哈工大機(jī)械設(shè)計(jì)課程(授課老師：趙小力)第1講

1、機(jī) 械 設(shè) 計(jì)趙小力趙小力課程安排課程安排授課班級(jí)：授課班級(jí)：11021041102104、11021051102105、11022011102201和和11023011102301班，共班，共105105人人授課時(shí)間：授課時(shí)間：20132013秋秋 第第1-151-15周，講課周，講課4848學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)1212學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)授課教材：授課教材：機(jī)械設(shè)計(jì)，宋寶玉機(jī)械設(shè)計(jì)，宋寶玉、王黎欽編，高等教育出版社，王黎欽編，高等教育出版社，2010.52010.5 ( (機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)，王黎欽王黎欽、陳鐵鳴編，哈工大出版社陳鐵鳴編，哈工大出版社，2008.8)2008.8)機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)指導(dǎo)書，張

2、鋒機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)指導(dǎo)書，張鋒、宋寶玉編，高等教育出版宋寶玉編，高等教育出版社，社，2010.52010.5課程考核課程考核課程考核按百分制計(jì)分，考試采用累加式的考試辦法，課程考核按百分制計(jì)分，考試采用累加式的考試辦法，即課程的總成績(jī)由以下幾部分組成：即課程的總成績(jī)由以下幾部分組成：1.1.大作業(yè)，占大作業(yè)，占25%25%：螺紋連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（螺紋連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（5 5分）；分）；螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)（螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)（5 5分）分） - -面批；面批；帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)（帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)（5 5分）分） ；齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)（齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)（5 5分）分） ；軸系部件組合設(shè)計(jì)（軸系部件組合設(shè)計(jì)（5 5分）分） - -面批。面批。2

3、.2.平時(shí)成績(jī)，占平時(shí)成績(jī)，占5%5%；3.3.期末考試，占期末考試，占70%70%。特別說明：大作業(yè)不得缺失，否則不能參加期末考試。特別說明：大作業(yè)不得缺失，否則不能參加期末考試。授課教師授課教師趙小力趙小力單位：?jiǎn)挝唬?哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)系哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)系地址：地址： 機(jī)械樓（機(jī)械樓（3 3號(hào)樓）號(hào)樓）10511051房間房間電話：電話： 8640371286403712，或，或1524502379115245023791EmailEmail： zhaoxl_ QQ: QQ: 2381404523814045研究方向：研究方向：微細(xì)加工技術(shù)及其摩擦學(xué)微細(xì)加工技術(shù)

4、及其摩擦學(xué)第一章：第一章：緒論緒論課程性質(zhì)、內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式課程性質(zhì)、內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式第二章：第二章：機(jī)械零件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)；機(jī)械零件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)；機(jī)械設(shè)計(jì)一般方法和過程機(jī)械設(shè)計(jì)一般方法和過程（教材頁(yè)數(shù)教材頁(yè)數(shù)：1-161-16）第一講特種環(huán)境工作的機(jī)器人特種環(huán)境工作的機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線自動(dòng)化生產(chǎn)線人們代步用的汽車人們代步用的汽車機(jī)器是代替人們體力和部分腦力勞動(dòng)的工具，機(jī)器既機(jī)器是代替人們體力和部分腦力勞動(dòng)的工具，機(jī)器既能承擔(dān)人力所不能或不便進(jìn)行的工作，又能較人工生能承擔(dān)人力所不能或不便進(jìn)行的工作，又能較人工生產(chǎn)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，特別是能夠大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，特別是能夠大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率

5、和改善勞動(dòng)條件，還便于集中進(jìn)行社會(huì)化大生產(chǎn)。改善勞動(dòng)條件，還便于集中進(jìn)行社會(huì)化大生產(chǎn)。第一章第一章 緒論緒論 機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)水平的機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)水平的重要標(biāo)志。重要標(biāo)志。機(jī)械在國(guó)民生產(chǎn)中的地位、作用：機(jī)械在國(guó)民生產(chǎn)中的地位、作用： 機(jī)械工業(yè)肩負(fù)著為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供裝備和促機(jī)械工業(yè)肩負(fù)著為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供裝備和促進(jìn)技術(shù)改造的重任。進(jìn)技術(shù)改造的重任。第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論機(jī)械原理機(jī)械原理：各種機(jī)構(gòu)的分析問題；各種機(jī)構(gòu)的分析問題；常用機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題；常用機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題；機(jī)器動(dòng)力學(xué)問題；機(jī)器動(dòng)力學(xué)問題；結(jié)構(gòu)的選型及機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)

6、動(dòng)方案設(shè)計(jì)的基本知識(shí)。結(jié)構(gòu)的選型及機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的基本知識(shí)。機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)要解決什么問題？要解決什么問題？1.1.1 1.1.1 機(jī)械的組成機(jī)械的組成建筑機(jī)械農(nóng)業(yè)機(jī)械紡織機(jī)械船舶機(jī)械化工機(jī)械1.1.1 1.1.1 機(jī)械的組成機(jī)械的組成1.1.1 1.1.1 機(jī)械的組成機(jī)械的組成1.1.1 1.1.1 機(jī)械的組成機(jī)械的組成功功能能原動(dòng)機(jī)：原動(dòng)機(jī)：機(jī)械設(shè)備完成其工作任務(wù)的動(dòng)力來源；機(jī)械設(shè)備完成其工作任務(wù)的動(dòng)力來源；控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)：根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的不同工況對(duì)原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的不同工況對(duì)原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作機(jī)實(shí)施控制的裝置；和工作機(jī)實(shí)施控制的裝置；工作機(jī)：工作機(jī)：完成生產(chǎn)任務(wù)的

7、執(zhí)行裝置。完成生產(chǎn)任務(wù)的執(zhí)行裝置。輔助裝置：輔助裝置：機(jī)架、潤(rùn)滑、照明、排污、通風(fēng)等機(jī)架、潤(rùn)滑、照明、排污、通風(fēng)等傳動(dòng)裝置：傳動(dòng)裝置：將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給工作機(jī)的裝置；將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給工作機(jī)的裝置；1.1.1 1.1.1 機(jī)械的組成機(jī)械的組成從制造和裝配方面看來，任何機(jī)械裝置都是由許多從制造和裝配方面看來，任何機(jī)械裝置都是由許多機(jī)械零部件組成。機(jī)械零部件組成。1.1.1 1.1.1 機(jī)械的組成機(jī)械的組成1.1.1 1.1.1 機(jī)械的組成機(jī)械的組成機(jī)械零件機(jī)械零件機(jī)械制造過程中不可分拆的最小單元；機(jī)械制造過程中不可分拆的最小單元；機(jī)械部件機(jī)械部件機(jī)械制造過程中為完成同一目的而由若

8、干機(jī)械制造過程中為完成同一目的而由若干 協(xié)同工作的零件組合在一起的組合體。協(xié)同工作的零件組合在一起的組合體。鏈條鏈條軸承軸承螺栓螺栓1.1.1 1.1.1 機(jī)械的組成機(jī)械的組成專用零部件：只在特定類型中機(jī)械才能用到的零部件專用零部件：只在特定類型中機(jī)械才能用到的零部件例如渦輪機(jī)上的葉片、飛機(jī)的起落架、機(jī)床的變速箱等例如渦輪機(jī)上的葉片、飛機(jī)的起落架、機(jī)床的變速箱等通用零部件：在各類機(jī)械中經(jīng)常被用到的零部件；通用零部件：在各類機(jī)械中經(jīng)常被用到的零部件；例如螺栓、齒輪、彈簧、滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器等例如螺栓、齒輪、彈簧、滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器等1.1.2 1.1.2 本課程研究的對(duì)象本課程研究的對(duì)象一般機(jī)械裝置

9、一般機(jī)械裝置一般工作條件一般工作條件常用參數(shù)范圍常用參數(shù)范圍通用機(jī)械零部件通用機(jī)械零部件工作原理工作原理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基本設(shè)計(jì)理論基本設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)計(jì)算方法設(shè)計(jì)計(jì)算方法工作原理，受力分析，工作原理，受力分析，失效分析，材料選擇，失效分析，材料選擇，強(qiáng)度計(jì)算，參數(shù)選擇，強(qiáng)度計(jì)算，參數(shù)選擇，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的2828字訣字訣1.2 1.2 本課程的性質(zhì)與任務(wù)本課程的性質(zhì)與任務(wù)機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)：一門設(shè)計(jì)性的技術(shù)基礎(chǔ)課：一門設(shè)計(jì)性的技術(shù)基礎(chǔ)課先修課程先修課程理論力學(xué)理論力學(xué)建立力學(xué)模型及受力分析建立力學(xué)模型及受力分析材料力學(xué)材料力學(xué)應(yīng)力和強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力和強(qiáng)度計(jì)算機(jī)械制圖機(jī)械制圖

10、按國(guó)標(biāo)規(guī)范制圖按國(guó)標(biāo)規(guī)范制圖機(jī)械原理機(jī)械原理機(jī)構(gòu)及其原理分析機(jī)構(gòu)及其原理分析金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)零件的冷熱加工及其工藝零件的冷熱加工及其工藝金屬材料及熱處理金屬材料及熱處理選材料及其熱處理方式選材料及其熱處理方式互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)零件互換性和測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)零件互換性和測(cè)量1.2 1.2 本課程的目的和任務(wù)本課程的目的和任務(wù)本課程達(dá)到的目的本課程達(dá)到的目的一般機(jī)械傳動(dòng)裝置總體方案設(shè)計(jì)能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力一般機(jī)械傳動(dòng)裝置總體方案設(shè)計(jì)能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)：培養(yǎng)：設(shè)計(jì)通用機(jī)械零部件的基本知識(shí)、理論和方法設(shè)計(jì)通用機(jī)械零部件的基本知識(shí)、理論和方法本課程的主要任務(wù)本課程的主要任務(wù)1 1、

11、掌握、掌握運(yùn)動(dòng)和受力分析、失效分析等設(shè)計(jì)計(jì)算運(yùn)動(dòng)和受力分析、失效分析等設(shè)計(jì)計(jì)算聯(lián)系工程實(shí)際，合理選用通用機(jī)械零部件聯(lián)系工程實(shí)際，合理選用通用機(jī)械零部件查詢和運(yùn)用國(guó)標(biāo)繪制機(jī)械裝配圖和拆分零件圖查詢和運(yùn)用國(guó)標(biāo)繪制機(jī)械裝配圖和拆分零件圖2 2、具有、具有實(shí)驗(yàn)技能的基本訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)技能的基本訓(xùn)練3 3、得到、得到1.3 1.3 本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法綜合性、實(shí)踐性、設(shè)計(jì)性、主觀性綜合性、實(shí)踐性、設(shè)計(jì)性、主觀性課程特點(diǎn)：課程特點(diǎn)：本課程的學(xué)習(xí)方法：本課程的學(xué)習(xí)方法：要理論聯(lián)系實(shí)際；要理論聯(lián)系實(shí)際；掌握機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)規(guī)律；掌握機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)規(guī)律；培養(yǎng)解決工程實(shí)際問題的能力；培養(yǎng)解決工

12、程實(shí)際問題的能力；綜合運(yùn)用先修課程，進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)。綜合運(yùn)用先修課程，進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)。工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和受力、失效形式、設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和繪圖工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和受力、失效形式、設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和繪圖了解實(shí)際工況，合理設(shè)計(jì)指標(biāo)，滿足實(shí)際需求，綜合性能優(yōu)異了解實(shí)際工況，合理設(shè)計(jì)指標(biāo)，滿足實(shí)際需求，綜合性能優(yōu)異多看、多想、多問、多練、多學(xué)；逐步積累經(jīng)驗(yàn)，逐漸提高水平多看、多想、多問、多練、多學(xué)；逐步積累經(jīng)驗(yàn)，逐漸提高水平在熟練掌握先修課程和本門課程的基礎(chǔ)上，進(jìn)行初步的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)在熟練掌握先修課程和本門課程的基礎(chǔ)上，進(jìn)行初步的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)失事原因挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)失事原

13、因OO型密封圈失效型密封圈失效細(xì)節(jié)決定成敗，零件危及系統(tǒng)細(xì)節(jié)決定成敗，零件危及系統(tǒng)“挑戰(zhàn)者挑戰(zhàn)者”發(fā)射前及發(fā)射時(shí)氣溫過低，造成助推火箭發(fā)射前及發(fā)射時(shí)氣溫過低，造成助推火箭連接處連接處O O型橡膠密封圈失去彈性，無法起到密封作用。型橡膠密封圈失去彈性，無法起到密封作用。它在火箭點(diǎn)火后受熱而發(fā)生了破裂，造成燃料外泄。它在火箭點(diǎn)火后受熱而發(fā)生了破裂，造成燃料外泄。 第二章第二章 機(jī)械及機(jī)械零件的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械及機(jī)械零件的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.1. 設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)應(yīng)滿足的基本要求和一般步驟設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)應(yīng)滿足的基本要求和一般步驟2.2. 機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力3.3. 機(jī)械零件的主要失效形式和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)

14、則機(jī)械零件的主要失效形式和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則4.4. 機(jī)械零件材料的選用原則機(jī)械零件材料的選用原則5.5. 機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性6.6. 機(jī)械設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化回顧先修課程中的部分內(nèi)容，簡(jiǎn)要介紹在機(jī)械及機(jī)械回顧先修課程中的部分內(nèi)容，簡(jiǎn)要介紹在機(jī)械及機(jī)械零件中存在的共性知識(shí)和相關(guān)問題，具體內(nèi)容如下：零件中存在的共性知識(shí)和相關(guān)問題，具體內(nèi)容如下：2.1.1 2.1.1 設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)的基本要求設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)的基本要求1.1.使用功能要求使用功能要求功能明確、零部件可靠、使用維護(hù)方便功能明確、零部件可靠、使用維護(hù)方便要點(diǎn)：功能滿足（運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力、精度、壽命等），與同類已有要點(diǎn)：功能

15、滿足（運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力、精度、壽命等），與同類已有產(chǎn)品相比要有創(chuàng)新性，如長(zhǎng)壽命、高轉(zhuǎn)速、重載、易維護(hù)等；產(chǎn)品相比要有創(chuàng)新性，如長(zhǎng)壽命、高轉(zhuǎn)速、重載、易維護(hù)等；2.2.工藝性要求工藝性要求材料合理，加工工藝簡(jiǎn)單實(shí)用材料合理，加工工藝簡(jiǎn)單實(shí)用要點(diǎn)：應(yīng)考慮毛坯制造、機(jī)械加工、熱處理、安裝拆卸、使用要點(diǎn)：應(yīng)考慮毛坯制造、機(jī)械加工、熱處理、安裝拆卸、使用維護(hù)等問題，做到工藝性好，選材合理，優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)件，避維護(hù)等問題，做到工藝性好，選材合理，優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)件，避免非標(biāo)設(shè)計(jì)與加工。免非標(biāo)設(shè)計(jì)與加工。3.3.經(jīng)濟(jì)性要求經(jīng)濟(jì)性要求綜合指標(biāo)，要求技術(shù)與成本并重綜合指標(biāo)，要求技術(shù)與成本并重要點(diǎn)：貫穿設(shè)計(jì)、制造、使用和維修

16、的產(chǎn)品全壽命周期，如合要點(diǎn)：貫穿設(shè)計(jì)、制造、使用和維修的產(chǎn)品全壽命周期，如合理的總體方案和技術(shù)指標(biāo)；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)；標(biāo)準(zhǔn)理的總體方案和技術(shù)指標(biāo)；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)；標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化；新型材料、結(jié)構(gòu)和工藝等。化、通用化和系列化；新型材料、結(jié)構(gòu)和工藝等。4.4.其他要求其他要求人機(jī)工程學(xué)、節(jié)能環(huán)保、勞動(dòng)保護(hù)等。人機(jī)工程學(xué)、節(jié)能環(huán)保、勞動(dòng)保護(hù)等。2.1.2 2.1.2 設(shè)計(jì)機(jī)械的一般步驟設(shè)計(jì)機(jī)械的一般步驟1.1.確定設(shè)計(jì)任務(wù)書確定設(shè)計(jì)任務(wù)書生產(chǎn)者或購(gòu)買者驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)者或購(gòu)買者驅(qū)動(dòng)2.2.總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和優(yōu)選方案設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和優(yōu)選3.3.技術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算

17、、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等4.4.編制技術(shù)文件編制技術(shù)文件生產(chǎn)、檢驗(yàn)、調(diào)試、使用和維護(hù)等文本生產(chǎn)、檢驗(yàn)、調(diào)試、使用和維護(hù)等文本5.5.技術(shù)審定和產(chǎn)品鑒定技術(shù)審定和產(chǎn)品鑒定專家組審定、試制樣機(jī)和產(chǎn)品鑒定專家組審定、試制樣機(jī)和產(chǎn)品鑒定2.2 2.2 機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力2.2.1 2.2.1 載荷載荷載荷在機(jī)械設(shè)計(jì)中通常指施加于機(jī)械系統(tǒng)或機(jī)械零部件上的載荷在機(jī)械設(shè)計(jì)中通常指施加于機(jī)械系統(tǒng)或機(jī)械零部件上的外力，如力、轉(zhuǎn)矩、扭矩等；外力，如力、轉(zhuǎn)矩、扭矩等；靜靜載載荷荷動(dòng)動(dòng)載載荷荷大小和方向大小和方向拉拉伸伸載載荷荷彎彎曲曲載載荷荷變形作用變形作用壓壓縮縮載載荷荷扭扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)載載

18、荷荷2.2 2.2 機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力根據(jù)原動(dòng)機(jī)或工作機(jī)額定功率計(jì)算出的作用于根據(jù)原動(dòng)機(jī)或工作機(jī)額定功率計(jì)算出的作用于機(jī)械零部件上的載荷，或稱為額定載荷機(jī)械零部件上的載荷，或稱為額定載荷F考慮到載荷不均勻性和其他影響因素的情況下，考慮到載荷不均勻性和其他影響因素的情況下，在名義載荷的基礎(chǔ)上乘上載荷系數(shù)在名義載荷的基礎(chǔ)上乘上載荷系數(shù)，F(xiàn)ca靜載荷靜載荷不隨時(shí)間變化或緩慢變化的載荷不隨時(shí)間變化或緩慢變化的載荷動(dòng)載荷動(dòng)載荷隨時(shí)間作周期性變化或非周期性變化的載荷隨時(shí)間作周期性變化或非周期性變化的載荷Fca=KF2.2.1 2.2.1 載荷載荷2.2.2 2.2.2 應(yīng)力應(yīng)力2.2

19、 2.2 機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力靜應(yīng)力靜應(yīng)力大小和方向不隨時(shí)間變化或變化緩慢的應(yīng)力；大小和方向不隨時(shí)間變化或變化緩慢的應(yīng)力；變應(yīng)力變應(yīng)力大小和方向隨時(shí)間變化的應(yīng)力大小和方向隨時(shí)間變化的應(yīng)力2.2 2.2 機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力變應(yīng)力又分為循環(huán)變應(yīng)力和非循環(huán)變應(yīng)力變應(yīng)力又分為循環(huán)變應(yīng)力和非循環(huán)變應(yīng)力2.2 2.2 機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力循環(huán)變應(yīng)力有循環(huán)變應(yīng)力有5個(gè)基本參數(shù)：最大應(yīng)力、最小應(yīng)力、平個(gè)基本參數(shù)：最大應(yīng)力、最小應(yīng)力、平均應(yīng)力、應(yīng)力幅和循環(huán)特征，其中只有均應(yīng)力、應(yīng)力幅和循環(huán)特征，其中只有2個(gè)為獨(dú)立參數(shù)，個(gè)為獨(dú)立參數(shù)，其中循環(huán)特征其中循

20、環(huán)特征r是重要指標(biāo)。是重要指標(biāo)。2.2 2.2 機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力周期、應(yīng)力幅和平均應(yīng)力保持常數(shù)的變應(yīng)力周期、應(yīng)力幅和平均應(yīng)力保持常數(shù)的變應(yīng)力根據(jù)其循環(huán)特征根據(jù)其循環(huán)特征r r可分為：對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力、脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力和可分為：對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力、脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力和 非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。2.2 2.2 機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力工作應(yīng)力工作應(yīng)力根據(jù)計(jì)算載荷根據(jù)計(jì)算載荷Fca，按照材料力學(xué)的基本公式求出，按照材料力學(xué)的基本公式求出的、作用于機(jī)械零件剖面上的應(yīng)力。的、作用于機(jī)械零件剖面上的應(yīng)力。計(jì)算應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力當(dāng)零件危險(xiǎn)剖面上呈

21、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，按照某當(dāng)零件危險(xiǎn)剖面上呈復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，按照某一強(qiáng)度理論求出、與單向拉伸時(shí)有同等破壞作用的應(yīng)力。一強(qiáng)度理論求出、與單向拉伸時(shí)有同等破壞作用的應(yīng)力。 2.2 2.2 機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力lim，limB，Br，r 對(duì)于塑形材料，在靜應(yīng)力作用下的主要失效形式是塑性變形，對(duì)于塑形材料，在靜應(yīng)力作用下的主要失效形式是塑性變形，故材料的屈服極限為極限應(yīng)力，取材料的屈服極限，故材料的屈服極限為極限應(yīng)力，取材料的屈服極限， s，s 疲勞極限又分為無限壽命疲勞極限和有限壽命疲勞極限疲勞極限又分為無限壽命疲勞極限和有限壽命疲勞極限無限壽命疲勞極限無限壽命疲勞極限在任一給定循環(huán)

22、特征在任一給定循環(huán)特征r的條件下，應(yīng)力循環(huán)打到規(guī)定的的條件下，應(yīng)力循環(huán)打到規(guī)定的N0次后，材料不發(fā)生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力，次后，材料不發(fā)生疲勞破壞時(shí)的最大應(yīng)力， 。N0為應(yīng)力循環(huán)基數(shù)，一般對(duì)硬度小于為應(yīng)力循環(huán)基數(shù)，一般對(duì)硬度小于350HBW的鋼材，取的鋼材，取N0為為107 對(duì)硬度大于對(duì)硬度大于350HBW的鋼材，取的鋼材，取N0為為25*1072.2 2.2 機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力疲勞試驗(yàn)表明：在同一循環(huán)特征疲勞試驗(yàn)表明：在同一循環(huán)特征 r 的交變應(yīng)力下，循環(huán)次數(shù)的交變應(yīng)力下，循環(huán)次數(shù)N 隨交變應(yīng)力的最大應(yīng)力的減小而增大，當(dāng)減小到某一數(shù)值時(shí)，隨交變應(yīng)力的最大應(yīng)力的減小而增大

23、，當(dāng)減小到某一數(shù)值時(shí)，N 趨于無限大。趨于無限大。r ， rrN， rN 硬度主要有：布氏（硬度主要有：布氏（HB）、洛氏（）、洛氏（HRC）、維氏（）、維氏（HV）等，其中）等，其中HB和和HRC最為常用，最為常用，HBS是利用鋼球壓入物體表面得到的布氏硬度值。是利用鋼球壓入物體表面得到的布氏硬度值。有限壽命區(qū)的疲勞曲線方程：有限壽命區(qū)的疲勞曲線方程：2.2 2.2 機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力疲勞極限的主要影響因素疲勞極限的主要影響因素：（1 1）應(yīng)力集中；（）應(yīng)力集中；（2 2）絕對(duì)尺寸；（）絕對(duì)尺寸；（3 3）表面狀態(tài)）表面狀態(tài)應(yīng)力集中應(yīng)力集中在零件剖面的幾何形狀突然變化處

24、（如孔、圓角、在零件剖面的幾何形狀突然變化處（如孔、圓角、鍵槽、螺紋等），使得局部應(yīng)力遠(yuǎn)大于名義應(yīng)力，這種現(xiàn)象成鍵槽、螺紋等），使得局部應(yīng)力遠(yuǎn)大于名義應(yīng)力，這種現(xiàn)象成為應(yīng)力集中。應(yīng)力集中系數(shù)用為應(yīng)力集中。應(yīng)力集中系數(shù)用K K表示，即表示，即2.2 2.2 機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力絕對(duì)尺寸對(duì)疲勞極限的影響絕對(duì)尺寸對(duì)疲勞極限的影響當(dāng)零件的絕對(duì)尺寸越大時(shí)，材料所包含的缺陷就可能越多，當(dāng)零件的絕對(duì)尺寸越大時(shí)，材料所包含的缺陷就可能越多，機(jī)械加工后表面冷作硬化層相對(duì)越薄，故零件的疲勞極限就機(jī)械加工后表面冷作硬化層相對(duì)越薄，故零件的疲勞極限就越低。絕對(duì)尺寸系數(shù)用越低。絕對(duì)尺寸系數(shù)用表示。表

25、示。2.2 2.2 機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力2.2 2.2 機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力表面狀態(tài)對(duì)疲勞極限的影響表面狀態(tài)對(duì)疲勞極限的影響由于疲勞裂紋多發(fā)生在表層上，不同表面狀態(tài)（表面質(zhì)量、強(qiáng)由于疲勞裂紋多發(fā)生在表層上，不同表面狀態(tài)（表面質(zhì)量、強(qiáng)化方法等）對(duì)零件的疲勞極限產(chǎn)生相應(yīng)影響，表面系數(shù)狀態(tài)用化方法等）對(duì)零件的疲勞極限產(chǎn)生相應(yīng)影響，表面系數(shù)狀態(tài)用表示，為試件在某種表面狀態(tài)下的疲勞極限表示，為試件在某種表面狀態(tài)下的疲勞極限-1（或（或 -1 ）與）與試件在精拋光下的疲勞極限試件在精拋光下的疲勞極限-1（或（或 -1）的比值。）的比值。2.2 2.2 機(jī)械零件的載荷

26、和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力由試驗(yàn)可知：應(yīng)力集中、絕對(duì)尺寸和表面狀態(tài)只對(duì)應(yīng)力幅有影由試驗(yàn)可知：應(yīng)力集中、絕對(duì)尺寸和表面狀態(tài)只對(duì)應(yīng)力幅有影響，那么三個(gè)因素共同作用下的綜合影響下，零件的對(duì)稱循環(huán)響，那么三個(gè)因素共同作用下的綜合影響下，零件的對(duì)稱循環(huán)彎曲疲勞極限如下：彎曲疲勞極限如下：對(duì)稱循環(huán)扭轉(zhuǎn)疲勞極限：對(duì)稱循環(huán)扭轉(zhuǎn)疲勞極限：2.2 2.2 機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力許用應(yīng)力許用應(yīng)力設(shè)計(jì)零件時(shí)計(jì)算應(yīng)力允許打到的最大值，是極限設(shè)計(jì)零件時(shí)計(jì)算應(yīng)力允許打到的最大值，是極限應(yīng)力和許用安全系數(shù)的應(yīng)力和許用安全系數(shù)的比值，用比值，用 和和 表示。表示。安全系數(shù)過小，機(jī)械零件不太安全；安全系數(shù)過小，

27、機(jī)械零件不太安全；安全系數(shù)的確定方法有：表格法、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法、部分系數(shù)法。安全系數(shù)的確定方法有：表格法、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法、部分系數(shù)法。安全系數(shù)過大，機(jī)械零件尺寸增大，質(zhì)量增大，經(jīng)濟(jì)性不好；安全系數(shù)過大，機(jī)械零件尺寸增大，質(zhì)量增大，經(jīng)濟(jì)性不好；接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力當(dāng)兩物體在壓力下接觸時(shí)，若兩接觸面（或其中一個(gè)）為曲面，當(dāng)兩物體在壓力下接觸時(shí)，若兩接觸面（或其中一個(gè)）為曲面，那么在接觸處的表層產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力，即接觸應(yīng)力那么在接觸處的表層產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力，即接觸應(yīng)力H 。高。高副接觸中都存在接觸應(yīng)力，通常采用赫茲接觸理論來計(jì)算。副接觸中都存在接觸應(yīng)力，通常采用赫茲接觸理論來計(jì)算。2.2 2.2 機(jī)械零件的

28、載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力2.2 2.2 機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力線接觸時(shí)的接觸應(yīng)力：線接觸時(shí)的接觸應(yīng)力：2.3 2.3 機(jī)械零件的主要失效形式和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的主要失效形式和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則2.3.1 2.3.1 機(jī)械零件的主要失效形式機(jī)械零件的主要失效形式失效：失效：機(jī)械零件由于某種原因喪失工作能力或達(dá)不到機(jī)械零件由于某種原因喪失工作能力或達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的性能，存在以下主要形式：設(shè)計(jì)要求的性能，存在以下主要形式：1.1.斷裂斷裂2.2.塑性變形塑性變形3.3.過量的彈性變形過量的彈性變形4.4.表面失效（磨損、膠合、點(diǎn)蝕、腐蝕等）表面失效（磨損、膠合、點(diǎn)蝕、腐蝕等）5

29、.5.破壞正常工作條件引起的失效破壞正常工作條件引起的失效！同一零件可能共存多種失效形式！同一零件可能共存多種失效形式全部失效零件全部失效零件2.3 2.3 機(jī)械零件的主要失效形式和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的主要失效形式和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則2.3.2 2.3.2 機(jī)械零件的工作能力和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件的工作能力和設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則工作能力工作能力零件不發(fā)生失效時(shí)的安全工作限度，在機(jī)械設(shè)計(jì)中零件不發(fā)生失效時(shí)的安全工作限度，在機(jī)械設(shè)計(jì)中通常對(duì)載荷而言，故稱為通常對(duì)載荷而言，故稱為承載能力，失效形式對(duì)應(yīng)于承載能力。承載能力，失效形式對(duì)應(yīng)于承載能力。設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則設(shè)計(jì)零件時(shí)，保證零件不產(chǎn)生失效所依據(jù)的設(shè)計(jì)

30、零件時(shí)，保證零件不產(chǎn)生失效所依據(jù)的基基本原則，故失效形式，確定其設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則。本原則，故失效形式，確定其設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則。主要的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則：主要的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則：1 1、強(qiáng)度準(zhǔn)則、強(qiáng)度準(zhǔn)則避免斷裂、塑性變形和表面失效（除磨損和腐蝕）避免斷裂、塑性變形和表面失效（除磨損和腐蝕）2 2、剛度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則避免過量的彈性變形避免過量的彈性變形3 3、壽命準(zhǔn)則、壽命準(zhǔn)則使用期限不發(fā)生疲勞失效、磨損和腐蝕使用期限不發(fā)生疲勞失效、磨損和腐蝕4 4、振動(dòng)穩(wěn)定性原則、振動(dòng)穩(wěn)定性原則系統(tǒng)和零件固有頻率和激振源的頻率錯(cuò)開系統(tǒng)和零件固有頻率和激振源的頻率錯(cuò)開5 5、可靠性準(zhǔn)則、可靠性準(zhǔn)則系統(tǒng)、機(jī)器和零件在使用期間正常工

31、作系統(tǒng)、機(jī)器和零件在使用期間正常工作2.4 2.4 機(jī)械零件材料的選用原則機(jī)械零件材料的選用原則零件材料：鋼、鑄鐵、有色金屬、非金屬零件材料：鋼、鑄鐵、有色金屬、非金屬為機(jī)械零件選擇合適的材料和熱處理方式是機(jī)械設(shè)計(jì)中的一個(gè)為機(jī)械零件選擇合適的材料和熱處理方式是機(jī)械設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的問題。通常根據(jù)一些經(jīng)驗(yàn)選擇，主要考慮以下重要的問題。通常根據(jù)一些經(jīng)驗(yàn)選擇，主要考慮以下6 6方面因素：方面因素：1.1. 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)從強(qiáng)度準(zhǔn)則考慮材料的選擇從強(qiáng)度準(zhǔn)則考慮材料的選擇（1 1）大載荷）大載荷 機(jī)械強(qiáng)度高的材料機(jī)械強(qiáng)度高的材料+ +熱處理熱處理（2 2）靜應(yīng)力）靜應(yīng)力 脆

32、性材料脆性材料（3 3）沖擊、振動(dòng)及變載荷）沖擊、振動(dòng)及變載荷 塑性材料塑性材料2.4 2.4 機(jī)械零件材料的選用原則機(jī)械零件材料的選用原則2.4 2.4 機(jī)械零件材料的選用原則機(jī)械零件材料的選用原則聯(lián)軸器材料聯(lián)軸器材料鋁鎂合金鋁鎂合金2.4 2.4 機(jī)械零件材料的選用原則機(jī)械零件材料的選用原則2.4 2.4 機(jī)械零件材料的選用原則機(jī)械零件材料的選用原則2.5 2.5 機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性自由鍛自由鍛模鍛模鍛鑄造鑄造焊接焊接金屬熱處理：退火、正火、淬火、表面淬火等金屬熱處理：退火、正火、淬火、表面淬火等2.5 2.5 機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性退火退火 將組織

33、偏離平衡狀態(tài)的金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一將組織偏離平衡狀態(tài)的金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻已達(dá)到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。定時(shí)間，然后緩慢冷卻已達(dá)到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。其目的在于均勻化學(xué)成分、改善機(jī)械性能及工藝性能、消除或其目的在于均勻化學(xué)成分、改善機(jī)械性能及工藝性能、消除或減少內(nèi)應(yīng)力。減少內(nèi)應(yīng)力。正火正火將鋼材或鋼件加熱到臨界溫度以上適當(dāng)溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間后將鋼材或鋼件加熱到臨界溫度以上適當(dāng)溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間后在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。其目的獲得一定的硬度、細(xì)化晶粒，并獲得比較均勻的組

34、織和其目的獲得一定的硬度、細(xì)化晶粒，并獲得比較均勻的組織和性能。性能。淬火淬火把鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫并隨之以大于臨界冷卻速度冷卻，把鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫并隨之以大于臨界冷卻速度冷卻，以得到介穩(wěn)狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。以得到介穩(wěn)狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。其目的：提高工具、滲碳零件或其他高強(qiáng)度耐磨零件等的硬度、其目的：提高工具、滲碳零件或其他高強(qiáng)度耐磨零件等的硬度、強(qiáng)度和耐磨性；結(jié)構(gòu)鋼通過淬火和回火之后獲得良好的綜合機(jī)強(qiáng)度和耐磨性；結(jié)構(gòu)鋼通過淬火和回火之后獲得良好的綜合機(jī)械性能。械性能。表面淬火表面淬火將被處理工件在表面有限深度范圍內(nèi)加熱到相變點(diǎn)以上，然后將被處理工件在表面有限深度范圍內(nèi)加熱到相變點(diǎn)以上，然后迅速冷卻，在工件表面一定深度范圍內(nèi)打到淬火目的的熱處理迅速冷卻，在工件表面一定深度范圍內(nèi)打到淬火目的的熱處理工藝。工藝。其目的：在工件表面一定深度范圍內(nèi)獲得馬氏體組織，而其內(nèi)其目的：在工件表面一定深度范圍內(nèi)獲得馬氏體組織，而其內(nèi)部仍保持表面淬火前的狀態(tài)（調(diào)質(zhì)或正火狀態(tài)），以獲得表