第2章 机械设计概.

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1、第2章 机械设计概论本章知识导读本章知识导读1.本章学习的主要内容 本章为机械设计的基础知识，主要介绍机械设计应满足的基本要求及设计的一般程序；机械零件的强度及表面强度；机械零件的常用材料；机械零件的工艺性及标准化；机械设计中的常用设计方法等内容。2.重点、难点提示重点：机械零件的强度及表面强度。难点：变应力下的许用应力。2.1 概述 2.1.1 机械设计应满足的基本要求机械设计应满足的基本要求 设计是为了满足某一特定要求而进行的创造性的劳动。掌握设计的基本理论和方法是所有受工程教育的学生都应具备的能力。 机械设计是应用新的原理、新的概念去开发创造新的机器（或新的机构），也可以是在已有机器的基

2、础上，重新设计或作局部的改革。因此，提高机器的工作能力，合并或简化机器结构，增多或减少机器功能，提高机器效率，降低机器能耗，变更机器零件，改用新材料等，都属于机械设计的范畴。 机械设计应满足的要求是：在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在预定使用期限内安全可靠、操作方便、维修简单和造型美观等。机械设计中常用的名词 失效：失效：在预定寿命期限内，机械零件由于某种原因丧失了预定功能的现象。 工作能力：工作能力：在不发生失效的条件下，机械零件所能安全工作的限度。 承载能力：承载能力：对载荷而言的工作能力。 机械零件常见的失效形式有：零件的断裂；工作表面的点蚀和过大的磨损；过大的弹性变形；

3、连接的松弛；带传动的打滑等。 工作能力计算准则：工作能力计算准则：为防止零件失效而制定的判定条件，通常称为工作能力计算准则。判定条件为：计算量计算量许用量许用量。 2.1.2 机械设计的一般程序 新产品从提出任务到投放市场的全部程序要经过四个阶段：调查决策阶段；研究设计阶段；试制阶段；投产销售阶段。机械零件设计的一般步骤： 1.根据机器工作情况，拟定零件计算简图，确定作用在零件上的载荷； 2.根据零件的工作条件和经济性，选择适当的材料； 3.根据零件可能的失效形式，选用相应的判定条件，确定零件的主要尺寸，并加以圆整或标准化； 4.根据设计的尺寸，结合结构和工艺上的要求，绘制零件工作图。2.2

4、机械零件的强度cFK FcFK FcFK F2.2.1载荷和应力的分类载荷和应力的分类1. 载荷的分类载荷可分为静载荷和变载荷。静载荷：静载荷：不随时间变化或变化缓慢的载荷，如锅炉压力等。变载荷：变载荷：随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷，前者如内燃机阀门弹簧所受的载荷，后者如汽车的齿轮和轴等所受的载荷（因负荷和道路不同，载荷是随机性的）。对非周期性变化的载荷可用统计规律来表征。在设计计算中，常把载荷分为名义载荷和计算载荷。名义载荷名义载荷：在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。计算载荷计算载荷：载荷系数与名义载荷的乘积为计算载荷。即 式中 FC计算载荷F名义载荷K载荷系数，机器工作时

5、由于受到制造安装精度、振动等影响，往往产生附加载荷，引入载荷系数以弥补这类因素的影响。2.应力的分类 按应力随时间变化的特性不同，可分为静应力和变应力。 静应力：静应力：不随时间变化或变化缓慢的应力。如锅炉的内 压力所引起的应力，拧紧螺母所引起的应力等。 变应力变应力：随时间变化的应力。其中具有周期性的变应力称为循环变应力。循环变应力具有三种基本类型：非对称循环变应力、对称循环变应力和脉动循环变应力，其应力特征有： 平均应力：平均应力： 应力幅：应力幅： 循环特性：循环特性： 式中： 为最大应力，单位MPa； 最小应力，单位MPa。 maxmin2mmaxmin2aminmaxrmaxmin2