機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-教學(xué)課件-樊智敏-第5章-機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論

第5章機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論5-1

機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述5-2機(jī)械零件的強(qiáng)度5-3

機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度5-4機(jī)械零件的常用材料及其選擇5-5機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化掌握零件常見(jiàn)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則掌握許用應(yīng)力、安全系數(shù)的概念及確定方法了解零件的常用材料及性能本章教學(xué)內(nèi)容本章基本要求第5章機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論5-1機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述掌握零件常見(jiàn)5-1機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述一、機(jī)械零件的主要失效形式二、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則三、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟四、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法5-1機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述一、機(jī)械零件的主要失效形式一、機(jī)械零件的主要失效形式機(jī)械零件的失效：機(jī)械零件由于某種原因而喪失正常的工作能力。1、基本概念2、機(jī)械零件的主要失效形式：斷裂

過(guò)大的殘余變形表面失效破壞正常的工作條件而引起的失效一、機(jī)械零件的主要失效形式機(jī)械零件的失效：機(jī)械零件由于某種原機(jī)械零件失效的實(shí)例齒輪輪齒折斷軸承內(nèi)圈破裂軸承外圈塑性變形輪齒塑性變形機(jī)械零件失效的實(shí)例齒輪輪齒折斷軸承內(nèi)圈破裂軸承外圈塑性變二、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（一）基本概念（二）主要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

1、強(qiáng)度準(zhǔn)則2、剛度準(zhǔn)則3、壽命準(zhǔn)則4、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則5、熱平衡準(zhǔn)則6、可靠性準(zhǔn)則二、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（一）基本概念零件工作—→承受載荷—→載荷欲使零件失效零件據(jù)自身結(jié)構(gòu)、材料反抗失效—→反抗失效＞失效—→解決辦法：合理設(shè)計(jì)遵循設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，保證其工作能力而不發(fā)生失效所依據(jù)的基本準(zhǔn)則稱為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

1、工作能力：在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是對(duì)載荷而言，習(xí)慣上又稱為承載能力。（一）基本概念零件設(shè)計(jì)時(shí)的共性：零件工作—→承受載荷—→載荷欲使零件失效零件據(jù)自身結(jié)構(gòu)、材料1、強(qiáng)度準(zhǔn)則機(jī)械零件工作能力的最基本準(zhǔn)則強(qiáng)度：材料抵抗斷裂或殘余變形的能力強(qiáng)度準(zhǔn)則：工作應(yīng)力≤許用應(yīng)力

σ≤[σ]或τ≤[τ]正應(yīng)力：剪應(yīng)力：極限應(yīng)力（二）主要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1、強(qiáng)度準(zhǔn)則機(jī)械零件工作能力的最基本準(zhǔn)則正應(yīng)力：剪應(yīng)力：極限2、剛度準(zhǔn)則剛度：材料抵抗彈性變形的能力剛度準(zhǔn)則：實(shí)際變形量≤許用變形量彎曲剛度：撓度條件：y≤[y]傾角條件：θ≤[θ]扭曲剛度：扭角條件：j≤[j]2、剛度準(zhǔn)則剛度：材料抵抗彈性變形的能力3、壽命準(zhǔn)則壽命:指零件在不發(fā)生失效的情況下，安全可靠的工作的時(shí)間影響壽命的因素:磨損、腐蝕、疲勞壽命準(zhǔn)則：控制表面壓強(qiáng)

P3、壽命準(zhǔn)則壽命:指零件在不發(fā)生失效的情況下，安全可靠的工作4、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則振動(dòng)：零件發(fā)生周期性彈性變形的現(xiàn)象稱為振動(dòng)共振：如果某一零件的固有頻率與周期性外力的變化頻率相等或相接近時(shí)就會(huì)產(chǎn)生共振振動(dòng)穩(wěn)定性：機(jī)器工作時(shí)振幅不能超過(guò)許可值振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則：

或4、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則振動(dòng)：零件發(fā)生周期性彈性變形的現(xiàn)象稱為振動(dòng)5、熱平衡準(zhǔn)則高溫引起承載能力降低、蠕變，也會(huì)造成熱變形、附加熱應(yīng)力，破壞正常的潤(rùn)滑條件，改變零件間的間隙，降低精度等熱平衡準(zhǔn)則：工作溫度低于許用值5、熱平衡準(zhǔn)則高溫引起承載能力降低、蠕變，也會(huì)造成熱變形、附6、可靠性準(zhǔn)則可靠性的衡量指標(biāo)是可靠度，可靠度即零件在規(guī)定的使用條件下和在規(guī)定的使用時(shí)內(nèi)能安全或正常工作的概率?？煽啃詼?zhǔn)則就是要求所設(shè)計(jì)零件的工作可靠度不小于規(guī)定值。6、可靠性準(zhǔn)則可靠性的衡量指標(biāo)是可靠度，寫出計(jì)算說(shuō)明書畫出零件工作圖校核計(jì)算選擇零件的材料選擇零件類型、結(jié)構(gòu)確定零件的基本尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定計(jì)算準(zhǔn)則計(jì)算零件上的載荷三、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟寫出計(jì)算說(shuō)明書畫出零件工作圖校核計(jì)算選擇零件的材料選擇四、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法(一)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法：1.理論設(shè)計(jì)：2.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算：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)算確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸。

校核計(jì)算：先確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸，再驗(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。

FF例如設(shè)計(jì)計(jì)算校核計(jì)算四、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法(一)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法：1.理論設(shè)計(jì)：2.（二）現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、有限元設(shè)計(jì)、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等激烈的競(jìng)爭(zhēng)傳統(tǒng)的手段手工繪圖常規(guī)的計(jì)算方法簡(jiǎn)單的計(jì)算工具矛盾CAD（二）現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、智能5-2機(jī)械零件的強(qiáng)度一、載荷和應(yīng)力二、強(qiáng)度

1.機(jī)械零件設(shè)計(jì)的靜強(qiáng)度

2.機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度3.安全系數(shù)5-2機(jī)械零件的強(qiáng)度一、載荷和應(yīng)力載荷和應(yīng)力1一、載荷和應(yīng)力1載荷的分類由于運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的慣性力和沖擊等引起的載荷稱為動(dòng)載荷。（1）按是否隨時(shí)間變化，載荷分為：靜載荷變載荷（2）按是否考慮動(dòng)載荷的影響，載荷分為：名義載荷：理想的平穩(wěn)工作條件下作用在零件上的載荷計(jì)算載荷＝載荷系數(shù)K×名義載荷

載荷系數(shù)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。額定載荷：由原動(dòng)機(jī)的額定功率推算出的載荷。載荷和應(yīng)力1一、載荷和應(yīng)力1載荷的分類由于運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的2應(yīng)力的分類靜應(yīng)力：不隨時(shí)間改變或變化緩慢的應(yīng)力變應(yīng)力：隨時(shí)間作周期性或非周期性變化的應(yīng)力tssminsmaxsm穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力變應(yīng)力ts隨機(jī)變應(yīng)力不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力2應(yīng)力的分類靜應(yīng)力：不隨時(shí)間改變或變化緩慢的應(yīng)力變應(yīng)力：應(yīng)力參數(shù)以正應(yīng)力s為例最大應(yīng)力:

smax=sm+sa最小應(yīng)力:

smin應(yīng)力幅:

sa平均應(yīng)力:

sm循環(huán)特征:r循環(huán)應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力：應(yīng)力參數(shù)以正應(yīng)力s為例平均應(yīng)力:sm循環(huán)應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力載荷和應(yīng)力3穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力r=-1、sm＝0脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力

脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力

r=0、smin＝0靜應(yīng)力r=1靜應(yīng)力（可看作是循環(huán)應(yīng)力的一個(gè)特例）非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力載荷和應(yīng)力3穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)靜應(yīng)力只能由靜載荷產(chǎn)生，變應(yīng)力可能由變載荷或靜載荷產(chǎn)生。aσ0tt0σa在變應(yīng)力下，零件的主要失效形式為：疲勞破壞另外，應(yīng)力還分為名義應(yīng)力：根據(jù)名義載荷求得的應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力：根據(jù)計(jì)算載荷求得的應(yīng)力靜應(yīng)力只能由靜載荷產(chǎn)生，變應(yīng)力可能由變載荷或靜載荷產(chǎn)生。aσ對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力應(yīng)力表達(dá)：

s-1（t-1

）最大應(yīng)力:

smax最小應(yīng)力:

smin應(yīng)力幅:

sa平均應(yīng)力:

sm循環(huán)特征:rts對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力應(yīng)力表達(dá)：s-1（t-1）ts脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力應(yīng)力表達(dá)：

s0（t0

）最大應(yīng)力:

smax最小應(yīng)力:

smin應(yīng)力幅:

sa平均應(yīng)力:

sm循環(huán)特征:rsmts脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力應(yīng)力表達(dá)：s0（t0）smts靜應(yīng)力應(yīng)力表達(dá)：

s+1（t+1

）最大應(yīng)力:

smax最小應(yīng)力:

smin應(yīng)力幅:

sa平均應(yīng)力:

sm循環(huán)特征:rtssm靜應(yīng)力應(yīng)力表達(dá)：s+1（t+1）tssm二、強(qiáng)度（一）機(jī)械零件的靜強(qiáng)度強(qiáng)度準(zhǔn)則：工作應(yīng)力≤許用應(yīng)力

σ≤[σ]或τ≤[τ]或（二）機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度變應(yīng)力下，零件的損壞形式是疲勞斷裂。

1疲勞斷裂機(jī)械零件在循環(huán)應(yīng)力作用下,即使，應(yīng)力的每次循環(huán)仍然會(huì)對(duì)零件造成輕微損傷。隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加，當(dāng)損傷累積到一定程度時(shí)，在零件的表面或內(nèi)部將出現(xiàn)（萌生）裂紋。之后，裂紋又逐漸擴(kuò)展直到發(fā)生完全斷裂。二、強(qiáng)度（一）機(jī)械零件的靜強(qiáng)度強(qiáng)度準(zhǔn)則：工作應(yīng)力≤許用應(yīng)力（

疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限低，甚至比屈服極限低;疲勞斷口均表現(xiàn)為脆性突然斷裂;

疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結(jié)果。零件表層產(chǎn)生微小裂紋；

疲勞斷裂過(guò)程：

隨著循環(huán)次數(shù)增加，微裂紋逐漸擴(kuò)展；當(dāng)剩余材料不足以承受載荷時(shí)，突然脆性斷裂。疲勞斷裂具有以下特征：斷裂面累積損傷處表面光滑，而折斷區(qū)表面粗糙。表面光滑表面粗糙疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限低，甚至比屈服§2-2疲勞曲線和極限應(yīng)力圖

2兩個(gè)概念：2）疲勞壽命N：材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。

3疲勞曲線（-N曲線）

應(yīng)力比一定時(shí)，表示疲勞極限與循環(huán)次數(shù)N之間關(guān)系的曲線。

注：

不同或

N不同時(shí)，疲勞極限則不同。在疲勞強(qiáng)度計(jì)算中，?。健?）材料的疲勞極限：

在應(yīng)力比為的循環(huán)應(yīng)力作用下，應(yīng)力循環(huán)N次后，材料不發(fā)生疲勞破壞時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。§2-2疲勞曲線和極限應(yīng)力圖2兩個(gè)概念：2）疲勞壽命疲勞曲線典型的疲勞曲線：

隨N的增大而減小。但是當(dāng)N超過(guò)某一循環(huán)次數(shù)N0

時(shí)，曲線趨于水平。即不再隨N的增大而減小

N0

-----循環(huán)基數(shù)

以N0為界，曲線分為兩個(gè)區(qū)：

s－N疲勞曲線有限壽命區(qū)無(wú)限壽命區(qū)1）有限壽命區(qū)：非水平段（N＜N0）的疲勞極限稱為條件疲勞極限，用表示。當(dāng)材料受到的工作應(yīng)力超過(guò)時(shí)，在疲勞破壞之前，只能經(jīng)受有限次的應(yīng)力循環(huán)?！獕勖怯邢薜钠谇€典型的疲勞曲線：隨N的增大而減小。疲勞曲線2

與曲線的兩個(gè)區(qū)相對(duì)應(yīng)，疲勞設(shè)計(jì)分為：1）無(wú)限壽命設(shè)計(jì)：

N≥N0時(shí)的設(shè)計(jì),＝

2）有限壽命設(shè)計(jì)：

N＜N0時(shí)的設(shè)計(jì)=

設(shè)計(jì)中常用的是疲勞曲線上的AB段，其方程為：（常數(shù)）——稱為疲勞曲線方程1）無(wú)限壽命區(qū)：當(dāng)N≥N0時(shí)，曲線為水平直線，對(duì)應(yīng)的疲勞極限是一個(gè)定值，用表示。它是表征材料疲勞強(qiáng)度的重要指標(biāo)，是疲勞設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。

可以認(rèn)為：當(dāng)材料受到的應(yīng)力不超過(guò)時(shí)，則可以經(jīng)受無(wú)限次的應(yīng)力循環(huán)而不疲勞破壞?！獕勖菬o(wú)限的。

疲勞曲線2與曲線的兩個(gè)區(qū)相對(duì)應(yīng)，疲勞設(shè)計(jì)分為：1）無(wú)限壽疲勞曲線3B點(diǎn)的坐標(biāo)滿足AB的方程，即，代入上式得則

式中：——壽命系數(shù)；m

—壽命指數(shù)，

—循環(huán)基數(shù)

2）工程中常用的是對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力（

）下的疲勞極限，計(jì)算時(shí)，只須把和換成和即可。注：1）計(jì)算時(shí)，如

，則取3）對(duì)于受切應(yīng)力的情況，則只需將各式中的換成即可。

4）當(dāng)

時(shí)，因N較小，可按靜強(qiáng)度計(jì)算。疲勞曲線3B點(diǎn)的坐標(biāo)滿足AB的方程，即，代入上式得則§2-3影響疲勞強(qiáng)度的因素（二）零件的許用應(yīng)力實(shí)際中的各機(jī)械零件與標(biāo)準(zhǔn)試件，在形體，表面質(zhì)量以及絕對(duì)尺寸等方面往往是有差異的。

影響零件疲勞強(qiáng)度的主要因素有以下三個(gè)：

1、應(yīng)力集中的影響

機(jī)械零件上的應(yīng)力集中會(huì)加快疲勞裂紋的形成和擴(kuò)展。從而導(dǎo)致零件的疲勞強(qiáng)度下降。

用有效應(yīng)力集中系數(shù)、計(jì)入應(yīng)力集中的影響2、尺寸的影響零件尺寸越大，在加工中出現(xiàn)缺陷，產(chǎn)生微觀裂紋等疲勞源的可能性越大。從而使零件的疲勞強(qiáng)度降低。

§2-3影響疲勞強(qiáng)度的因素（二）零件的許用應(yīng)力實(shí)際中的各機(jī)械影響疲勞強(qiáng)度的主要因素2

用尺寸系數(shù)、計(jì)入尺寸的影響。3、表面質(zhì)量的影響

表面質(zhì)量：是指表面粗糙度及其表面強(qiáng)化的工藝效果。表面越光滑，疲勞強(qiáng)度可以提高。強(qiáng)化工藝（滲碳、表面淬火、表面滾壓、噴丸等）可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。

無(wú)限壽命區(qū)的許用應(yīng)力：

用表面狀態(tài)系數(shù)、計(jì)入表面質(zhì)量的影響。機(jī)械零件在有限壽命區(qū)的許用應(yīng)力：S—許用安全系數(shù)影響疲勞強(qiáng)度的主要因素2用尺寸系數(shù)、計(jì)入（三）穩(wěn)定變應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算1、對(duì)稱循環(huán)、簡(jiǎn)單應(yīng)力下的疲勞強(qiáng)度2、對(duì)稱循環(huán)、復(fù)合應(yīng)力下的疲勞強(qiáng)度（三）穩(wěn)定變應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算1、對(duì)稱循環(huán)、簡(jiǎn)單應(yīng)三、安全系數(shù)的選取1）靜應(yīng)力下，塑性材料的零件：S=1.2～１.5鑄鋼件：S=1.５～２.5典型機(jī)械的S可通過(guò)查表求得。無(wú)表可查時(shí)，按以下原則?。篠↑→零件尺寸大，結(jié)構(gòu)笨重。S↓→可能不安全。２）靜應(yīng)力下，脆性材料，如高強(qiáng)度鋼或鑄鐵：S=3～43）變應(yīng)力下，S=1.3～1.7材料不均勻，或計(jì)算不準(zhǔn)時(shí)?。篠=1.7～2.5三、安全系數(shù)的選取1）靜應(yīng)力下，塑性材料的零件：S=1.25－3機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度

若兩個(gè)零件在受載前是點(diǎn)接觸或線接觸。受載后，由于變形其接觸處為一小面積，通常此面積甚小而表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力卻很大，這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。這時(shí)零件強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度。5－3機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度若兩個(gè)零件在受載前是點(diǎn)接FFρ2

O2

ρ1

O1

ρ2

O2

ρ1

O1

F

Fω2

2b

sHω1

變形量接觸失效形式常表現(xiàn)為：疲勞點(diǎn)蝕后果：減少了接觸面積、損壞了零件的光滑表面、降低了承載能力、引起振動(dòng)和噪音。初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋裂紋擴(kuò)展與斷裂

油B金屬剝落出現(xiàn)小坑FFρ2O2ρ1O1ρ2O2ρ1O1Fb由彈性力學(xué)可知，應(yīng)力為：對(duì)于鋼或鑄鐵取泊松比：

μ1=μ2=μ=0.3,則有簡(jiǎn)化公式。上述公式稱為赫茲(H·Hertz)公式

“+”用于外接觸，“-”用于內(nèi)接觸。σHσHρ2ρ1Fnρ1Fnbρ2σHσHb由彈性力學(xué)可知，應(yīng)力為：對(duì)于鋼或鑄鐵取泊松比：上述公式稱為σH-------最大接觸應(yīng)力或赫茲應(yīng)力;b-------接觸長(zhǎng)度;Fn

-------作用在圓柱體上的載荷;-----綜合曲率半徑;-----綜合彈性模量;E1、

E2

分別為兩圓柱體的彈性模量。接觸疲勞強(qiáng)度的判定條件為：bFnσH-------最大接觸應(yīng)力或赫茲應(yīng)力;b------5-4

常用材料及其選擇一、常用材料二、鋼的熱處理三、材料選擇原則5-4常用材料及其選擇一、常用材料一、常用材料1鑄鐵：含Ｃ＞2.06％→易成型、價(jià)廉、吸振、可靠性差灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵2鋼：含Ｃ量＜1.4％→常用碳素鋼：（含Ｓ、Ｐ量不同）普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼合金鋼：綜合機(jī)械性能好，但較貴合金鋼的優(yōu)良性能取決于化學(xué)成份及熱處理鑄鋼：含Ｃ→（0.15～0.6）％→易成型3有色金屬合金：有特殊性能，價(jià)昂→少用鋁合金、銅合金（黃銅、青銅）、軸承合金4非金屬材料：工程塑料、橡膠、燒結(jié)材料、復(fù)合材料…一、常用材料1鑄鐵：含Ｃ＞2.06％→易成型、價(jià)廉、吸振、二、鋼的熱處理1退火2正火3淬火4回火5表面熱處理二、鋼的熱處理1退火熱處理工藝主要目的用途退火降低硬度，提高塑性，改善切削性能；細(xì)化晶粒，減少組織的不均勻性；消除內(nèi)應(yīng)力退火工序多安排在鍛、鑄之后，切削工序之前。適用于鑄件、焊接件、中碳鋼和中碳合金鋼軋制件等正火調(diào)整硬度，細(xì)化品粒，消除網(wǎng)狀碳化物。淬火前的預(yù)備熱處理，以減少淬火缺陷改善低碳鋼和低碳合金鋼的切削性能；中碳鋼和合金鋼淬火前的預(yù)備熱處理；對(duì)要求不高的零件可作為最終熱處理淬火獲得高強(qiáng)度和高硬度，提高耐磨性和耐蝕性適用于含碳量大于0.3%的碳素鋼、合金鋼；淬火后能發(fā)揮鋼的強(qiáng)度和耐磨性潛力，但會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，降低塑性和韌性，應(yīng)回火以得到較好的綜合性能。熱處理工藝主要目的用途退火降低硬度，提高塑性，改善切削性能；熱處理工藝主要目的用途回火提高塑性和韌性、降低或消除回火后產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，并穩(wěn)定零件形狀和尺寸要求硬度55～62HRC，用低溫(150～250℃)回火；要求硬度35～45HRC，用中溫(300～500℃)回火；要求硬度23～35HRC,，用高溫(500～650℃)回火。調(diào)質(zhì)中碳鋼和某些合金鋼可用調(diào)質(zhì)熱處理來(lái)獲得良好的綜合力學(xué)性能（既有較高的強(qiáng)度又有良好的韌性）。適用于中碳鋼和淬透性較好的合金鋼，用于重要零件(如齒輪、軸等)熱處理和精密零件的預(yù)先熱處理。表面淬火使工件表面獲得高硬度和耐磨性，而內(nèi)部仍保持足夠的塑性和韌性。用于要求表面硬度高、內(nèi)部韌度大的零件，如齒輪、蝸桿、絲杠等，多用于成批大量生產(chǎn)熱處理工藝主要目的用途回火提高塑性和韌性、降低或消除回火后產(chǎn)熱處理工藝主要目的用途滲碳淬火提高表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度，并保持原來(lái)材料的高塑性和韌性齒輪、軸、活塞銷、鏈、萬(wàn)向聯(lián)軸器等要求表面硬度大而內(nèi)部韌性大的重載零件滲氮能獲得比滲碳淬火更高的表而硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕性能，滲氮后不再淬火，變形小要求硬度、耐磨性高、不易磨削的零件和精密零件，如齒輪(尤其是內(nèi)齒輪)、主軸、鏜桿、精密絲杠、量具、模具等碳氮共滲提高表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐腐蝕能力，變形比滲碳淬火小，處理周期短齒輪、軸、鏈等零件，可代替滲碳淬火熱處理工藝主要目的用途滲碳淬火提高表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度1.使用要求2.工藝要求3.經(jīng)濟(jì)性

有強(qiáng)度和重量要求，選強(qiáng)密比高的；有剛度要求，選彈性模量大的（對(duì)碳鋼，這種情況下寧肯用較低強(qiáng)度的材料）；有接觸強(qiáng)度和耐磨要求，選表面可強(qiáng)化處理的。

毛坯要與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)，大批量宜用鑄造、模鍛，小批量宜用焊接、自由鍛。相應(yīng)的：鑄件要求液態(tài)流動(dòng)性好、縮孔和偏析傾向?。缓讣罂珊感院?、不易開(kāi)裂；鍛件要求延展性好、熱脆性??；切削加工件要便于切削、表面要光整；熱處理件要求可淬性、淬透性好，變形傾向小。

相對(duì)價(jià)格要低、材料利用率要高、加工費(fèi)用要少，最終要與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)。三、材料選擇原則1.使用要求2.工藝要求3.經(jīng)濟(jì)性有強(qiáng)度和一、結(jié)構(gòu)工藝性要求

1)毛坯選擇合理毛坯選擇與生產(chǎn)批量、材料性能和加工可能性有關(guān)。單件或小批量生產(chǎn)時(shí)，選用棒料、板材、型材或焊件。大批量生產(chǎn)時(shí)，選用鑄造、鍛造、沖壓等方法。5-5機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理最好采用平面、柱面、螺旋面等簡(jiǎn)單表面極其組合；盡量減少加工面數(shù)和加工面積；增加相同形狀、相同元素（直徑、圓角半徑、配合、螺紋、鍵、齒輪模數(shù)等）的數(shù)量；一、結(jié)構(gòu)工藝性要求1)毛坯選擇合理毛坯選擇與生產(chǎn)批量、材盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件。3)合理的制造精度和表面粗糙度

零件的加工成本隨精度和表面粗糙度的提高而急劇增加。應(yīng)在滿足使用要求的前提下，盡量采用較低的精度和表面質(zhì)量。4)盡量減小零件的加工量

毛坯形狀和尺寸應(yīng)盡量接近零件本身的形狀和尺寸。力求使少或無(wú)切削加工，節(jié)約材料、降低成本。盡量采用精密鑄造、精密鍛造、冷軋、冷擠壓、粉末冶金等先進(jìn)工藝滿足上述要求。盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件。3)合理的制造精度和表面粗糙度1)產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化

將同一類產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等依次分檔，制成系列化產(chǎn)品，以較少的規(guī)格品種滿足用戶的廣泛要求。標(biāo)準(zhǔn)化：通過(guò)對(duì)零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、設(shè)計(jì)方法、制圖要求等，制定出大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)2)零部件的通用化

將用途、結(jié)構(gòu)相近的零部件，經(jīng)過(guò)統(tǒng)一后實(shí)現(xiàn)互換。3)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化

要保證產(chǎn)品產(chǎn)品質(zhì)量合格和穩(wěn)定，就必須做好設(shè)計(jì)、加工工藝、裝配檢驗(yàn)、包裝儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化。二、機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化1)產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化標(biāo)準(zhǔn)化：通過(guò)對(duì)零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、第5章機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論5-1

機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述5-2機(jī)械零件的強(qiáng)度5-3

機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度5-4機(jī)械零件的常用材料及其選擇5-5機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化掌握零件常見(jiàn)的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則掌握許用應(yīng)力、安全系數(shù)的概念及確定方法了解零件的常用材料及性能本章教學(xué)內(nèi)容本章基本要求第5章機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論5-1機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述掌握零件常見(jiàn)5-1機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述一、機(jī)械零件的主要失效形式二、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則三、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟四、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法5-1機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述一、機(jī)械零件的主要失效形式一、機(jī)械零件的主要失效形式機(jī)械零件的失效：機(jī)械零件由于某種原因而喪失正常的工作能力。1、基本概念2、機(jī)械零件的主要失效形式：斷裂

過(guò)大的殘余變形表面失效破壞正常的工作條件而引起的失效一、機(jī)械零件的主要失效形式機(jī)械零件的失效：機(jī)械零件由于某種原機(jī)械零件失效的實(shí)例齒輪輪齒折斷軸承內(nèi)圈破裂軸承外圈塑性變形輪齒塑性變形機(jī)械零件失效的實(shí)例齒輪輪齒折斷軸承內(nèi)圈破裂軸承外圈塑性變二、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（一）基本概念（二）主要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

1、強(qiáng)度準(zhǔn)則2、剛度準(zhǔn)則3、壽命準(zhǔn)則4、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則5、熱平衡準(zhǔn)則6、可靠性準(zhǔn)則二、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（一）基本概念零件工作—→承受載荷—→載荷欲使零件失效零件據(jù)自身結(jié)構(gòu)、材料反抗失效—→反抗失效＞失效—→解決辦法：合理設(shè)計(jì)遵循設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，保證其工作能力而不發(fā)生失效所依據(jù)的基本準(zhǔn)則稱為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

1、工作能力：在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是對(duì)載荷而言，習(xí)慣上又稱為承載能力。（一）基本概念零件設(shè)計(jì)時(shí)的共性：零件工作—→承受載荷—→載荷欲使零件失效零件據(jù)自身結(jié)構(gòu)、材料1、強(qiáng)度準(zhǔn)則機(jī)械零件工作能力的最基本準(zhǔn)則強(qiáng)度：材料抵抗斷裂或殘余變形的能力強(qiáng)度準(zhǔn)則：工作應(yīng)力≤許用應(yīng)力

σ≤[σ]或τ≤[τ]正應(yīng)力：剪應(yīng)力：極限應(yīng)力（二）主要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1、強(qiáng)度準(zhǔn)則機(jī)械零件工作能力的最基本準(zhǔn)則正應(yīng)力：剪應(yīng)力：極限2、剛度準(zhǔn)則剛度：材料抵抗彈性變形的能力剛度準(zhǔn)則：實(shí)際變形量≤許用變形量彎曲剛度：撓度條件：y≤[y]傾角條件：θ≤[θ]扭曲剛度：扭角條件：j≤[j]2、剛度準(zhǔn)則剛度：材料抵抗彈性變形的能力3、壽命準(zhǔn)則壽命:指零件在不發(fā)生失效的情況下，安全可靠的工作的時(shí)間影響壽命的因素:磨損、腐蝕、疲勞壽命準(zhǔn)則：控制表面壓強(qiáng)

P3、壽命準(zhǔn)則壽命:指零件在不發(fā)生失效的情況下，安全可靠的工作4、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則振動(dòng)：零件發(fā)生周期性彈性變形的現(xiàn)象稱為振動(dòng)共振：如果某一零件的固有頻率與周期性外力的變化頻率相等或相接近時(shí)就會(huì)產(chǎn)生共振振動(dòng)穩(wěn)定性：機(jī)器工作時(shí)振幅不能超過(guò)許可值振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則：

或4、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則振動(dòng)：零件發(fā)生周期性彈性變形的現(xiàn)象稱為振動(dòng)5、熱平衡準(zhǔn)則高溫引起承載能力降低、蠕變，也會(huì)造成熱變形、附加熱應(yīng)力，破壞正常的潤(rùn)滑條件，改變零件間的間隙，降低精度等熱平衡準(zhǔn)則：工作溫度低于許用值5、熱平衡準(zhǔn)則高溫引起承載能力降低、蠕變，也會(huì)造成熱變形、附6、可靠性準(zhǔn)則可靠性的衡量指標(biāo)是可靠度，可靠度即零件在規(guī)定的使用條件下和在規(guī)定的使用時(shí)內(nèi)能安全或正常工作的概率。可靠性準(zhǔn)則就是要求所設(shè)計(jì)零件的工作可靠度不小于規(guī)定值。6、可靠性準(zhǔn)則可靠性的衡量指標(biāo)是可靠度，寫出計(jì)算說(shuō)明書畫出零件工作圖校核計(jì)算選擇零件的材料選擇零件類型、結(jié)構(gòu)確定零件的基本尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定計(jì)算準(zhǔn)則計(jì)算零件上的載荷三、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟寫出計(jì)算說(shuō)明書畫出零件工作圖校核計(jì)算選擇零件的材料選擇四、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法(一)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法：1.理論設(shè)計(jì)：2.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算：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)算確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸。

校核計(jì)算：先確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸，再驗(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。

FF例如設(shè)計(jì)計(jì)算校核計(jì)算四、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法(一)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法：1.理論設(shè)計(jì)：2.（二）現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、有限元設(shè)計(jì)、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等激烈的競(jìng)爭(zhēng)傳統(tǒng)的手段手工繪圖常規(guī)的計(jì)算方法簡(jiǎn)單的計(jì)算工具矛盾CAD（二）現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、智能5-2機(jī)械零件的強(qiáng)度一、載荷和應(yīng)力二、強(qiáng)度

1.機(jī)械零件設(shè)計(jì)的靜強(qiáng)度

2.機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度3.安全系數(shù)5-2機(jī)械零件的強(qiáng)度一、載荷和應(yīng)力載荷和應(yīng)力1一、載荷和應(yīng)力1載荷的分類由于運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的慣性力和沖擊等引起的載荷稱為動(dòng)載荷。（1）按是否隨時(shí)間變化，載荷分為：靜載荷變載荷（2）按是否考慮動(dòng)載荷的影響，載荷分為：名義載荷：理想的平穩(wěn)工作條件下作用在零件上的載荷計(jì)算載荷＝載荷系數(shù)K×名義載荷

載荷系數(shù)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。額定載荷：由原動(dòng)機(jī)的額定功率推算出的載荷。載荷和應(yīng)力1一、載荷和應(yīng)力1載荷的分類由于運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的2應(yīng)力的分類靜應(yīng)力：不隨時(shí)間改變或變化緩慢的應(yīng)力變應(yīng)力：隨時(shí)間作周期性或非周期性變化的應(yīng)力tssminsmaxsm穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力變應(yīng)力ts隨機(jī)變應(yīng)力不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力2應(yīng)力的分類靜應(yīng)力：不隨時(shí)間改變或變化緩慢的應(yīng)力變應(yīng)力：應(yīng)力參數(shù)以正應(yīng)力s為例最大應(yīng)力:

smax=sm+sa最小應(yīng)力:

smin應(yīng)力幅:

sa平均應(yīng)力:

sm循環(huán)特征:r循環(huán)應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力：應(yīng)力參數(shù)以正應(yīng)力s為例平均應(yīng)力:sm循環(huán)應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力載荷和應(yīng)力3穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力r=-1、sm＝0脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力

脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力

r=0、smin＝0靜應(yīng)力r=1靜應(yīng)力（可看作是循環(huán)應(yīng)力的一個(gè)特例）非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力載荷和應(yīng)力3穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)靜應(yīng)力只能由靜載荷產(chǎn)生，變應(yīng)力可能由變載荷或靜載荷產(chǎn)生。aσ0tt0σa在變應(yīng)力下，零件的主要失效形式為：疲勞破壞另外，應(yīng)力還分為名義應(yīng)力：根據(jù)名義載荷求得的應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力：根據(jù)計(jì)算載荷求得的應(yīng)力靜應(yīng)力只能由靜載荷產(chǎn)生，變應(yīng)力可能由變載荷或靜載荷產(chǎn)生。aσ對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力應(yīng)力表達(dá)：

s-1（t-1

）最大應(yīng)力:

smax最小應(yīng)力:

smin應(yīng)力幅:

sa平均應(yīng)力:

sm循環(huán)特征:rts對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力應(yīng)力表達(dá)：s-1（t-1）ts脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力應(yīng)力表達(dá)：

s0（t0

）最大應(yīng)力:

smax最小應(yīng)力:

smin應(yīng)力幅:

sa平均應(yīng)力:

sm循環(huán)特征:rsmts脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力應(yīng)力表達(dá)：s0（t0）smts靜應(yīng)力應(yīng)力表達(dá)：

s+1（t+1

）最大應(yīng)力:

smax最小應(yīng)力:

smin應(yīng)力幅:

sa平均應(yīng)力:

sm循環(huán)特征:rtssm靜應(yīng)力應(yīng)力表達(dá)：s+1（t+1）tssm二、強(qiáng)度（一）機(jī)械零件的靜強(qiáng)度強(qiáng)度準(zhǔn)則：工作應(yīng)力≤許用應(yīng)力

σ≤[σ]或τ≤[τ]或（二）機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度變應(yīng)力下，零件的損壞形式是疲勞斷裂。

1疲勞斷裂機(jī)械零件在循環(huán)應(yīng)力作用下,即使，應(yīng)力的每次循環(huán)仍然會(huì)對(duì)零件造成輕微損傷。隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加，當(dāng)損傷累積到一定程度時(shí)，在零件的表面或內(nèi)部將出現(xiàn)（萌生）裂紋。之后，裂紋又逐漸擴(kuò)展直到發(fā)生完全斷裂。二、強(qiáng)度（一）機(jī)械零件的靜強(qiáng)度強(qiáng)度準(zhǔn)則：工作應(yīng)力≤許用應(yīng)力（

疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限低，甚至比屈服極限低;疲勞斷口均表現(xiàn)為脆性突然斷裂;

疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結(jié)果。零件表層產(chǎn)生微小裂紋；

疲勞斷裂過(guò)程：

隨著循環(huán)次數(shù)增加，微裂紋逐漸擴(kuò)展；當(dāng)剩余材料不足以承受載荷時(shí)，突然脆性斷裂。疲勞斷裂具有以下特征：斷裂面累積損傷處表面光滑，而折斷區(qū)表面粗糙。表面光滑表面粗糙疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限低，甚至比屈服§2-2疲勞曲線和極限應(yīng)力圖

2兩個(gè)概念：2）疲勞壽命N：材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。

3疲勞曲線（-N曲線）

應(yīng)力比一定時(shí)，表示疲勞極限與循環(huán)次數(shù)N之間關(guān)系的曲線。

注：

不同或

N不同時(shí)，疲勞極限則不同。在疲勞強(qiáng)度計(jì)算中，?。?。1）材料的疲勞極限：

在應(yīng)力比為的循環(huán)應(yīng)力作用下，應(yīng)力循環(huán)N次后，材料不發(fā)生疲勞破壞時(shí)所能承受的最大應(yīng)力?！?-2疲勞曲線和極限應(yīng)力圖2兩個(gè)概念：2）疲勞壽命疲勞曲線典型的疲勞曲線：

隨N的增大而減小。但是當(dāng)N超過(guò)某一循環(huán)次數(shù)N0

時(shí)，曲線趨于水平。即不再隨N的增大而減小

N0

-----循環(huán)基數(shù)

以N0為界，曲線分為兩個(gè)區(qū)：

s－N疲勞曲線有限壽命區(qū)無(wú)限壽命區(qū)1）有限壽命區(qū)：非水平段（N＜N0）的疲勞極限稱為條件疲勞極限，用表示。當(dāng)材料受到的工作應(yīng)力超過(guò)時(shí)，在疲勞破壞之前，只能經(jīng)受有限次的應(yīng)力循環(huán)?！獕勖怯邢薜钠谇€典型的疲勞曲線：隨N的增大而減小。疲勞曲線2

與曲線的兩個(gè)區(qū)相對(duì)應(yīng)，疲勞設(shè)計(jì)分為：1）無(wú)限壽命設(shè)計(jì)：

N≥N0時(shí)的設(shè)計(jì),＝

2）有限壽命設(shè)計(jì)：

N＜N0時(shí)的設(shè)計(jì)=

設(shè)計(jì)中常用的是疲勞曲線上的AB段，其方程為：（常數(shù)）——稱為疲勞曲線方程1）無(wú)限壽命區(qū)：當(dāng)N≥N0時(shí)，曲線為水平直線，對(duì)應(yīng)的疲勞極限是一個(gè)定值，用表示。它是表征材料疲勞強(qiáng)度的重要指標(biāo)，是疲勞設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。

可以認(rèn)為：當(dāng)材料受到的應(yīng)力不超過(guò)時(shí)，則可以經(jīng)受無(wú)限次的應(yīng)力循環(huán)而不疲勞破壞。——壽命是無(wú)限的。

疲勞曲線2與曲線的兩個(gè)區(qū)相對(duì)應(yīng)，疲勞設(shè)計(jì)分為：1）無(wú)限壽疲勞曲線3B點(diǎn)的坐標(biāo)滿足AB的方程，即，代入上式得則

式中：——壽命系數(shù)；m

—壽命指數(shù)，

—循環(huán)基數(shù)

2）工程中常用的是對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力（

）下的疲勞極限，計(jì)算時(shí)，只須把和換成和即可。注：1）計(jì)算時(shí)，如

，則取3）對(duì)于受切應(yīng)力的情況，則只需將各式中的換成即可。

4）當(dāng)

時(shí)，因N較小，可按靜強(qiáng)度計(jì)算。疲勞曲線3B點(diǎn)的坐標(biāo)滿足AB的方程，即，代入上式得則§2-3影響疲勞強(qiáng)度的因素（二）零件的許用應(yīng)力實(shí)際中的各機(jī)械零件與標(biāo)準(zhǔn)試件，在形體，表面質(zhì)量以及絕對(duì)尺寸等方面往往是有差異的。

影響零件疲勞強(qiáng)度的主要因素有以下三個(gè)：

1、應(yīng)力集中的影響

機(jī)械零件上的應(yīng)力集中會(huì)加快疲勞裂紋的形成和擴(kuò)展。從而導(dǎo)致零件的疲勞強(qiáng)度下降。

用有效應(yīng)力集中系數(shù)、計(jì)入應(yīng)力集中的影響2、尺寸的影響零件尺寸越大，在加工中出現(xiàn)缺陷，產(chǎn)生微觀裂紋等疲勞源的可能性越大。從而使零件的疲勞強(qiáng)度降低。

§2-3影響疲勞強(qiáng)度的因素（二）零件的許用應(yīng)力實(shí)際中的各機(jī)械影響疲勞強(qiáng)度的主要因素2

用尺寸系數(shù)、計(jì)入尺寸的影響。3、表面質(zhì)量的影響

表面質(zhì)量：是指表面粗糙度及其表面強(qiáng)化的工藝效果。表面越光滑，疲勞強(qiáng)度可以提高。強(qiáng)化工藝（滲碳、表面淬火、表面滾壓、噴丸等）可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。

無(wú)限壽命區(qū)的許用應(yīng)力：

用表面狀態(tài)系數(shù)、計(jì)入表面質(zhì)量的影響。機(jī)械零件在有限壽命區(qū)的許用應(yīng)力：S—許用安全系數(shù)影響疲勞強(qiáng)度的主要因素2用尺寸系數(shù)、計(jì)入（三）穩(wěn)定變應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算1、對(duì)稱循環(huán)、簡(jiǎn)單應(yīng)力下的疲勞強(qiáng)度2、對(duì)稱循環(huán)、復(fù)合應(yīng)力下的疲勞強(qiáng)度（三）穩(wěn)定變應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算1、對(duì)稱循環(huán)、簡(jiǎn)單應(yīng)三、安全系數(shù)的選取1）靜應(yīng)力下，塑性材料的零件：S=1.2～１.5鑄鋼件：S=1.５～２.5典型機(jī)械的S可通過(guò)查表求得。無(wú)表可查時(shí)，按以下原則?。篠↑→零件尺寸大，結(jié)構(gòu)笨重。S↓→可能不安全。２）靜應(yīng)力下，脆性材料，如高強(qiáng)度鋼或鑄鐵：S=3～43）變應(yīng)力下，S=1.3～1.7材料不均勻，或計(jì)算不準(zhǔn)時(shí)?。篠=1.7～2.5三、安全系數(shù)的選取1）靜應(yīng)力下，塑性材料的零件：S=1.25－3機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度

若兩個(gè)零件在受載前是點(diǎn)接觸或線接觸。受載后，由于變形其接觸處為一小面積，通常此面積甚小而表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力卻很大，這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。這時(shí)零件強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度。5－3機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度若兩個(gè)零件在受載前是點(diǎn)接FFρ2

O2

ρ1

O1

ρ2

O2

ρ1

O1

F

Fω2

2b

sHω1

變形量接觸失效形式常表現(xiàn)為：疲勞點(diǎn)蝕后果：減少了接觸面積、損壞了零件的光滑表面、降低了承載能力、引起振動(dòng)和噪音。初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋裂紋擴(kuò)展與斷裂

油B金屬剝落出現(xiàn)小坑FFρ2O2ρ1O1ρ2O2ρ1O1Fb由彈性力學(xué)可知，應(yīng)力為：對(duì)于鋼或鑄鐵取泊松比：

μ1=μ2=μ=0.3,則有簡(jiǎn)化公式。上述公式稱為赫茲(H·Hertz)公式

“+”用于外接觸，“-”用于內(nèi)接觸。σHσHρ2ρ1Fnρ1Fnbρ2σHσHb由彈性力學(xué)可知，應(yīng)力為：對(duì)于鋼或鑄鐵取泊松比：上述公式稱為σH-------最大接觸應(yīng)力或赫茲應(yīng)力;b-------接觸長(zhǎng)度;Fn

-------作用在圓柱體上的載荷;-----綜合曲率半徑;-----綜合彈性模量;E1、

E2

分別為兩圓柱體的彈性模量。接觸疲勞強(qiáng)度的判定條件為：bFnσH-------最大接觸應(yīng)力或赫茲應(yīng)力;b------5-4

常用材料及其選擇一、常用材料二、鋼的熱處理三、材料選擇原則5-4常用材料及其選擇一、常用材料一、常用材料1鑄鐵：含Ｃ＞2.06％→易成型、價(jià)廉、吸振、可靠性差灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵2鋼：含Ｃ量＜1.4％→常用碳素鋼：（含Ｓ、Ｐ量不同）普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼合金鋼：綜合機(jī)械性能好，但較貴合金鋼的優(yōu)良性能取決于化學(xué)成份及熱處理鑄鋼：含Ｃ→（0.15～0.6）％→易成型3有色金屬合金：有特殊性能，價(jià)昂→少用鋁合金、銅合金（黃銅、青銅）、軸承合金4非金屬材料：工程塑料、橡膠、燒結(jié)材料、復(fù)合材料…一、常用材料1鑄鐵：含Ｃ＞2.06％→易成型、價(jià)廉、吸振、二、鋼的熱處理1退火2正火3淬火4回火5表面熱處理二、鋼的熱處理1退火熱處理工藝主要目的用途退火降低硬度，提高塑性，改善切削性能；細(xì)化晶粒，減少組織的不均勻性；消除內(nèi)應(yīng)力退火工序多安排在鍛、鑄之后，切削工序之前。適用于鑄件、焊接件、中碳鋼和中碳合金鋼軋制件等正火調(diào)整硬度，細(xì)化品粒，消除網(wǎng)狀碳化物。淬火前的預(yù)備熱處理，以減少淬火缺陷改善低碳鋼和低碳合金鋼的切削性能；中碳鋼和合金鋼淬火前的預(yù)備熱處理；對(duì)要求不高的零件可作為最終熱處理淬