòu)件機(jī)構(gòu)是用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和力的、有一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架的、用構(gòu)件間能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接方式組為機(jī)架的、用構(gòu)件間能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接方式組成的構(gòu)件系統(tǒng)。成的構(gòu)件系統(tǒng)。設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序?qū)C(jī)器的主要要求對(duì)機(jī)器的主要要求教材教材P5P5表表2-12-

6、1使用功能要求使用功能要求 經(jīng)濟(jì)性要求經(jīng)濟(jì)性要求 勞保環(huán)保要求勞保環(huán)保要求 壽命可靠性要壽命可靠性要求其他專(zhuān)用要求其他專(zhuān)用要求求第12頁(yè)/共58頁(yè)教材與參考書(shū)教材教材濮良貴，紀(jì)名剛濮良貴，紀(jì)名剛. . 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì). 8. 8版版. . 北京：高等教北京：高等教育出版社，育出版社，2006.2006.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)書(shū) 手冊(cè)手冊(cè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)參考書(shū)參考書(shū)1. 1. 吳宗澤吳宗澤. . 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì). . 北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，2001.2001.2.2.機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)（第四版）邱宣懷等

7、主編（第四版）邱宣懷等主編 高教出版高教出版社社3.3.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì) 黃純穎黃純穎 主編主編 高等教育出版社高等教育出版社第13頁(yè)/共58頁(yè)國(guó)外機(jī)械龍頭企業(yè)：美國(guó)卡特彼勒公司美國(guó)卡特彼勒公司成立于成立于19251925年，是世界上最大的年，是世界上最大的工程工程機(jī)械機(jī)械和和礦山設(shè)備礦山設(shè)備生產(chǎn)廠家生產(chǎn)廠家、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和和工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)生生產(chǎn)廠家之一，也是世界上最大的柴油機(jī)廠家之一。產(chǎn)廠家之一，也是世界上最大的柴油機(jī)廠家之一。 沃爾沃集團(tuán)沃爾沃集團(tuán)成立于成立于19271927年，是世界最大的年，是世界最大的卡車(chē)、客車(chē)卡車(chē)、客車(chē)及及建建筑設(shè)備筑設(shè)備的生產(chǎn)商之一

8、，在的生產(chǎn)商之一，在海洋及工業(yè)能源系統(tǒng)海洋及工業(yè)能源系統(tǒng)方面和方面和飛機(jī)發(fā)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)元件動(dòng)機(jī)元件領(lǐng)域占有領(lǐng)先地位。領(lǐng)域占有領(lǐng)先地位。JCBJCB擁有擁有挖掘裝載機(jī)挖掘裝載機(jī)(BackhoeLoader(BackhoeLoader，俗稱(chēng)，俗稱(chēng)“兩頭忙兩頭忙”) )、伸、伸縮臂式叉裝機(jī)、履帶式和輪式挖掘機(jī)、輪式裝載機(jī)、工地叉縮臂式叉裝機(jī)、履帶式和輪式挖掘機(jī)、輪式裝載機(jī)、工地叉車(chē)、滑移式裝載機(jī)、小型挖掘機(jī)、自卸車(chē)、高速拖拉機(jī)等車(chē)、滑移式裝載機(jī)、小型挖掘機(jī)、自卸車(chē)、高速拖拉機(jī)等300300多個(gè)產(chǎn)品系列。多個(gè)產(chǎn)品系列。小松工程機(jī)械有限公司小松工程機(jī)械有限公司工程機(jī)械、特種工程機(jī)械、進(jìn)工程機(jī)械、特種工程機(jī)

9、械、進(jìn)口工程機(jī)械、地下工程機(jī)械、產(chǎn)業(yè)機(jī)械口工程機(jī)械、地下工程機(jī)械、產(chǎn)業(yè)機(jī)械第14頁(yè)/共58頁(yè)國(guó)內(nèi)機(jī)械行業(yè)強(qiáng)大的股份公司：滬東重機(jī)（船用柴油機(jī)）滬東重機(jī)（船用柴油機(jī)） 、風(fēng)帆股份（保定）、風(fēng)帆股份（保定）、三一重工（長(zhǎng)沙）、太原重工、徐工科技、三一重工（長(zhǎng)沙）、太原重工、徐工科技、經(jīng)緯紡機(jī)（北京）、石油濟(jì)柴（濟(jì)南）、柳工機(jī)械經(jīng)緯紡機(jī)（北京）、石油濟(jì)柴（濟(jì)南）、柳工機(jī)械 江鉆股份（武漢）、中核科技（蘇閥）、江鉆股份（武漢）、中核科技（蘇閥）、 秦川發(fā)展（秦川機(jī)床）天地科技（北京煤業(yè)）秦川發(fā)展（秦川機(jī)床）天地科技（北京煤業(yè)）石油機(jī)械：北石、蘭石、寶石、江漢四機(jī)、北石、蘭石、寶石、江漢四機(jī)、南陽(yáng)二機(jī)、

10、勝利高原、山東墨龍、德州聯(lián)合、江蘇南陽(yáng)二機(jī)、勝利高原、山東墨龍、德州聯(lián)合、江蘇金石、天津奧凱、牡丹江金石、天津奧凱、牡丹江第15頁(yè)/共58頁(yè)社會(huì)需求社會(huì)需求設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)編制技術(shù)文件編制技術(shù)文件第16頁(yè)/共58頁(yè)第17頁(yè)/共58頁(yè)第18頁(yè)/共58頁(yè)第19頁(yè)/共58頁(yè)第20頁(yè)/共58頁(yè)第21頁(yè)/共58頁(yè)第22頁(yè)/共58頁(yè)第23頁(yè)/共58頁(yè)第24頁(yè)/共58頁(yè)第25頁(yè)/共58頁(yè)第26頁(yè)/共58頁(yè)AAA-A放大第27頁(yè)/共58頁(yè)一、幾個(gè)名詞一、幾個(gè)名詞：1 1）失效：失效：機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作，稱(chēng)機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作，稱(chēng)為失效。為失效。注意注意

11、： a) a) 失效并不單純指破壞，破壞只是失效的形式失效并不單純指破壞，破壞只是失效的形式之一。之一。 機(jī)械零件的可能失效形式很多，歸納起來(lái)主要有機(jī)械零件的可能失效形式很多，歸納起來(lái)主要有強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性以及溫度等方面的失效強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性以及溫度等方面的失效。 b) b) 同一種零件可能的失效形式往往有若干種同一種零件可能的失效形式往往有若干種。 例如：軸在工作中可能產(chǎn)生斷裂、過(guò)大彈性變形例如：軸在工作中可能產(chǎn)生斷裂、過(guò)大彈性變形、共振等失效。、共振等失效。 機(jī)械零件失效的主要形式：整體斷裂機(jī)械零件失效的主要形式：整體斷裂、過(guò)大的殘余變形、零件的表面破壞、破壞正

12、、過(guò)大的殘余變形、零件的表面破壞、破壞正常工作條件引起的失效（教材常工作條件引起的失效（教材P10P10）1 12 2 機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則第28頁(yè)/共58頁(yè)機(jī)械零件失效實(shí)例：機(jī)械零件失效實(shí)例：潘存云教授研制輪齒塑性變形輪齒塑性變形潘存云教授研制齒輪輪齒折斷齒輪輪齒折斷 潘存云教授研制軸承外圈塑性變形軸承外圈塑性變形潘存云教授研制齒面接觸疲勞點(diǎn)蝕齒面接觸疲勞點(diǎn)蝕潘存云教授研制軸瓦磨損軸瓦磨損潘存云教授研制軸承內(nèi)圈破裂軸承內(nèi)圈破裂 第29頁(yè)/共58頁(yè)一、幾個(gè)名詞：一、幾個(gè)名詞：2 2）工作能力：工作能力： 即機(jī)械零件在一定條件下抵抗失效即機(jī)械零件在一定條件下抵抗失效的能力。的能力

13、。3 3）承載能力：承載能力： 對(duì)載荷而言的工作能力。（也就是對(duì)載荷而言的工作能力。（也就是用載荷表示的工作能力）用載荷表示的工作能力）4 4）工作能力計(jì)算準(zhǔn)則：工作能力計(jì)算準(zhǔn)則： 為防止機(jī)械零件發(fā)生某種失為防止機(jī)械零件發(fā)生某種失效而應(yīng)滿足的條件。效而應(yīng)滿足的條件。（也可以理解為是機(jī)械零件不發(fā)生失效的（也可以理解為是機(jī)械零件不發(fā)生失效的“安全件安全件”， 是設(shè)計(jì)零件時(shí)的理論依據(jù)）。是設(shè)計(jì)零件時(shí)的理論依據(jù)）。第30頁(yè)/共58頁(yè) 為了防止機(jī)械零件在工作中產(chǎn)生失效，設(shè)計(jì)為了防止機(jī)械零件在工作中產(chǎn)生失效，設(shè)計(jì) 時(shí)，需要時(shí)，需要以零件的工作能力計(jì)算準(zhǔn)則為依據(jù)進(jìn)行必要以零件的工作能力計(jì)算準(zhǔn)則為依據(jù)進(jìn)行必要

14、的計(jì)算的計(jì)算，常用的理論計(jì)算方法（過(guò)程）有兩種：，常用的理論計(jì)算方法（過(guò)程）有兩種： 5 5）設(shè)計(jì)計(jì)算：設(shè)計(jì)計(jì)算：先分析零件的可能失效形式，先分析零件的可能失效形式，根據(jù)該失效形式的計(jì)算準(zhǔn)則通過(guò)計(jì)算確定零件的根據(jù)該失效形式的計(jì)算準(zhǔn)則通過(guò)計(jì)算確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸。結(jié)構(gòu)尺寸。 6 6）校核計(jì)算：校核計(jì)算：先確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸，然后再先確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸，然后再驗(yàn)算零件是否滿足計(jì)算準(zhǔn)則。如不滿足，則應(yīng)修驗(yàn)算零件是否滿足計(jì)算準(zhǔn)則。如不滿足，則應(yīng)修改零件的尺寸。改零件的尺寸。 除除理論設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)方法外，機(jī)械零件常規(guī)的設(shè)計(jì)方法外，機(jī)械零件常規(guī)的設(shè)計(jì)方法還有方法還有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)

15、。（教材。（教材P16P16）第31頁(yè)/共58頁(yè) 為了防止機(jī)械零件在工作中產(chǎn)生失效，設(shè)計(jì)時(shí)，為了防止機(jī)械零件在工作中產(chǎn)生失效，設(shè)計(jì)時(shí)，需要需要以以零件的工作能力計(jì)算準(zhǔn)則零件的工作能力計(jì)算準(zhǔn)則為依據(jù)進(jìn)行必要的計(jì)為依據(jù)進(jìn)行必要的計(jì)算。機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則大體有：算。機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則大體有： 強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則 剛度準(zhǔn)則剛度準(zhǔn)則 壽命準(zhǔn)則壽命準(zhǔn)則 振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則 可靠性準(zhǔn)則可靠性準(zhǔn)則 摩擦學(xué)準(zhǔn)則摩擦學(xué)準(zhǔn)則第32頁(yè)/共58頁(yè)二、載荷和應(yīng)力二、載荷和應(yīng)力1 1 載荷載荷由于運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的慣性力和沖擊等引起的載荷稱(chēng)為由于運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的慣性力和沖擊等引起的載荷稱(chēng)為動(dòng)載荷動(dòng)載荷。 靜載荷靜載荷變載荷變

16、載荷按是否隨時(shí)間變化，載荷分為按是否隨時(shí)間變化，載荷分為：按是否考慮動(dòng)載荷的影響，載荷分為：按是否考慮動(dòng)載荷的影響，載荷分為：名義載荷名義載荷：在理想平穩(wěn)條件下所受的載荷（不考慮動(dòng)載荷的影響）在理想平穩(wěn)條件下所受的載荷（不考慮動(dòng)載荷的影響）計(jì)算載荷計(jì)算載荷載荷系數(shù)載荷系數(shù)K K名義載荷（代表機(jī)器或零件實(shí)際所受載荷名義載荷（代表機(jī)器或零件實(shí)際所受載荷） 載荷系數(shù)載荷系數(shù)K K：用于計(jì)入在實(shí)際工作中受到的各種動(dòng)載荷的影響：用于計(jì)入在實(shí)際工作中受到的各種動(dòng)載荷的影響。額定載荷：額定載荷： 由原動(dòng)機(jī)的額定功率推算出的載荷。由原動(dòng)機(jī)的額定功率推算出的載荷。第33頁(yè)/共58頁(yè)2 2 應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)力分為應(yīng)力分

17、為靜應(yīng)力 變應(yīng)力2minmaxm2minmaxas smaxmax最大應(yīng)力；最大應(yīng)力； s sminmin最小應(yīng)力最小應(yīng)力s sm m平均應(yīng)力；平均應(yīng)力； s sa a應(yīng)力幅值應(yīng)力幅值r r 應(yīng)力比（循環(huán)特性）應(yīng)力比（循環(huán)特性）maxminr變應(yīng)力 應(yīng)力應(yīng)力與外載荷、零件的截面形狀與外載荷、零件的截面形狀有關(guān)有關(guān) 強(qiáng)度強(qiáng)度與材料本身的機(jī)械性能有關(guān)，而與外載荷、截面形狀等與材料本身的機(jī)械性能有關(guān)，而與外載荷、截面形狀等無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)。 強(qiáng)度：指機(jī)械零件工作時(shí)抵抗破壞（斷裂或塑性變形）的能力強(qiáng)度：指機(jī)械零件工作時(shí)抵抗破壞（斷裂或塑性變形）的能力。 第34頁(yè)/共58頁(yè) o ot t應(yīng)應(yīng)力力靜應(yīng)力靜應(yīng)力變應(yīng)

18、力變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力非對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力非對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力規(guī)律性非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力規(guī)律性非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力隨機(jī)性非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力隨機(jī)性非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力第35頁(yè)/共58頁(yè) 規(guī)律性規(guī)律性 隨機(jī)性隨機(jī)性周期周期尖峰應(yīng)力尖峰應(yīng)力 o ot t應(yīng)應(yīng)力力靜應(yīng)力靜應(yīng)力變應(yīng)力變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力非對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力非對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力規(guī)律性非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力規(guī)律性非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力隨機(jī)性非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力隨機(jī)性非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力第36頁(yè)/共58頁(yè)最大應(yīng)力：

19、最大應(yīng)力：最小應(yīng)力：最小應(yīng)力：應(yīng)力幅：應(yīng)力幅：平均應(yīng)力：平均應(yīng)力：maxmin2/)(minmaxa2/)(minminm循環(huán)特性（循環(huán)特性（應(yīng)力比）：應(yīng)力比）：maxminr1r脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力：脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力：靜應(yīng)力：靜應(yīng)力：0r1r非對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力：非對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力：11r對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力：對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力：第37頁(yè)/共58頁(yè)對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力r r = -1= -1、 s sm m0 0脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力 r r=0=0、 s sminmin0 0靜應(yīng)力靜應(yīng)力 r r=1=1靜應(yīng)力（可看作是循環(huán)應(yīng)力的一個(gè)特例）靜應(yīng)力（可看作是循環(huán)應(yīng)力的一個(gè)特例）注：靜應(yīng)力只在靜載荷作用下產(chǎn)生，循環(huán)應(yīng)力可由變

20、載荷產(chǎn)注：靜應(yīng)力只在靜載荷作用下產(chǎn)生，循環(huán)應(yīng)力可由變載荷產(chǎn)生，也可由靜載荷產(chǎn)生。生，也可由靜載荷產(chǎn)生。（承受靜載荷的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或周期運(yùn)動(dòng)的零件將產(chǎn)生變應(yīng)力）（承受靜載荷的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或周期運(yùn)動(dòng)的零件將產(chǎn)生變應(yīng)力）另外，應(yīng)力還分為另外，應(yīng)力還分為名義應(yīng)力：根據(jù)名義載荷求得的應(yīng)名義應(yīng)力：根據(jù)名義載荷求得的應(yīng)力力計(jì)算應(yīng)力：根據(jù)計(jì)算載荷求得的應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力：根據(jù)計(jì)算載荷求得的應(yīng)力第38頁(yè)/共58頁(yè)三、強(qiáng)度準(zhǔn)則三、強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度：指機(jī)械零件工作時(shí)抵抗破壞（斷裂或塑性變形）的能力。強(qiáng)度：指機(jī)械零件工作時(shí)抵抗破壞（斷裂或塑性變形）的能力。 強(qiáng)度條件有兩種表示方法：強(qiáng)度條件有兩種表示方法：1 1） 用應(yīng)力表示：用應(yīng)力表

21、示： Slim2 2）用安全系數(shù)表示：）用安全系數(shù)表示：SSlimS式中：式中：計(jì)算最大應(yīng)力計(jì)算最大應(yīng)力lim極限應(yīng)力極限應(yīng)力計(jì)算安全系數(shù)計(jì)算安全系數(shù)SS許用應(yīng)力許用應(yīng)力許用安全系數(shù)許用安全系數(shù)注：對(duì)于切應(yīng)力，只須將上述各公式中的注：對(duì)于切應(yīng)力，只須將上述各公式中的 換成換成 即可。即可。第39頁(yè)/共58頁(yè)1 1 靜應(yīng)力下的強(qiáng)度靜應(yīng)力下的強(qiáng)度 在在靜應(yīng)力靜應(yīng)力下工作的零件，其可能的失效形式是塑性變下工作的零件，其可能的失效形式是塑性變形或斷裂。材料種類(lèi)不同，所取極限應(yīng)力也不同。形或斷裂。材料種類(lèi)不同，所取極限應(yīng)力也不同。塑性材料塑性材料 單向應(yīng)力狀態(tài)：?jiǎn)蜗驊?yīng)力狀態(tài)： slimslim，復(fù)合應(yīng)力

22、狀態(tài)：復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)： 按第三或第四強(qiáng)度理論計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力。按第三或第四強(qiáng)度理論計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力。脆性材料脆性材料 單向應(yīng)力狀態(tài)：?jiǎn)蜗驊?yīng)力狀態(tài)： ，blimblim復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)：復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)： 按第一強(qiáng)度理論計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力。按第一強(qiáng)度理論計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力。 注：注：1 1）對(duì)于塑性材料和組織不均勻的材料（如灰鑄鐵），在計(jì)算）對(duì)于塑性材料和組織不均勻的材料（如灰鑄鐵），在計(jì)算靜強(qiáng)度時(shí)，可不考慮應(yīng)力集中的影響。靜強(qiáng)度時(shí)，可不考慮應(yīng)力集中的影響。 2 2）對(duì)于組織均勻的低塑性材料（如淬火鋼），在計(jì)算靜強(qiáng)度）對(duì)于組織均勻的低塑性材料（如淬火鋼），在計(jì)算靜強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)考慮應(yīng)力集中的影響。時(shí)，應(yīng)考慮應(yīng)力集中的影響。第40

23、頁(yè)/共58頁(yè)2 2 循環(huán)應(yīng)力下的強(qiáng)度循環(huán)應(yīng)力下的強(qiáng)度計(jì)算變應(yīng)力下的強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)取計(jì)算變應(yīng)力下的強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)取 疲勞極限疲勞極限 （詳見(jiàn)第三章）。（詳見(jiàn)第三章）。 limrN3 3 許用安全系許用安全系數(shù)數(shù) S 過(guò)大，則機(jī)器會(huì)過(guò)于笨重；過(guò)小，可能不安全。過(guò)大，則機(jī)器會(huì)過(guò)于笨重；過(guò)小，可能不安全。因此，在保證安全的前提下，應(yīng)盡可能選用較小的許用安全系數(shù)因此，在保證安全的前提下，應(yīng)盡可能選用較小的許用安全系數(shù)。 的取值主要受下列因素的影響：的取值主要受下列因素的影響：SS 1 1） 計(jì)算的準(zhǔn)確性；計(jì)算的準(zhǔn)確性； 2 2）材料的均勻性；）材料的均勻性； 3 3）零件的重要性。）零件的重要性。第41頁(yè)/共5

24、8頁(yè) 對(duì)于高副零件，理論上是點(diǎn)、線接觸，但實(shí)際上在載荷作用對(duì)于高副零件，理論上是點(diǎn)、線接觸，但實(shí)際上在載荷作用下材料發(fā)生彈性變形后，理論上的點(diǎn)、線接觸變成了很小的面接下材料發(fā)生彈性變形后，理論上的點(diǎn)、線接觸變成了很小的面接觸，在接觸處局部會(huì)產(chǎn)生很高的應(yīng)力，這樣的應(yīng)力稱(chēng)為表面接觸觸，在接觸處局部會(huì)產(chǎn)生很高的應(yīng)力，這樣的應(yīng)力稱(chēng)為表面接觸應(yīng)力，用應(yīng)力，用 表示。表示。 H的大小用赫茲公式計(jì)算，公式見(jiàn)教材的大小用赫茲公式計(jì)算，公式見(jiàn)教材 P35P35。H4 4 表面接觸疲勞強(qiáng)度表面接觸疲勞強(qiáng)度 122212121111HFBEE第42頁(yè)/共58頁(yè)接觸循環(huán)應(yīng)力作用下的接觸循環(huán)應(yīng)力作用下的失效形式失效形式

25、是：是：疲勞點(diǎn)蝕疲勞點(diǎn)蝕（簡(jiǎn)稱(chēng)點(diǎn)蝕）（簡(jiǎn)稱(chēng)點(diǎn)蝕）。點(diǎn)蝕的危害點(diǎn)蝕的危害： 1 1）破壞零件的光滑表面，引起振動(dòng)和噪音。）破壞零件的光滑表面，引起振動(dòng)和噪音。 2 2）減小零件的有效工作面積。）減小零件的有效工作面積。 實(shí)際中的高副零件所受的接觸應(yīng)力都是循環(huán)變化的。實(shí)際中的高副零件所受的接觸應(yīng)力都是循環(huán)變化的。如如齒輪的輪齒，接觸嚙合時(shí)受應(yīng)力作用，脫離嚙合時(shí)不受應(yīng)力作用。齒輪的輪齒，接觸嚙合時(shí)受應(yīng)力作用，脫離嚙合時(shí)不受應(yīng)力作用。 在接觸循環(huán)應(yīng)力作用下的強(qiáng)度稱(chēng)為在接觸循環(huán)應(yīng)力作用下的強(qiáng)度稱(chēng)為表面接觸疲勞強(qiáng)度表面接觸疲勞強(qiáng)度。強(qiáng)度條件為：。強(qiáng)度條件為： HH第43頁(yè)/共58頁(yè)5 5 表面擠壓強(qiáng)度表面

26、擠壓強(qiáng)度 兩零件之間為面接觸時(shí)，在載荷作用下，接觸表面兩零件之間為面接觸時(shí)，在載荷作用下，接觸表面 上產(chǎn)生的應(yīng)力稱(chēng)為擠壓應(yīng)力，用上產(chǎn)生的應(yīng)力稱(chēng)為擠壓應(yīng)力，用 表示。表示。 p 在擠壓應(yīng)力作用下的強(qiáng)度稱(chēng)為擠壓強(qiáng)度，其強(qiáng)度條在擠壓應(yīng)力作用下的強(qiáng)度稱(chēng)為擠壓強(qiáng)度，其強(qiáng)度條件為：件為： pp 擠壓應(yīng)力作用下，接觸面的失效形式是擠壓應(yīng)力作用下，接觸面的失效形式是“壓潰壓潰” 。注：相互擠壓表面上的擠壓應(yīng)力相等。注：相互擠壓表面上的擠壓應(yīng)力相等。第44頁(yè)/共58頁(yè)四、剛度準(zhǔn)則四、剛度準(zhǔn)則 剛度剛度是指機(jī)械零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能是指機(jī)械零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。如果零件的剛度不足，有些零件

27、則會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生過(guò)大力。如果零件的剛度不足，有些零件則會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生過(guò)大的彈性變形而失效。的彈性變形而失效。 如：機(jī)床主軸的彈性變形過(guò)大將會(huì)影響所加工工件的精度如：機(jī)床主軸的彈性變形過(guò)大將會(huì)影響所加工工件的精度。剛度條件：剛度條件：實(shí)際變形量實(shí)際變形量 y y 許用變形量許用變形量 y y式中：實(shí)際變形量可用相關(guān)理論計(jì)算或由實(shí)驗(yàn)方法確定。式中：實(shí)際變形量可用相關(guān)理論計(jì)算或由實(shí)驗(yàn)方法確定。許用變形量許用變形量y y是保證正常工作所允許的變形量。是保證正常工作所允許的變形量。 注：注：1 1）零件材料的彈性模量）零件材料的彈性模量E E越大，則其剛度越大。越大，則其剛度越大。 2 2）用合金鋼代替碳鋼能提

28、高零件的強(qiáng)度，但不能提高零件）用合金鋼代替碳鋼能提高零件的強(qiáng)度，但不能提高零件的剛度。的剛度。 第45頁(yè)/共58頁(yè)五、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則五、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則 當(dāng)作用在零件上的周期性外力的變化頻率與零件的自當(dāng)作用在零件上的周期性外力的變化頻率與零件的自激振動(dòng)頻率（固有頻率）接近或者相等時(shí)，便發(fā)生共振，激振動(dòng)頻率（固有頻率）接近或者相等時(shí)，便發(fā)生共振，導(dǎo)致零件失效。這種現(xiàn)象稱(chēng)之為導(dǎo)致零件失效。這種現(xiàn)象稱(chēng)之為“失去振動(dòng)穩(wěn)定性失去振動(dòng)穩(wěn)定性”。 振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則：振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則：使零件的自激振動(dòng)頻率使零件的自激振動(dòng)頻率f f 遠(yuǎn)離外力變化遠(yuǎn)離外力變化 的頻率的頻率 。 即即 0.85f0.85f 或或 1.1

29、51.15f fpfpfpf改善振動(dòng)穩(wěn)定性的方法：改善振動(dòng)穩(wěn)定性的方法： 改變零件或系統(tǒng)的剛性，改變支承位置，增加或減改變零件或系統(tǒng)的剛性，改變支承位置，增加或減少輔助支承等來(lái)改變少輔助支承等來(lái)改變 f f ； 隔離激振源、采用阻尼以減小受激振動(dòng)零件的振隔離激振源、采用阻尼以減小受激振動(dòng)零件的振幅等。幅等。第46頁(yè)/共58頁(yè)六、壽命準(zhǔn)則六、壽命準(zhǔn)則 影響壽命的主要因素影響壽命的主要因素腐蝕、磨損、疲勞腐蝕、磨損、疲勞； 目前腐蝕、磨損壽命的計(jì)算方法尚不成熟。關(guān)于疲勞目前腐蝕、磨損壽命的計(jì)算方法尚不成熟。關(guān)于疲勞壽命，通常是求出使用壽命時(shí)的疲勞極限或額定載荷來(lái)作壽命，通常是求出使用壽命時(shí)的疲勞極

30、限或額定載荷來(lái)作為依據(jù)，下節(jié)再做介紹。為依據(jù)，下節(jié)再做介紹。七、可靠性準(zhǔn)則七、可靠性準(zhǔn)則可靠度可靠度 R R工作時(shí)間工作時(shí)間 t t失效率失效率 t 0ttRe失效率曲線失效率曲線（浴盆曲線）（浴盆曲線）第47頁(yè)/共58頁(yè)即即 壓強(qiáng)不超過(guò)許用值壓強(qiáng)不超過(guò)許用值 p p p p 速度不超過(guò)許用值速度不超過(guò)許用值 V V 壓強(qiáng)與速度乘積不超過(guò)許用值壓強(qiáng)與速度乘積不超過(guò)許用值 p p p p 八、摩擦學(xué)準(zhǔn)則八、摩擦學(xué)準(zhǔn)則 （耐磨性計(jì)算耐磨性計(jì)算） 到目前為止對(duì)于磨損失效還沒(méi)有一個(gè)完善的計(jì)算方法。到目前為止對(duì)于磨損失效還沒(méi)有一個(gè)完善的計(jì)算方法。通常只進(jìn)行條件性計(jì)算，通過(guò)限制影響磨損的主要因素防止通常只

31、進(jìn)行條件性計(jì)算，通過(guò)限制影響磨損的主要因素防止產(chǎn)生過(guò)大的磨損量。產(chǎn)生過(guò)大的磨損量。 注：限制注：限制 p p 值就是間接的限制因摩擦而產(chǎn)生的熱量，防值就是間接的限制因摩擦而產(chǎn)生的熱量，防止溫度過(guò)高。止溫度過(guò)高。第48頁(yè)/共58頁(yè)“機(jī)械零件的材料及其選用機(jī)械零件的材料及其選用”在在工程材料工程材料中已學(xué)過(guò)中已學(xué)過(guò)，本節(jié)要求大家自學(xué)。，本節(jié)要求大家自學(xué)。 P17-19P17-19 了解機(jī)械零件常用材料及其力學(xué)性能；了解機(jī)械零件常用材料及其力學(xué)性能； 機(jī)械零件材料選擇的原則及其應(yīng)用：機(jī)械零件材料選擇的原則及其應(yīng)用：載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì)載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì) 零件的工作情況零件的工作情況 零件的結(jié)構(gòu)

32、及加工性零件的結(jié)構(gòu)及加工性 材料的經(jīng)濟(jì)性材料的經(jīng)濟(jì)性 零件的尺寸及重量零件的尺寸及重量 選材的一般原則選材的一般原則 1 13 3 機(jī)械零件的材料及選用機(jī)械零件的材料及選用第49頁(yè)/共58頁(yè)低碳鋼低碳鋼 (08F)(08F)中碳鋼中碳鋼 (45)(45)高碳鋼高碳鋼 (60)(60)合金鋼合金鋼 (1Cr18(1Cr18）黑色金屬黑色金屬鋼鋼金屬材料金屬材料鑄鐵鑄鐵灰鑄鐵灰鑄鐵 (TH300)(TH300)球墨鑄鐵球墨鑄鐵(QT500-5)(QT500-5)有色金屬有色金屬鋁合金鋁合金 (LY12)(LY12)銅合金銅合金 (ZCuSn10P1)(ZCuSn10P1)高分子材料高分子材料塑料塑

33、料橡膠橡膠合成纖維合成纖維陶瓷材陶瓷材料料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷刀具結(jié)構(gòu)陶瓷刀具結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材復(fù)合材料料第50頁(yè)/共58頁(yè)表表1 1 常用鋼鐵材料的牌號(hào)及力學(xué)性能常用鋼鐵材料的牌號(hào)及力學(xué)性能材材 料料 力力 學(xué)學(xué) 性性 能能 試件尺寸試件尺寸類(lèi)類(lèi) 別別 牌牌 號(hào)號(hào) 強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限B B 屈服極限屈服極限S S 延伸率延伸率% mm% mmQ215 335410 215 31 碳素碳素結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼Q235 375460 235 26 d 16 Q275 490610 275 20 20 410 245 25 優(yōu)質(zhì)碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)素結(jié)構(gòu)鋼鋼35 530 315 20 d 25 45 600 35

34、5 16 35 SiMn 883 735 15 d 25 合金合金結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼 40Cr 981 785 9 d 25 20CrMnTi 1079 834 10 d 15 60Mn 981 785 8 d 80 ZG270-500 500 270 18 鑄鑄 鋼鋼ZG310-570 570 310 15 d100 ZG42SiMn 600 380 12 HT150 145 灰鑄鐵灰鑄鐵HT200 195 HT250 240 壁厚壁厚1020QT400-15 400 250 15 球墨鑄球墨鑄鐵鐵QT500-7 500 320 7 QT600-3 600 370 3 壁厚壁厚30200第51頁(yè)/共58頁(yè)表常用材料的相對(duì)價(jià)格表常用材料的相對(duì)價(jià)格材材 料料 種種 類(lèi)類(lèi) 規(guī)規(guī) 格格 相對(duì)價(jià)格相對(duì)價(jià)格熱軋圓剛熱軋圓剛 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235 （ 3342） 1鑄鑄 件件優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼 （ 2950） 1.51.8 合金結(jié)構(gòu)鋼（合金結(jié)構(gòu)鋼（ 2950） 1.72.5 滾動(dòng)軸承鋼（滾動(dòng)軸承鋼（ 2950） 3 合金工具鋼（合金工具鋼（ 2950） 320 4Cr9Si2耐熱鋼（耐熱鋼（ 2950） 5 灰鑄鐵鑄件灰鑄鐵鑄件 0.85 碳素鋼鑄件碳素鋼鑄件 1.7 銅合金、鋁合金鑄件銅合金、鋁合金鑄件 810 第52頁(yè)/共58頁(yè)判斷下面的