学时数： 64（讲课： 实验： 学时数： 64（讲课：58 实验：6） 教材：邱宣怀主编《机械设计》 第四版）， 教材：邱宣怀主编《机械设计》（第四版）， 1997年 月第4 1997年7月第4版，高等教育出版社。 高等教育出版社。 讲课内容： 18章 讲课内容：第1～18章 实验内容： 实验内容： 带传动/齿轮传动/ 带传动/齿轮传动/滑动轴承等 成绩：考试（70%）： ）：试题库 成绩：考试（70%）：试题库 平时（30%）：作业、考勤、实验。 ）：作业 平时（30%）：作业、考勤、实验。

　　《机械设计》各章节主要是从工作原理、承 机械设计》各章节主要是从工作原理、 载能力、 载能力、构造和维护等方面论述通用机械零件 的设计问题。 的设计问题。其中包括如何合理确定零件的形 状和尺寸，如何适当选择零件的材料， 状和尺寸，如何适当选择零件的材料，以及如 何使零件具有良好的工艺性等。本篇扼要阐明 何使零件具有良好的工艺性等。本篇扼要阐明 机械零件设计计算的共同性问题。包括： 共同性问题 机械零件设计计算的共同性问题。包括：

　　零件的失效形式、设计准则、设计方法和步骤 零件的失效形式、设计准则、 零件的各种强度计算/ 零件的各种强度计算/零件的常用材料和工艺性 摩擦、摩损和润滑/ 摩擦、摩损和润滑/公差与配合等

　　机械零件的疲劳强度 机械摩擦/磨损/ 机械摩擦/磨损/润滑 机械常用材料和制造工艺性

　　1.1 课程性质和任务 一、本课程的研究对象 机器（机械） 机器（机械）： 机械系统、 液压气动系统、 控制监测系统、 机械系统 、 液压气动系统 、 控制监测系统 、 电气系统 机械零件：标准零件/非标准件专用零件 专用零件/ 机械零件：标准零件/非标准件专用零件/标准 件/易损件 本课程的研究对象： 本课程的研究对象 ： 一般参数的通用零件的 设计理论与方法 本课程的设计性、综合性和实践性都较强。 本课程的设计性、综合性和实践性都较强。

　　1 树立正确的设计思想 2 掌握通用机械零部件的设计原理、方法和一般规律 掌握通用机械零部件的设计原理、 3 掌握一定的设计技能(查阅资料，运用标准、规范) 掌握一定的设计技能(查阅资料，运用标准、规范) 4 掌握典型机械零件的实验方法,获得基本的实验技能 掌握典型机械零件的实验方法, 5 了解机械设计的最新动态。 了解机械设计的最新动态。

　　1 注意理论联系实际，将机械零件的设计放到整个机 注意理论联系实际， 械系统中加以考虑。 械系统中加以考虑。 2 注意掌握零部件的共性 3 掌握机械零部件设计的一般思路

　　1.2 设计机器的基本原则和设计程序 一、机械设计的基本要求 1、对机械设计的要求 a) 对机器使用功能方面的要求 b) 对机器经济性的要求 2、对机械零件设计的基本要求 a) 在预定工作期限内正常 、 可靠地工作 ， 在预定工作期限内正常、可靠地工作， 保证机器的各种功能 b) 要尽量降低零件的生产、制造成本 要尽量降低零件的生产、

　　二、设计方法 内插式（如类比设计、相似设计） 内插式（如类比设计、相似设计） 外推式（技改型） 外推式（技改型） 开发式（创新设计） 开发式（创新设计） 三、设计程序 调/研 试制 投产 四、技术经济评价 技术/经济(分数法/模糊评价/技术经济法等) 技术/经济(分数法/模糊评价/技术经济法等)

　　市场调 研 可行性 研究 设 计 任 务 书 原理 方案 设计 定 出 最 佳 方 案 小批生 产试销 考核 工艺 性收 集用 户意 见

　　机械零件的设计，同样要求工作可靠，成本低廉。 机械零件的设计，同样要求工作可靠，成本低廉。

　　二、机械零件设计类型和步骤 标准化、系列化、 三、标准化、系列化、通用化

　　标准化是指以制订标准和贯彻标准为主要内容的 全部活动过程。其原则是统一、简化、协调、优化。 全部活动过程。其原则是统一、简化、协调、优化。 标准化有利于实行专业化大生产，提高产品质量， 标准化有利于实行专业化大生产，提高产品质量， 降低成本；减少设计工作量； 降低成本；减少设计工作量；减少库存量和便于维护 国家标准、 维修。我国的标准分为国家标准 行业标准、 维修。我国的标准分为国家标准、行业标准、地方标 企业标准四级 四级。 准和企业标准四级。

　　拟定零件的计算简图 确定作用在零件上的载荷 选择合适的材料 选用相应判定条件 确定零件形状和主要尺寸 绘制工作图， 绘制工作图，标注技术条件 验算零件结构和尺寸 验算，修改零件 验算， 参照实物(图纸) 参照实物(图纸) 和经验数据 拟定零件的结构和尺寸 选用相应判定条件

　　结构设计：工艺 造型 特色/风俗 造型/特色 结构设计：工艺/造型 特色 风俗 设计的检查：在线 动态 动态/事前的 设计的检查：在线/动态 事前的 设计人员素质：责任心 法律道德观念 法律道德观念/创新进取 设计人员素质：责任心/法律道德观念 创新进取 机械设计的新发展 1、设计理论的不断完善与发展 、 2、设计手段和方法的不断更新 、 3、机械设计的综合程度越来越高 ， 与其它学科 、 机械设计的综合程度越来越高， 交叉越来越广泛和深入——机电一体化 交叉越来越广泛和深入 机电一体化 4、机械设计的实验研究技术有了很大的发展和 、 提高， 提高，实验与理论相互促进

　　并行设计 有限元法 可靠性设计 系统设计 优化设计 安全设计 功能设计 快速原型 动态分析与设计 模块化设计 防断裂设计 计算机辅助设计 价值工程 (CAD/CAE/CAM/CAPP) 疲劳设计 质量功能配置 系统建模与仿真 减摩耐磨设计 绿色设计 虚拟设计 健壮设计 模糊设计 智能CAD和概念设计 耐环境设计 维修性设计和维修保障设计 创新设计 工程数据库 面向对象设计 异地设计 测试性设计 工业造型设计 快速响应设计 人机工程设计

　　失效: 失效: 机械零件由于某种原因不能正常工作的状 态。 零件的失效形式 失效形式有 断裂或塑性变形； 零件的失效形式有：断裂或塑性变形；过大的 弹性变形；工作表面的过度磨损或损伤; 共振; 弹性变形；工作表面的过度磨损或损伤; 共振; 联接松弛; 摩擦传动的打滑等。 联接松弛; 摩擦传动的打滑等。失效形式可归纳 为：强度、刚度、耐磨性、稳定性和温度的影 强度、刚度、耐磨性、稳定性和温度的影 响等问题。 响等问题。

　　工作能力: 在不发生失效的条件下, 工作能力: 在不发生失效的条件下, 零件所能 安全工作的限度。 安全工作的限度。 承载能力: 承载能力: 机械零件在不发生失效时能承受的 最大载荷。 最大载荷。 工作能力计算准则： 工作能力计算准则：防止失效而制定的判定条 件。

　　强度条件：应力≤许用应力 强度条件：应力≤ 刚度条件：变形量≤许用变形量 刚度条件：变形量≤

　　名义载荷/(名义应力 名义载荷/(名义应力)：在理想的平稳工作条件下 名义应力) 作用在零件上的载荷/(当载荷为名义载荷时计算 作用在零件上的载荷/(当载荷为名义载荷时计算 出的应力) 出的应力)。 计算载荷/(计算应力 实际载荷/(按计算载荷求 计算载荷/(计算应力)：实际载荷/(按计算载荷求 计算应力) 得的应力) 得的应力)。 载荷系数/(应力系数 载荷系数/(应力系数) ：实际计算载荷/(应力)与名 应力系数) 实际计算载荷/(应力 应力) 义载荷/(应力 的比值。它考虑的是机械工作时， 应力) 义载荷/(应力)的比值。它考虑的是机械工作时， 零件受到的各种附加载荷/(应力 应力) 零件受到的各种附加载荷/(应力) 。 计算载荷＝名义载荷× 计算载荷＝名义载荷×载荷系数 计算应力＝名义应力× 计算应力＝名义应力×应力系数

　　对称循环变应力 r= -1 变应力 脉动循环变应力 r= 0 非对称循环变应力  r≤ 1 ≤ 静载荷 变载荷

　　静应力： 静应力：不随时间变化的应力 应力 变应力：随时间变化的应力。 变应力：随时间变化的应力。当应力是周期性 变化时，称为循环变应力 循环变应力。 变化时，称为循环变应力。

　　例： 一对齿轮作单向传动时， 一对齿轮作单向传动时，轮齿的弯曲应力 脉功循环变应力。 是脉功循环变应力。

　　2.2 机械零件的强度 强度判定条件 σ ≤ [σ] = σlim/S [σ S: 安全系数 τ ≤ [τ] = τlim/S 注： [σ]和[τ]为许用正应力和许用剪应力，取决于 [τ]为许用正应力和许用剪应力 为许用正应力和许用剪应力， 应力的种类、 应力的种类、零件材料的极限应力和安全系数 等。 σlim和τlim为极限正应力和极限剪应力。在简 为极限正应力和极限剪应力。 单应力状态下用实验测得； 单应力状态下用实验测得；复杂应力下的情况 在后面讨论。 在后面讨论。

　　1、单向应力时的塑性材料零件 σ ≤ [σ s ] 、 弯扭复合应力(第四 第四/三 2、复合应力时的塑性材料零件 弯扭复合应力 第四 三) 、 3、允许少量塑性变形的零件 、 4、脆性材料和低塑性材料的零件 σ ≤ [σ B ] 、

　　变应力强度(失效形式:疲劳断裂/极限应力: 三、变应力强度 失效形式:疲劳断裂/极限应力:疲劳极限) σ rN σ ≤ [σ −1 ]

　　S1：考虑载荷及应力计算的准确性 考虑载荷及应力计算的准确性 S2 ：考虑材料的力学性能的均匀性 考虑材料的力学性能的均匀性 S3 ：考虑零件的重要性 考虑零件的重要性 P15表 列举了一些最小许用安全系数。 P15表2-2列举了一些最小许用安全系数。

　　一、表面接触 强度 接触应力： 接触应力： 两点、 两点、线接触 的零件受载后 在接触处产生 的局部应力。 的局部应力。 P18例2-1 例 例2-2

　　1、增加接触表面的综合曲率半径，降低接触应力 、增加接触表面的综合曲率半径， 2、将外接触改为内接触 、 3、将点接触改为线、提高零件表面硬度 、 5、提高接触表面的加工质量 、 6、采用粘度较高的润滑油 、

　　挤压应力： 挤压应力 ： 通过局部配合面间的接触来传递载 F 荷的零件，在接触面上的压应力。 荷的零件，在接触面上的压应力。 σ p = ≤ [σ p ]

　　选用摩擦副材料； 选用摩擦副材料； 提高表面硬度； 提高表面硬度； 降低表面粗糙度； 降低表面粗糙度； 采用有效的润滑剂和润滑方法； 采用有效的润滑剂和润滑方法； 表面镀层、氧化处理； 表面镀层、氧化处理； 改善工作条件；防尘、降温； 改善工作条件；防尘、降温；

　　2.6~8 振动、温度和可靠性 振动、 f p 1.15 f 一、振动和噪声准则 f p 0.85 f , 二、热平衡准则 ∆ t ≤ [∆ t ] 可靠性准则：系统、 三、可靠性准则：系统、机器或零件在规定的条件下 和规定的时间内完成规定功能的能力。 和规定的时间内完成规定功能的能力。 Rt：可靠度——表示零件在规定的条件下和规定的时 可靠度——表示零件在规定的条件下和规定的时 N−Nf Nf 间内完成规定功能的概率 Nt

　　N个相同零件在同样条件下同时工作，在规定的时间 个相同零件在同样条件下同时工作， 内有N 个失效，剩下N 个仍继续工作， 内有Nf 个失效，剩下Nt个仍继续工作，则 不可靠度(失效概率) 不可靠度(失效概率)： F = N f = 1 − R , R F =1

　　n个零件组成的串联系统，单个零件的可靠度:R1、 个零件组成的串联系统 单个零件的可靠度: 串联系统， R2 、 …Rn，则系统的可靠度为Rf=R1R2…Rn 则系统的可靠度为R

　　变应力下, 零件的失效形式是疲劳断裂 变应力下, 零件的失效形式是疲劳断裂。作周期性变化 疲劳断裂。 疲劳点蚀。 的接触应力使零件产生疲劳点蚀 它是齿轮、 的接触应力使零件产生疲劳点蚀。它是齿轮、滚动轴承等 零件的主要失效形式。 零件的主要失效形式。

　　安全-寿命设计准 安全-寿命设计准则：在规定的工作期间内，不允许零 在规定的工作期间内， 件出现疲劳裂纹。一般按σ 件出现疲劳裂纹。一般按σ-N曲线进行有限寿命和无限寿命 疲劳计算， 曲线进行低周循环疲劳计算。 疲劳计算，或按εp-N曲线进行低周循环疲劳计算。 破损-安全设计准则 允许零件存在裂纹并缓慢扩展， 准则： 破损-安全设计准则：允许零件存在裂纹并缓慢扩展，IM电竞 IM电竞app 但须保证在规定的工作周期内，仍能安全可靠地工作。通 但须保证在规定的工作周期内，仍能安全可靠地工作。 dN- 按曲线进行疲劳裂纹寿命计算。 常dα/dN-∆K按曲线进行疲劳裂纹寿命计算。

　　疲劳断裂是损伤的积累， 疲劳断裂是损伤的积累 ， 是裂纹扩展到一定程度 后的突然断裂， 后的突然断裂，通常由表面光滑的疲劳发展区和粗糙 的脆性断裂区组成。它与应力循环次数( 的脆性断裂区组成。它与应力循环次数(即使用期限或 寿命)密切相关。 寿命)密切相关。疲劳源 裂纹扩展 断裂

　　第一阶段 零件表面应力较大处的材料发生剪切 滑移，产生初始裂纹，形成疲劳源； 滑移，产生初始裂纹，形成疲劳源； 第二阶段 裂纹尖端在切应力下发生反复塑性变 使裂纹扩展直至发生疲劳断裂 疲劳断裂。 形，使裂纹扩展直至发生疲劳断裂。

　　只有第二阶段， 只有第二阶段，裂纹尖端在切应力下发生反复 塑性变形，使裂纹扩展直至发生疲劳断裂 疲劳断裂。 塑性变形，使裂纹扩展直至发生疲劳断裂。

　　一、疲劳曲线 疲劳曲线( 曲线) 应力循环次数N 横坐标) 疲劳曲线(σ-N或τ-N曲线): 应力循环次数N (横坐标) 与疲劳极限( (纵坐标 之间的关系曲线(浴盆曲线) 纵坐标) 与疲劳极限(σ或τ) (纵坐标)之间的关系曲线(浴盆曲线)。

　　循环基数N 疲劳曲线趋于水平时的循环次数。 循环基数N0 : 疲劳曲线趋于水平时的循环次数。通 常认为此基数为： 无限次”循环时试件不会断裂。 常认为此基数为：在“无限次”循环时试件不会断裂。 疲劳极限( 在循环特性r下的变应力，IM电竞 IM电竞app 疲劳极限(σrN 或τrN )：在循环特性r下的变应力，经 次循环后，材料不发生破坏的应力最大值。 过N次循环后，材料不发生破坏的应力最大值。N0点 表示。 表示材料在对称循环 的极限应力用σ 的极限应力用σr 或τr表示。如σ-1表示材料在对称循环 变应力下的弯曲疲劳极限。 下的弯曲疲劳极限 变应力下的弯曲疲劳极限。

　　二、区域划分（以双对数坐标的疲劳曲线为例） 区域划分（ 双对数坐标的疲劳曲线为例

　　有限寿命区(NN 有限寿命区(NN0) 低周循环疲劳: 低周循环疲劳 N 103 (104)，疲劳 极限较高， 极限较高，接近屈服 极限，疲劳极限基本 极限， 与循环次数无关。 与循环次数无关。 高周循环疲劳: 高周循环疲劳: 103(104)[NN0时, 疲劳极限随循环次数 增加而降低。 的增加而降低。 无限寿命区( 无限寿命区(N]N0) 疲劳曲线为水平 线。有色金属和高强 度合金钢无此区域。 度合金钢无此区域。

　　当N 103(104)次(低周循环疲劳状态)时，一般可按静 应力强度计算，只在重要场合按低周循环疲劳设计； 应力强度计算，只在重要场合按低周循环疲劳设计； 有限寿命区10 有限寿命区103(104)[NN0(高周循环疲劳状态)时, 疲劳 曲线可表示为: 曲线可表示为: (C、C’: 试验常数。m: 随材料和应力 试验常数。 材料和应力 σrNmN=σrmN0=C 状态而定的幂指数，弯曲应力时m=9， 状态而定的幂指数，弯曲应力时m=9， 接触应力时m=6(钢 8(青铜 青铜)) τrNmN=τrmN0=C’ 接触应力时m=6(钢)或8(青铜)) 故对应于循环次数N的疲劳极限为： 故对应于循环次数N的疲劳极限为： m m σrN=σr√N0 /N =kNσr 寿命系数k 寿命系数kN = √N0 /N m τrN=τ r√N0 /N =kNτ r 循环基数N 材料性质不同， 不同。钢的硬度( 循环基数N0 : 材料性质不同， N0不同。钢的硬度(强

　　度)愈高， N0愈大。通常金属材料的疲劳极限是在106(百万 愈高， 愈大。通常金属材料的疲劳极限是在10 转或10 循环次数下试验得来的。 转或107)循环次数下试验得来的。

　　P39例 P39例3.1 已知45钢的σ-1=300MPa , N0=107, m=9， 已知45钢的 钢的σ 300MPa =9， 用双对数坐标绘出该材料的疲劳曲线图。 用双对数坐标绘出该材料的疲劳曲线图。 在双对数坐标上取一点B 解： 在双对数坐标上取一点B，其坐标为 lgN0=lg107 lg10 lgσ-1=lg300 lgσ lg300 作斜率等于-1/9的直线 即为所求的疲劳曲线的直线，即为所求的疲劳曲线

　　材料在相同循环次数和不同循环特性下有不同的疲 劳极限，其变化用疲劳极限应力图(σ σ 坐标)表示 表示。 劳极限，其变化用疲劳极限应力图 σm-σa坐标 表示。

　　(近似呈抛物线分布 近似呈抛物线分布) 近似呈抛物线 影响机械零件疲劳强度的主要因数

　　变应力下，许用应力取材料的疲劳极限作为极限应力， 变应力下，许用应力取材料的疲劳极限作为极限应力， 同时还应考虑零件的截面突变(应力集中系数k 同时还应考虑零件的截面突变(应力集中系数kσ)、绝对尺 尺寸系数ε 和表面状态(表面状态系数β 环境介质、 寸(尺寸系数εσ)和表面状态(表面状态系数β) 、环境介质、 加载顺序和频率等影响。影响因素中最重要的是: 加载顺序和频率等影响。影响因素中最重要的是:

　　一、应力集中的影响 kσ 二、尺寸的影响εσ 尺寸的影响ε 综合影响系数k /(ε 三、表面状态的影响 βσ 四、综合影响系数kσ/(εσβσ) 对称循环应力的许用值： ]=ε 对称循环应力的许用值：[σ-1]=εσβσσ-1/(kσS) /(k 应力的许用值 脉动循环应力的许用值 应力的许用值： ]=ε /(k 脉动循环应力的许用值：[σ0]=εσβσσ0/(kσS) 通常设计时, 有限寿命”代替“无限寿命” 通常设计时, 用“有限寿命”代替“无限寿命”下 零件的许用应力，以便使用较大的许用应力[ 零件的许用应力，以便使用较大的许用应力[σ-1N] ，从 m 而减小零件的体积和重量。 /(k 而减小零件的体积和重量。 [σ-1N] = εσ βσ-1√N0 /N /(kσS)

　　减缓尺寸突变、增大过渡圆角、 减缓尺寸突变、增大过渡圆角、增加卸载结构等可 从而降低应力集中，提高零件疲劳强度。 降低ασ或ατ ，从而降低应力集中，提高零件疲劳强度。 强度极限愈高，钢敏感系数q 愈大，应力集中愈大。 强度极限愈高，钢敏感系数q 愈大，应力集中愈大。 铸铁零件外形引起的应力集中运低于内部组织的应 力集中，故取q=1； =1。 力集中，故取q=1； kσ= kτ =1。 尺寸的影响(尺寸系数ε 二、尺寸的影响(尺寸系数εσ或ετ) 尺寸愈大，对零件疲劳强度的不良影响愈显著。 尺寸愈大，对零件疲劳强度的不良影响愈显著。

　　βτ =0.6 βσ 0.4 铸铁加工后表面状态系数可取 βσ=βτ =1。 =1。 钢的强度极限愈高，表面愈粗糙， 钢的强度极限愈高，表面愈粗糙，表面状态系数愈 低。故高强度合金钢材料要求有较高的表面加工质量 (以便更好地提高其疲劳强度)。 用热处理工艺(如淬火、渗氮、 和冷作工艺(抛光、 用热处理工艺(如淬火、渗氮、渗碳等)和冷作工艺(抛光、 喷丸、 提高表面强度和产生残余压应力(残余拉 喷丸、滚压)提高表面强度和产生残余压应力(残余拉应力 降低疲劳强度 改善表面状态。 或腐蚀将降低 或腐蚀将降低疲劳强度)，改善表面状态。

　　四、综合影响系数(kσ)D= kσ/(εσβσ) 综合影响系数( /(ε 试验证明： 只对σ 有影响， 试验证明：综合影响系数(kσ)D只对σa有影响，对σm

　　无明显影响。在计算时，零件的工作应力幅要乘以 无明显影响。在计算时， (kσ)D ，或材料的权限应力幅要除以(kσ)D 。

　　稳定变应力：在每次循环中， 稳定变应力：在每次循环中，平均应力σm应力幅σa 和周期都不随时间t变化的变应力。 和周期都不随时间t变化的变应力。 非稳定变应力： 非稳定变应力： σm、σa和T中至少有一个随时间变 化的变应力。它可分为周期性 随机性非稳定变应力 周期性和 化的变应力。它可分为周期性和随机性非稳定变应力 两类。 两类。

　　综合影响系数( 综合影响系数(kσ)D只对极限应力幅有影响，寿命 只对极限应力幅有影响， 系数k 对极限平均应力和权限应力幅均有影响。 系数kN对极限平均应力和权限应力幅均有影响。工作 应力点C( 必须落在OA’B’E’SO区域 区域( 应力点C(σm，σa)必须落在OA’B’E’SO区域(称为安全 区 )内 。

　　工作应力增长规律主要有以下三种： 工作应力增长规律主要有以下三种： 1) r=σmin/σmax=const, 如转抽的弯曲应力。属简单加载。 const, 如转抽的弯曲应力。属简单加载。 2) σm=const, 如车辆减振弹簧。为复杂加载。 const, 如车辆减振弹簧。为复杂加载。 3)σmin=const , 如气缸盖的螺栓联接。为复杂加载。 如气缸盖的螺栓联接。为复杂加载。

　　安全系数法: 判断零件危险截面处的疲劳强度 安全系数法: 判断零件危险截面处的疲劳强度。 疲劳强度。 校核条件： 本节主要介绍简单加载情况， 校核条件：S≥[S]。本节主要介绍简单加载情况， 即r =常数时在单向应力状态和复合应力状态时的安全 系数计算。其计算简图如下： 系数计算。其计算简图如下：

　　当工作应力增长过程符合r const的规律 当工作应力增长过程符合r=const的规律，则 的规律，

　　安全系数的计算方法：图解法和解析法。 安全系数的计算方法：图解法和解析法。 1、图解法

　　当工作应力点在OA’E’O区内， 当工作应力点在OA’E’O区内，则 区内

　　可理解σae 和τae是由非对称循环变应力折算成的当量对称循环 变应力。 平均应力折合为应力幅的等效系数。 变应力。

　　σ=(2σ-1-σ 0)/σ 0: 平均应力折合为应力幅的等效系数。

　　塑性和低塑性材料: 塑性和低塑性材料: 验算疲劳强度和屈服强度安全系数 脆性材料： 脆性材料：只验算疲劳强度安全系数 P49表3.3给出用解析法求 P49表3.3给出用解析法求σm=const 和σmin=const时的 const时的 安全系数计算式。 安全系数计算式。 P49例 P49例3.2

　　1、塑性材料： 塑性材料： 按第三或第四强度理论计算疲劳强度和屈服强度安 全系数。 全系数。 在疲劳安全区： 在塑性安全区： 在疲劳安全区： 在塑性安全区：

　　2、低塑性和脆性材料: 低塑性和脆性材料: 计算弯扭复合应力疲劳强度安全系数

　　在每一次应力作用下，零件寿命就要受到微量的疲 在每一次应力作用下， 劳损伤， 劳损伤，当疲劳损伤积累到一定程度达到疲劳寿命极 限时便发生疲劳断裂。其总寿命损伤率为： 限时便发生疲劳断裂。其总寿命损伤率为：

　　式中N 式中N1，N2...Nn为应力σ1，σ2 ... σn对应的积累循环次数； ...N 对应的积累循环次数； N1’，N2’...Nn’为应力σ1，σ2 ... σn 对应的材料发生疲劳破坏的极 ...N 限循环次数。 限循环次数。

　　非稳定变应力下零件的疲劳强度计算是先将非稳 定变应力折算成单一的与总寿命损伤率相等的稳定 然后按稳定变应力进行疲劳强度计算。 变应力σv，然后按稳定变应力进行疲劳强度计算。 n 等效循环次数为 等效循环次数为： N = ( σ i ) m N

　　三、规律性非稳定变应力时安全系数的计算步骤 取等效应力σv= σi (非稳定变应力中作用时间最长的 和(或)起主要作用的应力) ，并取σav=σai 和σmv=σmi 求等效循环次数N 求等效循环次数Nv 求等效循环次数时的寿命系数k 求等效循环次数时的寿命系数kN 和疲劳极限σrv 按等效应力计算疲劳强度安全系数 按最大非稳定变应力计算塑性材料屈服强度安 全系数

　　低周循环疲劳是零件在变应力达到屈服极限和循 环次数低于10 时发生的疲劳损坏。 环次数低于103(104)时发生的疲劳损坏。与高周循环 疲劳一样， 疲劳一样，低周循环疲劳也是由于反复塑性变形造成 曲线及方程如下： 的。其应变疲劳εP-N曲线及方程如下： εPNb=C

　　式中: 式中: N: 低周循环次数； 低周循环次数； εP: 循环次数为N时的 循环次数为N 塑性应变量； 塑性应变量； b: 与材料有关的常数 (0.35~0.8) C: 常数，近似等于静 常数， 拉伸断裂时的应变量。 拉伸断裂时的应变量。

　　利用摩擦可传递动力 如带传动、 利用摩擦可传递动力(如带传动、摩擦无级变速 可传递动力( 器、摩擦离台器)、制动(如摩控制动器)或吸收能量 摩擦离台器) 制动(如摩控制动器) 起缓冲阻尼作用(如环形弹簧、多板弹簧) 但通常： 起缓冲阻尼作用(如环形弹簧、多板弹簧)。但通常： 机器零件中的摩擦将造成能量损耗、效率降低、 机器零件中的摩擦将造成能量损耗、效率降低、温 度升高、表面磨损。 度升高、表面磨损。过度磨损会使机器丧失应有的 精度，产生振动和噪声，缩短使用寿命。润滑是工 精度，产生振动和噪声，缩短使用寿命。润滑是工 降低摩擦和功耗 程中降低摩擦和功耗、提高机器效率、 程中降低摩擦和功耗、提高机器效率、减轻磨损的 最经济、最有效、最常用的方法。 最经济、最有效、最常用的方法。

　　按表面润滑情况，摩擦分为四种状态： 四种状态 按表面润滑情况，摩擦分为四种状态：

　　干摩擦：表面无润滑剂， 干摩擦：表面无润滑剂，固体表面直接接触产生的 摩擦。此种摩擦中磨损严重。表面有强烈温升， 摩擦。此种摩擦中磨损严重。表面有强烈温升，甚至 会烧毁零件。 会烧毁零件。 边界摩擦：在摩擦表面间有厚度小于1mm极薄的边 边界摩擦：在摩擦表面间有厚度小于1mm极薄的边 界油膜, 不足以分开两金属表面, 故物体相互运动时， 界油膜, 不足以分开两金属表面, 故物体相互运动时， 两金属表面微观的高峰部分仍互相磨削。 两金属表面微观的高峰部分仍互相磨削。边界油膜可 减轻磨损。摩擦系数f =0.1~0.3。 减轻磨损。摩擦系数f =0.1~0.3。

　　液体摩擦(或液体润滑) 液体摩擦(或液体润滑)：两摩擦表面间有充足润 滑油可形成几十微米的压力油膜， 滑油可形成几十微米的压力油膜，将金属表面分开 此时只有液体间的摩擦,称为液体摩擦。 ，此时只有液体间的摩擦,称为液体摩擦。液体摩擦 摩擦系数很小( =0.1~0.3),可显著减少摩擦和磨损 可显著减少摩擦和磨损。 摩擦系数很小(f =0.1~0.3),可显著减少摩擦和磨损。 是最理想的状态。 是最理想的状态。 混合摩擦( 非液休摩擦) 混合摩擦(或非液休摩擦)：一般机器中摩擦表面 处于干摩擦、 处于干摩擦、边界摩擦和液体摩擦的混合状态下的 一种摩擦状况。 一种摩擦状况。

　　摩擦副的摩擦特性曲线： 摩擦副的摩擦特性曲线：表示摩擦系数随轴承 特性数的关系曲线。 特性数的关系曲线。

　　ηn/ ηn/p ： 无量纲参数。 无量纲参数。 其中： 其中： η ：润滑油液体粘度； 润滑油液体粘度； n：转数； 转数； p ：压强

　　二、磨损 磨损：磨擦表面物质不断损失的现象。 磨损：磨擦表面物质不断损失的现象。 耐磨性：零件抗磨损的能力。 耐磨性：零件抗磨损的能力。

　　在预定使用期限内，零件的磨损量不超过允许值时， 在预定使用期限内，零件的磨损量不超过允许值时， 认为是正常磨损。出现剧烈磨损时． 认为是正常磨损。出现剧烈磨损时．运动副的间隙增 机械精度丧失，效率下降；振动、 大，机械精度丧失，效率下降；振动、冲击和噪声增 应立即停车检修、换零件。 大；应立即停车检修、换零件。

　　机械磨损的主要类型： 机械磨损的主要类型： 磨粒磨损/粘着磨损/疲劳磨损/ 磨粒磨损/粘着磨损/疲劳磨损/腐蚀磨损 耐磨计算： 耐磨计算： 限制强度准则： 限制强度准则： p ≤ [ p]

　　当相对速度大时，应校核接触面的发热：pv≤[pv] 当相对速度大时，应校核接触面的发热： ≤[pv]

　　三、润滑剂 润滑剂的主要作用: 降低摩擦功耗， 润滑剂的主要作用: 降低摩擦功耗，减少磨 损，同时起到冷却、吸振、防锈、传力、除污 同时起到冷却、吸振、防锈、传力、 和密封等作用。 和密封等作用。 润滑剂的类型有： 润滑剂的类型有： 1) 液体润滑剂：润滑油(最常用)； 液体润滑剂：润滑油(最常用) 2) 半固体润滑剂：润滑脂(不易流失)； 半固体润滑剂：润滑脂(不易流失) 3) 固体润滑剂等(通常在特殊场合下使用)。 固体润滑剂等(通常在特殊场合下使用)

　　1) 性能：粘度(选择润滑油的主要依据，表征了 性能：粘度(选择润滑油的主要依据， 液体流动的内摩擦性能) 液体流动的内摩擦性能)

　　平行平板AB间 平行平板AB间：vB=0 vA=v 液体内部的摩擦切应力： 液体内部的摩擦切应力：

　　温度↑ 温度↑，η↓ 压力↑ 当压力10MPa时 可忽略影响） 压力↑，η ↑（当压力10MPa时，可忽略影响）

　　2) 润滑油的选用原则：综合考虑速度、载荷和工作 润滑油的选用原则：综合考虑速度、 情况。高温重载选大粘度油；高速小载荷选小粘度油。 情况。高温重载选大粘度油；高速小载荷选小粘度油。 润滑脂(=润滑油 稠化剂(如钙、 润滑油 铝等)) 润滑脂(=润滑油稠化剂(如钙、钠、铝等)) 特点：密封简单，不易流失，可用于垂直表面。 特点：密封简单，不易流失，可用于垂直表面。润 滑脂摩擦损耗大，机械效率低，受温度等影响不大， 滑脂摩擦损耗大，机械效率低，受温度等影响不大， 不宜用于高速，且润滑脂易变质。 不宜用于高速，且润滑脂易变质。 常用润滑脂：钙基润滑脂(耐水, 使用温度60º 常用润滑脂：钙基润滑脂(耐水, 使用温度60º), 钠基润 滑脂(不耐水, 使用温度115º~145º 锂基润滑脂(性能优良, 滑脂(不耐水, 使用温度115º~145º) 。锂基润滑脂(性能优良, 耐水，使用温度-20º~150º, 可以代替钙基、 耐水，使用温度-20º~150º, 可以代替钙基、钠基润滑脂)。 固体润滑剂 固体润滑剂有：石墨、二硫化钼(MoS 固体润滑剂有：石墨、二硫化钼(MoS2)、聚氟乙烯 树脂等。用于超出润滑油使用范围时。 树脂等。用于超出润滑油使用范围时。如高温介质中 或低速重载条件下。 或低速重载条件下。

　　1、黑色金属 铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、 铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁 铸钢：铸造性比铸铁差，但比锻钢和轧制钢好。 铸钢：铸造性比铸铁差，但比锻钢和轧制钢好。 强度性比铸铁好， 强度性比铸铁好，但比锻钢和轧制钢差 碳钢与合金钢： 碳钢与合金钢：应用最广泛 2、有色金属 a) 铝合金：重量轻、导热导电性较好、塑性好、抗 铝合金：重量轻、导热导电性较好、塑性好、 氧化性好， 氧化性好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近 b) 铜合金：黄铜：Cu与Zn合金 铜合金：黄铜：Cu与Zn合金 青铜：Cu与Sn的合金 青铜：Cu与Sn的合金 无锡青铜：Cu与铝 与铝、 无锡青铜：Cu与铝、硅、锰、镍的合金

　　3、非金属材料 塑料： 易加工成形、减摩性好，强度低， 塑料 ： 轻 、 易加工成形 、 减摩性好 ， 强度低 ， 可 作为普通机械零件、 作为普通机械零件、绝缘体 陶瓷：电热性好， 陶瓷：电热性好，硬度高 橡胶：弹性、绝缘性好， 橡胶：弹性、绝缘性好，常用作弹性元件和密封 元件、 元件、减震元件 4、复合材料

　　1、使用要求 2、工艺要求： 1) 毛坯选择合理 (2) 结构简单合理 工艺要求： 3) 规定适当的制造精度及表面粗糙度 3、经济性要求

　　附：优先数系 优先数系：用来使型号、直径、转速、 优先数系：用来使型号、直径、转速、承载 量和功率等量值得到合理分组， 量和功率等量值得到合理分组，以便组织 生产和降低成本的一组等比数系。 生产和降低成本的一组等比数系。 GB321-80规定的优先数系有四种基本系列 GB321-80规定的优先数系有四种基本系列， 规定的优先数系有四种基本系列， R5、R10、 R20、R40系列 系列。 即R5、R10、 R20、R40系列。在确定量值的 分级时， 分级时，必须最大限度地采用优先数及优先数 系。 优先数：优先数系中的各数。 优先数：优先数系中的各数。 优先数系： 如：R5=101/5=1.6 优先数系：1 1.6 2.5…IM电竞 电子竞技平台IM电竞 电子竞技平台