機械設計課件《總-論》(考研的內(nèi)部)

第一篇總論緒論(2h)機械設計的總論(3h)機械零件的強度(6h)摩擦、磨損及潤滑概述(2h)

第一篇總論緒論(2h)第一章緒論§1-0引言§1-1機械工業(yè)在現(xiàn)代化建設中的作用§1-2機器的基本組成要素§1-3本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務§1-4認識機器第一章緒論§1-0引言§1-1機械工業(yè)在現(xiàn)代化引言引言

人類社會的進步源于不斷地創(chuàng)新，設計活動則是創(chuàng)新的策劃、起點和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

機器是人們改造世界和現(xiàn)代化生活的重要工具，機器的發(fā)明、使用和發(fā)展是現(xiàn)代社會發(fā)展的一個重要創(chuàng)新過程。在這一創(chuàng)新過程中，人們總結(jié)出了進行機械設計的理論與方法，從而為更高層次的創(chuàng)新與設計奠定了基礎。

現(xiàn)代教育的目標是素質(zhì)教育，而素質(zhì)教育的核心應該是創(chuàng)新素質(zhì)教育。作為集中了人們關(guān)于機械及裝備創(chuàng)新智慧的機械設計的理論與方法，應該是同學們學習創(chuàng)新的理想內(nèi)容。

關(guān)于機械設計的理論與方法是博大精深的，而作為大學本科階段的一門課程，機械設計課程的主要任務是講述通用機械零部件的設計以及機械系統(tǒng)設計的基礎知識。

引言引言人類社會的進步源于不斷地創(chuàng)新，設計活動則是創(chuàng)新的第一節(jié)§1-1機械工業(yè)在現(xiàn)代化建設中的作用

機械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個國家現(xiàn)代化建設水平的重要標志。

機器是代替人們體力和部分腦力勞動的工具，機器既能承擔人力所不能或不便進行的工作，又能較人工生產(chǎn)改進產(chǎn)品質(zhì)量，特別是能夠大大提高勞動生產(chǎn)率和改善勞動條件。

只有使用機器，才能便于實現(xiàn)產(chǎn)品的標準化、系列化和通用化，尤其是便于實現(xiàn)高度的機械化、電氣化和自動化。

機械工業(yè)肩負著為國民經(jīng)濟各個部門提供裝備和促進技術(shù)改造的重任。

大量地設計制造和廣泛采用各種先進的機器，可大大加強促進國民經(jīng)濟發(fā)展的力度加速我國的現(xiàn)代化建設。

第一節(jié)§1-1機械工業(yè)在現(xiàn)代化建設中的作用機械工業(yè)的生產(chǎn)水機器的組成1

人們?yōu)榱藵M足生產(chǎn)和生活的需要，設計和制造了類型繁多、功能各異的機器。

一臺完整的機器的組成大致可包括：原動機部分傳動部分執(zhí)行部分潤滑、顯示、照明等輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)

傳感器傳感器傳感器§1-2機器的基本組成要素

一個機械系統(tǒng)一般包含機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、驅(qū)動動力系統(tǒng)、檢測與控制系統(tǒng)。機器的組成1人們?yōu)榱藵M足生產(chǎn)和生活的需要，設計認識機器5工業(yè)機器人操作機電機底座軸殼減速器滾子軸承基座§1-2機器的基本組成要素

一臺機器的機械結(jié)構(gòu)總是由一些機構(gòu)組成的，每個機構(gòu)又是由若干零件組成的。有些零件是在各種機器中常用的，稱之為通用零件；有些零件只有在特定的機器中才用到，稱之為專用零件。認識機器5工業(yè)機器人操作機電機底座軸殼減速器滾子軸承基座§1第二節(jié)§1-2機器的基本組成要素

通用零件包括：

齒輪、鏈傳動、帶傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動；軸、聯(lián)軸器、離合器；滾動軸承、滑動軸承；螺栓、鍵、花鍵、銷；鉚、焊、膠結(jié)構(gòu)件；彈簧、機架、箱體等。

專用零件例如：葉片、犁鏵、槍栓等。

通用零件是本課程的主要學習對象，而專用零件的設計方法應在有關(guān)專業(yè)課中學習。

第二節(jié)§1-2機器的基本組成要素通用零件包括：專用零件第三節(jié)１§1-3本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務

機械設計課程的主要研究對象是：

以通用零件和常用機器為研究對象的-門學科。

本課程中“設計”的含義是指機械裝置的實體設計，涉及零件的應力、強度的分析計算，材料的選擇、結(jié)構(gòu)設計，考慮加工工藝性、標準化以及經(jīng)濟性、環(huán)境保護等。機械設計結(jié)果的表現(xiàn)形式為：機械工程圖、說明書和計算機程序。

第三節(jié)１§1-3本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務機械設計課程的研究的內(nèi)容研究普通工作條件下，一般尺寸參數(shù)的通用零件的設計理論、基本知識、方法、一般步驟。具體內(nèi)容：①總論：機械設計中帶有共性的問題，有關(guān)設計的理論和原則；②聯(lián)接零件：螺紋聯(lián)接、鍵及花鍵聯(lián)接等；③傳動零件：帶、鏈、齒輪、蝸桿傳動等；④軸系部分：軸、軸承等；⑤其它部分：彈簧、箱體、變速器等。性質(zhì)

–技術(shù)基礎課研究的內(nèi)容用于研究機械設計的基本理論、基本知識有：工程材料：非金屬材料，金屬材料及熱處理。工程制圖：設計的圖形表達。機械制造基礎：冷加工工藝，熱加工工藝。公差配合與技術(shù)測量：解決精度設計問題。理論力學：解決力分析與動力計算。材料力學：解決強度分析問題。機械原理：解決機械的方案設計。用于研究機械設計的基本理論、基本知識有：工程材料：非金屬材料任務

培養(yǎng)學生掌握通用零件的設計原理、方法和機械設計的一般規(guī)律；樹立正確的設計思想，了解國家當前的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟政策；具有使用標準、規(guī)范、手冊、圖冊及查閱資料的能力；掌握典型零件的實驗方法，獲得實驗技能的基本訓練；了解機械設計的新發(fā)展。任務培養(yǎng)學生掌握通用零件的設計原理、方法和機械設計的一般規(guī)設計方法后敘：設計方法后敘：

學習本課程需要注意的幾個問題涉及面廣關(guān)系多─因與諸多先修課關(guān)系密切。要求多─強度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、經(jīng)濟性。門類多─各類零件，各有特點，設計方法各異。公式多─計算多，有解析式、半解析式、經(jīng)驗的、半經(jīng)驗的及定義式。圖表多─結(jié)構(gòu)圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線圖、標準、經(jīng)驗數(shù)表。

實踐性強─不僅讀懂書就行，要多聯(lián)系實際，要注重實踐性環(huán)節(jié)。

無重點─又都是重點，設計工作必須詳盡，細小的疏忽也會導致嚴重事故。

設計問題無統(tǒng)一答案─更多地談論誰設計得更好，要注意發(fā)展求異思維。第三節(jié)2

學習本課程需要注意的幾個問題實踐性強─不僅讀懂書就行，要注意處理好幾個關(guān)系

零件的設計與選用

──零件設計的兩個主要途徑。

設計計算與結(jié)構(gòu)設計

──設計決非只是計算，同學更應重視結(jié)構(gòu)設計的學習。

性能要求與經(jīng)濟性

──永遠是一對矛盾，應學會合理地解決這一對矛盾。

經(jīng)驗設計與現(xiàn)代設計

──二者均重要，前者是后者的基礎。

具體的設計方法與一般的設計能力

──前者是學習的形式，后者是學習的目的。第三節(jié)3

注意處理好幾個關(guān)系零件的設計與選用

──零第二章機械設計總論§2-1設計機器的一般程序§2-2對機器的主要要求§2-3機械零件的主要失效形式§2-4設計機械零件時應滿足的基本要求§2-5機械零件的計算準則§2-6機械零件的設計方法§2-7機械零件設計的一般步驟§2-8機械零件材料的選用原則§2-9機械零件設計中的標準化§2-10機械現(xiàn)代設計方法簡介第二章機械設計總論§2-1設計機器的一般程序§2-2設計機器的一般程序2-1設計機器的一般程序

計劃階段

方案設計階段

技術(shù)設計階段

技術(shù)文件編制階段一部機器的質(zhì)量基本上決定于設計質(zhì)量，機器的設計階段是決定機器好壞的關(guān)鍵。它是一個創(chuàng)造性的工作過程，同時也是一個盡可能多地利用已有的成功經(jīng)驗的工作。作為一部完整的機器，它是一個復雜的系統(tǒng)。要提高設計質(zhì)量，必須有一個科學的設計程序。設計機器的一般程序：詳細說明

設計機器的一般程序2-1設計機器的一般程序計劃階段方案設對機器的主要要求2-2對機器的主要要求

設計機器的任務是在當前技術(shù)發(fā)展所能達到的條件下，根據(jù)生產(chǎn)及生活的需要提出的。不管機器的類型如何，一般來說，對機器都要提出以下的基本要求：

使用功能要求經(jīng)濟性要求勞動保護要求可靠性要求其它專用要求詳細說明

對機器的主要要求2-2對機器的主要要求設計機機械零件的主要失效形式12-3機械零件的主要失效形式機械零件常見的失效形式有：整體斷裂、過大的殘余變形、零件的表面破壞以及破壞正常工作條件引起的失效等。（一）整體斷裂整體斷裂是指零件在載荷作用下，其危險截面的應力超過零件的強度極限而導致的斷裂，或在變應力作用下，危險截面發(fā)生的疲勞斷裂。齒輪輪齒斷裂

軸承內(nèi)圈斷裂機械零件的主要失效形式12-3機械零件的主要失效形式機械機械零件的主要失效形式22-3機械零件的主要失效形式（二）過大的殘余變形

當作用于零件上的應力超過了材料的屈服極限，零件將產(chǎn)生殘余變形。齒輪齒面塑形變形軸承外圈塑性變形

機械零件的主要失效形式22-3機械零件的主要失效形式（二）過機械零件的主要失效形式32-3機械零件的主要失效形式（三）零件的表面破壞

零件的表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞（點蝕）。齒面接觸疲勞軸瓦磨損

機械零件的主要失效形式32-3機械零件的主要失效形式（三）零機械零件的主要失效形式42-3機械零件的主要失效形式（四）破壞正常工作條件引起的失效

有些零件只有在一定的工作條件下才能正常的工作，如：

液體摩擦的滑動軸承，只有在存在完整的潤滑油膜時才能正常工作。帶傳動只有在傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力時才能正常工作。高速轉(zhuǎn)動的零件，只有在轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動件系統(tǒng)的固有頻率避開一個適當?shù)拈g隔才能正常工作。零件在工作時會發(fā)生那一種失效，這與零件的工作環(huán)境、載荷性質(zhì)等很多因素有關(guān)。有統(tǒng)計結(jié)果表明，一般機械零件的失效主要是由于疲勞、磨損、腐蝕等因素引起。

機械零件的主要失效形式42-3機械零件的主要失效形式（四）破設計機械零件時應滿足的基本要求2-4設計機械零件時應滿足的基本要求

避免在預定壽命期內(nèi)失效的要求

結(jié)構(gòu)工藝性要求

經(jīng)濟性要求

質(zhì)量小的要求

可靠性要求

機器是由各種各樣的零部件組成的，要使所設計的機器滿足基本要求，就必須使組成機器的零件滿足以下要求：詳細說明應保證零件有足夠的強度、剛度、壽命。設計的結(jié)構(gòu)應便于加工和裝配。

零件應有合理的生產(chǎn)加工和使用維護的成本。

質(zhì)量小則可節(jié)約材料，質(zhì)量小則靈活、輕便。應降低零件發(fā)生故障的可能性（概率）。

設計機械零件時應滿足的基本要求2-4設計機械零件時應滿足的基機械零件的計算準則12-5機械零件的設計準則

強度準則

剛度準則

設計零件時，首先應根據(jù)零件的失效形式確定其設計準則以及相應的設計計算方法。一般來講，有以下幾種準則：

壽命準則

振動穩(wěn)定性準則

可靠性準則詳細說明：確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形，是最基本的設計準則。：確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。：通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關(guān)。：高速運轉(zhuǎn)機械的設計應注重此項準則。：當計及隨機因素影響時，仍應確保上述各項準則。

機械零件的計算準則12-5機械零件的設計準則強度準則剛度機械零件的設計方法2-6機械零件的設計方法

理論設計

經(jīng)驗設計

模型實驗設計

機械零件的設計方法通常分為常規(guī)設計方法和現(xiàn)代設計方法兩大類。

現(xiàn)代設計方法是指在近二、三十年發(fā)展起來的更為完善、科學、計算精度高、設計與計算速度更快的機械設計方法。如機械優(yōu)化設計、機械可靠性設計、計算機輔助設計等等。

常規(guī)設計方法是指采用一定的理論分析和計算，結(jié)合人們在長期的設計和生產(chǎn)實踐中總結(jié)出的方法、公式、圖表等進行設計的方法。它又可分為：詳細說明

機械零件的設計方法2-6機械零件的設計方法理論設計經(jīng)驗設機械零件設計的一般步驟2-7機械零件設計的一般步驟選擇零件類型、結(jié)構(gòu)

機械零件的設計一般要經(jīng)過以下幾個步驟：詳細說明

計算零件上的載荷確定計算準則選擇零件的材料確定零件的基本尺寸結(jié)構(gòu)設計校核計算畫出零件工作圖寫出計算說明書

機械零件設計的一般步驟2-7機械零件設計的一般步驟選擇零件類機械零件設計的內(nèi)容分析工作原理類型選擇受力分析改進與發(fā)展結(jié)果分析與設計簡化模型失效分析建立計算準則機械零件的設計內(nèi)容機械零件分析工作原理類型選擇受力分析改進與發(fā)展結(jié)果分析與設計機械零件材料的選用原則12-8機械零件材料的選用原則：鋁(LY12)、銅(ZCuSn10P1)…...黑色金屬有色金屬鐵鋼高分子材料復合材料陶瓷金屬材料非金屬材料載荷及應力的大小和性質(zhì)零件的工作情況零件的結(jié)構(gòu)及加工性材料的經(jīng)濟性零件的尺寸及重量一、常用材料二、機械零件材料的選用原則詳細說明：塑料、橡膠、合成纖維

：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、合金鋼…(如：08F

45

60

1Cr18）

：灰鑄鐵、球墨鑄鐵…(如：TH300QT500-5)：強如鋼、輕如鋁、硬如金剛石：強度高、彈性模量大、質(zhì)量輕

機械零件材料的選用原則12-8機械零件材料的選用原則：鋁(L機械零件設計中的標準化12-9機械零件設計中的標準化

標準化的益處：

與設計有關(guān)的標準:國際標準國家標準行業(yè)標準企業(yè)標準等如：ISO

GB

JB、HB

QB

國標分為：強制標準和推薦標準標準化有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量，減輕設計工作量，便于零部件的互換和組織專業(yè)化的大生產(chǎn)，以降低生產(chǎn)成本。強制性國家標準：代號為GB××××(為標準序號)－××××(為批準年代)強制性國標必須嚴格遵照執(zhí)行，否則就是違法。推薦性國家標準：代號為GB／T××××－××××，這類標準占整個國標中的絕大多數(shù)。如無特殊理由和特殊需要，必須遵守這些國標，以期取得事半功倍的效果。

標準化就是要通過對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、設計方法、制圖要求等，制定出大家共同遵守的標準。

機械零件設計中的標準化12-9機械零件設計中的標準化標準化機械現(xiàn)代設計方法簡介12-10機械現(xiàn)代設計方法簡介

機械現(xiàn)代設計方法通常是相對傳統(tǒng)的設計方法而言的?，F(xiàn)代設計方法從總體上概括為力求運用現(xiàn)代應用數(shù)學、應用力學、微電子學及信息科學等方面的最新成果與手段實現(xiàn)下列轉(zhuǎn)換：以動態(tài)的取代靜態(tài)的─如機器結(jié)構(gòu)動力學計算。以定量的取代定性的─如有限元計算。以隨機量取代確定量─如可靠性設計。以優(yōu)化設計取代可行性設計─如優(yōu)化設計。并行設計取代串行設計─如并行設計。微觀的取代宏觀的─如微－納米摩擦學設計。系統(tǒng)工程法取代分部處理法─如系統(tǒng)工程。自動化設計取代人工設計的轉(zhuǎn)化─如計算機輔助設計。

機械現(xiàn)代設計方法簡介12-10機械現(xiàn)代設計方法簡介機§3-1材料的疲勞特性§3-2機械零件的疲勞強度計算§3-3機械零件的抗斷裂強度§3-4機械零件的接觸強度第三章機械零件的強度§3-1材料的疲勞特性§3-2機械零件的疲勞強度計算§3機械零件的疲勞強度強度準則是設計機械零件的最基本準則，即。強度問題：

靜應力強度：通常認為在機械零件整個工作壽命期間應力變化次數(shù)小于103的通用零件，均按靜應力強度進行設計。（材料力學范疇）

變應力強度：在變應力作用下，零件產(chǎn)生疲勞破壞。疲勞破壞定義：金屬材料試件在交變應力作用下，經(jīng)過長時間的試驗而發(fā)生的破壞。疲勞破壞的特征：1）零件的最大應力在遠小于靜應力的強度極限時，就可能發(fā)生破壞；2）即使是塑性材料，在沒有明顯的塑性變形下就可能發(fā)生突然的脆性斷裂。疲勞破壞的原因：材料內(nèi)部的缺陷、加工過程中的刀痕或零件局部的應力集中等導致產(chǎn)生了微觀裂紋，稱為裂紋源，在交變應力作用下，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋不斷擴展，直至零件發(fā)生突然斷裂。機械零件的疲勞強度強度準則是設計機械零件的最基本準則，即應力的分類靜應力：應力的大小和方向不隨時間而變化或變化緩慢的應力。零件相應的失效形式為塑性變形或斷裂。交變應力：應力的大小和方向隨時間作周期性變化的應力。零件相應的失效形式為疲勞破壞。例：應力的分類靜應力：應力的大小和方向不隨時間而變化或變化緩慢的常見變應力及其基本變化規(guī)律

變應力參數(shù)Oσtσmaxσminσmσaσmax

—

最大應力σmin

—

最小應力σm

—

平均應力σa—

應力幅

r—

變應力循環(huán)特性常見變應力及其基本變化規(guī)律變應力參數(shù)Oσtσmaxσmi材料疲勞的兩種類別材料的疲勞特性一、交變應力的描述sm─平均應力；sa─應力幅值smax─最大應力；smin─最小應力r─應力比（循環(huán)特性）描述規(guī)律性的交變應力可有5個參數(shù)，但其中只有兩個參數(shù)是獨立的。r=-1對稱循環(huán)應力r=0脈動循環(huán)應力r=1靜應力

材料疲勞的兩種類別材料的疲勞特性一、交變應力的描述sm─平均

對稱循環(huán)變應力σm=0

r=-1

σmin=0

r=0

脈動循環(huán)變應力例：火車輪軸、雙向轉(zhuǎn)動的齒輪輪齒的彎曲應力例：單向轉(zhuǎn)動的齒輪輪齒的彎曲應力對稱循環(huán)變應力σm=0r=-1σmin=

非對稱循環(huán)變應力-1<r<0

0<r<1

非對稱循環(huán)變應力-1<r<00<r<1tOσ

r＝+1

靜應力變應力參數(shù)不隨時間改變的變應力稱為穩(wěn)定變應力；變應力參數(shù)隨時間改變的變應力稱為不穩(wěn)定變應力。隨機變應力可看作循環(huán)變應力的特例！例：定滑輪軸、自行車前輪軸的彎曲應力。σm=σmax=σmintOσtOσr＝+1靜應力變應力參數(shù)不隨時間改變s－N疲勞曲線-1材料的疲勞特性s－N疲勞曲線-1材料的疲勞特性σrONCDNDσrNσr∞σrNσr∞無限壽命疲勞極限持久疲勞極限

對應于應力循環(huán)次數(shù)N時的彎曲疲勞極限ND分界轉(zhuǎn)折點水平直線段N>ND

無限壽命區(qū)曲線段N≤ND有限壽命區(qū)有限壽命（為N）時的疲勞極限m—

隨應力狀態(tài)而不同的指數(shù)

Nσr—

循環(huán)基數(shù)ND=106~25×107

N0σrONCDNDσrNσr∞σrNσr∞無限壽命疲勞極限對應A′D′G′C45°45°σ0/2σ-1σ0/2σSσmσaOσaσ-1OσmσS三、等壽命疲勞曲線（極限應力線圖）

機械零件材料的疲勞特性除用s－N曲線表示外，還可用等壽命曲線來描述。該曲線表達了不同應力比時疲勞極限的特性。在工程應用中，常將等壽命曲線用直線來近似替代。A′D′G′C45°45°σ0/2σ-1σ0/2σSσm極限應力線圖材料的疲勞特性用A'Ｇ'C折線表示零件材料的極限應力線圖是其中一種近似方法。A'Ｇ'直線的方程為：CＧ'直線的方程為：

yσ為試件受循環(huán)彎曲應力時的材料常數(shù)，其值由試驗及下式?jīng)Q定：對于碳鋼，yσ≈0.1~0.2，對于合金鋼，yσ≈0.2~0.3。

極限應力線圖材料的疲勞特性用A'Ｇ'C折線表示零件材料的極限機械零件的疲勞強度計算1§3-2機械零件的疲勞強度計算一、零件的極限應力線圖

由于零件幾何形狀的變化、尺寸大小、加工質(zhì)量及強化因素等的影響，使得零件的疲勞極限要小于材料試件的疲勞極限。

以彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)Ｋσ表示材料對稱循環(huán)彎曲疲勞極限σ-1與零件對稱循環(huán)彎曲疲勞極限σ-1e的比值，即在不對稱循環(huán)時，Ｋσ是試件與零件極限應力幅的比值。

將零件材料的極限應力線圖中的直線A'D'G'按比例向下移，成為右圖所示的直線ADG，而極限應力曲線的CG

部分，由于是按照靜應力的要求來考慮的，故不須進行修正。這樣就得到了零件的極限應力線圖。詳細介紹

機械零件的疲勞強度計算1§3-2機械零件的疲勞強度計算一、零A′D′G′Cσ0/2σSσmσaOADG零件的極限應力線圖A′D′G′Cσ0/2σSσmσaOADG零件的極限應力線機械零件的疲勞強度計算2§3-2機械零件的疲勞強度計算二、單向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算進行零件疲勞強度計算時，首先根據(jù)零件危險截面上的σmax及σmin確定平均應力σm與應力幅σa，然后，在極限應力線圖的坐標中標示出相應工作應力點M或N。

根據(jù)零件工作時所受的約束來確定應力可能發(fā)生的變化規(guī)律，從而決定以哪一個點來表示極限應力。機械零件可能發(fā)生的典型的應力變化規(guī)律有以下三種：

應力比為常數(shù)：r=C

平均應力為常數(shù)σm=C

最小應力為常數(shù)σmin=C詳細分析相應的疲勞極限應力應是極限應力曲線上的某一個點所代表的應力。計算安全系數(shù)及疲勞強度條件為：

機械零件的疲勞強度計算2§3-2機械零件的疲勞強度計算二、單單向穩(wěn)定變應力時機械零件的疲勞強度計算

步驟：①根據(jù)零件載荷及結(jié)構(gòu)情況，求σmin、σmax及σa、σm，并將其標在零件的極限應力線圖中，如圖2.6中M、N點；②求該工作應力點的零件疲勞極限σ′max。單向穩(wěn)定變應力時機械零件的疲勞強度計算說明應遵循與工作應力變化規(guī)律相一致的原則，一般工作應力有三種變化情況：

r=C（機器中轉(zhuǎn)軸的應力狀態(tài)）；

σm=C（加載振動彈簧）；

σmin=C（受軸向力的緊螺栓聯(lián)接）。但通常采用r=C來進行疲勞強度計算。③建立計算安全系數(shù)的計算公式，進行計算。說明

1、r=C的情況當r=C時，找出一個與工作應力變化規(guī)律相同的極限應力。

直線OM′1方程：直線AG方程：聯(lián)解可求出σ′ae、σ′me，于是M′1點的零件極限應力1、r=C的情況

則（疲勞強度計算公式）當工作應力點N處于OGC區(qū)時：

2、σm=C的情況聯(lián)解直線MM′2和AG方程，可得M′2點的坐標σ′ae、σ′me，于是M′2點的零件極限應力

則2、σm=C的情況3、σmin=C的情況說明：①具體設計零件時，如果難于確定應力可能變化的規(guī)律，在實踐中往往采用r=C時的公式；②對于剪切變應力，只需把以上各公式中的正應力符號σ改為切應力符號τ即可；3、σmin=C的情況規(guī)律性不穩(wěn)定變應力機械零件的疲勞強度計算3§3-2機械零件的疲勞強度計算三、單向不穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算若應力每循環(huán)一次都對材料的破壞起相同的作用，則應力σ1每循環(huán)一次對材料的損傷率即為1/N1，而循環(huán)了n1次的σ1對材料的損傷率即為n1/N1。如此類推，循環(huán)了n2次的σ2對材料的損傷率即為n2/N2，……。當損傷率達到100%時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對應于極限狀況有：用統(tǒng)計方法進行疲勞強度計算不穩(wěn)定變應力非規(guī)律性規(guī)律性按損傷累積假說進行疲勞強度計算詳細分析

規(guī)律性不穩(wěn)定變應力機械零件的疲勞強度計算3§3-2機械零件的機械零件的疲勞強度計算4§3-2機械零件的疲勞強度計算四、雙向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算

當零件上同時作用有同相位的穩(wěn)定對稱循環(huán)變應力sa和ta時，由實驗得出的極限應力關(guān)系式為：式中ta′及sa′為同時作用的切向及法向應力幅的極限值。若作用于零件上的應力幅sa及ta如圖中M點表示，則由于此工作應力點在極限以內(nèi)，未達到極限條件，因而是安全的。

由于是對稱循環(huán)變應力，故應力幅即為最大應力?；【€AM'B上任何一個點即代表一對極限應力σa′及τa′。詳細推導計算安全系數(shù)：

機械零件的疲勞強度計算4§3-2機械零件的疲勞強度計算四、雙機械零件的疲勞強度計算5§3-2機械零件的疲勞強度計算五、提高機械零件疲勞強度的措施

在綜合考慮零件的性能要求和經(jīng)濟性后，采用具有高疲勞強度的材料，并配以適當?shù)臒崽幚砗透鞣N表面強化處理。

適當提高零件的表面質(zhì)量，特別是提高有應力集中部位的表面加工質(zhì)量，必要時表面作適當?shù)姆雷o處理。

盡可能降低零件上的應力集中的影響，是提高零件疲勞強度的首要措施。

盡可能地減少或消除零件表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對于延長零件的疲勞壽命有著比提高材料性能更為顯著的作用。減載槽

在不可避免地要產(chǎn)生較大應力集中的結(jié)構(gòu)處，可采用減載槽來降低應力集中的作用。

機械零件的疲勞強度計算5§3-2機械零件的疲勞強度計算五、提機械零件的抗斷裂強度§3-3機械零件的抗斷裂強度

在工程實際中，往往會發(fā)生工作應力小于許用應力時所發(fā)生的突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為低應力脆斷。

對于高強度材料，一方面是它的強度高（即許用應力高），另一方面則是它抵抗裂紋擴展的能力要隨著強度的增高而下降。因此，用傳統(tǒng)的強度理論計算高強度材料結(jié)構(gòu)的強度問題，就存在一定的危險性。

斷裂力學——是研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強度和變形規(guī)律的學科。

通過對大量結(jié)構(gòu)斷裂事故分析表明，結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂紋和缺陷的存在是導致低應力斷裂的內(nèi)在原因。為了度量含裂紋結(jié)構(gòu)體的強度，在斷裂力學中運用了應力強度因子KI（或KⅡ、KⅢ）和斷裂韌度KIC(或KⅡC、KⅢC）這兩個新的度量指標來判別結(jié)構(gòu)安全性，即：KI＜KIC時，裂紋不會失穩(wěn)擴展。KI≥KIC時，裂紋失穩(wěn)擴展。

機械零件的抗斷裂強度§3-3機械零件的抗斷裂強度機機械零件的接觸強度§3-4機械零件的接觸強度

當兩零件以點、線相接處時，其接觸的局部會引起較大的應力。這局部的應力稱為接觸應力。

接觸應力是不同于以往所學過的擠壓應力的。擠壓應力是面接觸引起的應力，是二向應力狀態(tài)，而接觸應力是三向應力狀態(tài)。接觸應力的特點是：僅在局部很小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生很大的應力。

式中ρ1和ρ2

分別為兩零件初始接觸線處的曲率半徑,其中正號用于外接觸，負號用于內(nèi)接觸。對于線接觸的情況，其接觸應力可用赫茲應力公式計算。更多圖片

機機械零件的接觸強度§3-4機械零件的接觸強度例題分析例題分析

機械設計課件《總_論》(考研的內(nèi)部)

機械設計課件《總_論》(考研的內(nèi)部)機械設計課件《總_論》(考研的內(nèi)部)機械設計課件《總_論》(考研的內(nèi)部)機械設計課件《總_論》(考研的內(nèi)部)機械設計課件《總_論》(考研的內(nèi)部)機械設計課件《總_論》(考研的內(nèi)部)機械設計課件《總_論》(考研的內(nèi)部)機械設計課件《總_論》(考研的內(nèi)部)機械設計課件《總_論》(考研的內(nèi)部)機械設計課件《總_論》(考研的內(nèi)部)機械設計課件《總_論》(考研的內(nèi)部)機械設計課件《總_論》(考研的內(nèi)部)機械設計課件《總_論》(考研的內(nèi)部)機械設計課件《總_論》(考研的內(nèi)部)第四章摩擦、磨損與潤滑概述§4-1摩擦§4-2磨損§4-3潤滑劑、添加劑和潤滑方法§4-4流體潤滑原理簡介§4-0概述第四章摩擦、磨損與潤滑概述§4-1摩擦§4-2磨損

摩擦是相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；

磨損是由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；

潤滑是減輕摩擦和磨損所應采取的措施。關(guān)于摩擦、磨損與潤滑的學科構(gòu)成了摩擦學(Tribology)。摩擦學

摩擦學是研究相對運動的作用表面間的摩擦、磨損和潤滑，以及三者間相互關(guān)系的理論與應用的一門邊緣學科。

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，摩擦學的理論和應用必將由宏觀進入微觀，由靜態(tài)進入動態(tài)，由定性進入定量，成為系統(tǒng)綜合研究的領(lǐng)域。

世界上使用的能源大約有1/3~1/2消耗于摩擦。如果能夠盡力減少無用的摩擦消耗，便可大量節(jié)省能源。另外，機械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過限度而報廢和更換的，如果能控制和減少磨損，則既減少設備維修次數(shù)和費用，又能節(jié)省制造零件及其所需材料的費用。概述

§4-0摩擦是相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；磨損是摩擦摩擦1二、摩擦的分類內(nèi)摩擦：在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對運動的現(xiàn)象。外摩擦：在相對運動的物體表面間發(fā)生的相互阻礙作用現(xiàn)象。靜摩擦：僅有相對運動趨勢時的摩擦。動摩擦：在相對運動進行中的摩擦?；瑒幽Σ粒何矬w表面間的運動形式是相對滑動。滾動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滾動。

“機械說”產(chǎn)生摩擦的原因是表面微凸體的相互阻礙作用；

“分子說”產(chǎn)生摩擦的原因是表面材料分子間的吸力作用；一、摩擦的機理

“機械－分子說”兩種作用均有。

§4-1摩擦摩擦1二、摩擦的分類內(nèi)摩擦：在物質(zhì)的內(nèi)部

1785年，法國的庫侖用機械嚙合概念解釋干摩擦，提出摩擦理論。后來又有人提出分子吸引理論和靜電力學理論。1935年，英國的鮑登等人開始用材料粘附概念研究干摩擦，1950年，鮑登提出了粘附理論。摩擦2摩擦三、４種滑動摩擦狀態(tài)（詳細介紹）１.干摩擦是指表面間無任何潤滑劑或保護膜的純金屬接觸時的摩擦。２.邊界摩擦是指摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，其摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面的吸附性能時的摩擦。（詳細介紹）

§4-11785年，法國的庫侖用機械嚙合概念解釋干摩擦，提出摩擦邊界摩擦：表面被吸附在表面的邊界膜隔開；按邊界膜形成機理，邊界膜分為：物理吸附膜：潤滑劑中脂肪酸的極性分子吸附在吸附膜金屬表面而形成；化學吸附膜：潤滑劑中分子受化學鍵作用而吸附在金屬表面形成；反應膜——潤滑劑中以原子形式存在的S、Al、P元素與金屬反應生成化合物，在金屬表面形成的薄膜。反應膜具有較高的熔點，比吸附膜穩(wěn)定。=油膜厚度/粗糙度邊界摩擦：表面被吸附在表面的邊界膜隔開；按邊界膜形成機理，邊摩擦3摩擦４．混合摩擦是指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)?；旌夏Σ聊苡行Ы档湍Σ磷枇?，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦時要小得多。３．流體摩擦是指摩擦表面被流體膜隔開，摩擦性質(zhì)取決于流體內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦。流體摩擦時的摩擦系數(shù)最小，且不會有磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于摩擦學的研究已逐漸深入到微觀研究領(lǐng)域，形成了微－納米摩擦學理論，引發(fā)出許多新的概念，比如提出了超潤滑的概念等。從理論上講，超潤滑是實現(xiàn)摩擦系數(shù)為零的摩擦狀態(tài)，但在實際研究中，一般認為摩擦系數(shù)在0.001量級（或更低）的摩擦狀態(tài)即可認為屬于超潤滑。關(guān)于這方面的研究也是目前微－納米摩擦學研究的一個重要方面，同學們應對此給予關(guān)注。

§4-1摩擦3摩擦４．混合摩擦是指摩擦表面間處于邊界摩擦磨損是運動副之間的摩擦而導致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。磨損會影響機器的效率，降低工作的可靠性，甚至促使機器提前報廢。磨損1在設計或使用機器時，應該力求縮短磨合期，延長穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損的到來。為此就必須對形成磨損的機理有所了解。一個零件的磨損過程大致可分為三個階段，即：磨合階段新的零件在開始使用時一般處于這一階段，磨損率較高。穩(wěn)定磨損階段屬于零件正常工作階段，磨損率穩(wěn)定且較低。劇烈磨損階段屬于零件即將報廢的階段，磨損率急劇升高。摩擦2

對磨損的研究開展較晚，20世紀50年代提出粘著理論后，60年代在相繼研制出各種表面分析儀器的基礎上，磨損研究才得以迅速開展。（詳細介紹）磨損

§4-2磨損是運動副之間的摩擦而導致零件表面材料的逐漸喪失或遷移磨損2磨粒磨損也簡稱磨損，是外部進入摩擦表面的游離硬顆?；蛴驳妮喞寮馑鸬哪p。沖蝕磨損流體中所夾帶的硬質(zhì)物質(zhì)或顆粒，在流體沖擊力作用下而在摩擦表面引起的磨損。微動磨損是指摩擦副在微幅運動時，由上述各磨損機理共同形成的復合磨損。微幅運動可理解為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對運動。粘附磨損也稱膠合，當摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點處由于瞬時的溫升和壓力發(fā)生“冷焊”后，在相對運動時，材料從一個表面遷移到另一個表面，便形成粘附磨損。疲勞磨損也稱點蝕，是由于摩擦表面材料微體積在交變的摩擦力作用下，反復變形所產(chǎn)生的材料疲勞所引起的磨損。磨損

關(guān)于磨損機理與分類的見解頗不一致，大體上可概括為：（更多介紹）腐蝕磨損當摩擦表面材料在環(huán)境的化學或電化學作用下引起腐蝕，在摩擦副相對運動時所產(chǎn)生的磨損即為腐蝕磨損。

§4-2磨損2磨粒磨損也簡稱磨損，是外部進入摩擦表面的游離硬潤滑劑、添加劑和潤滑方法一、潤滑劑

潤滑油

潤滑脂

固體潤滑劑粘度的種類有很多，如：動力粘度、運動粘度、條件粘度等。潤滑脂的主要質(zhì)量指標是：錐入度，反映其稠度大小。

粘度是潤滑油的主要質(zhì)量指標，粘度值越高，油越稠，反之越?。粷櫥偷呐铺柵c運動粘度有一定的對應關(guān)系，如：牌號為L-AN10的油在40℃時的運動粘度大約為10cSt。滴點，決定工作溫度。應用礦物油作潤滑劑的記載最早見于西晉張華所著《博物志》，書中提到酒泉延壽和高奴有石油，并且用于“膏車及水碓甚佳”。（具體說明）潤滑劑、添加劑和潤滑方法工程中常用運動粘度，單位是：St(斯)或cSt(厘斯)，量綱為(m2/s)；

：動植物油、