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机械设计基础 主讲：张换高 zhgzwy@126.com 第九章 机械零件设计概论 本章主要内容： •机械零件设计概述 •机械零件的强度 •机械零件的耐磨性 •机械制造常用材料及其选择 •公差与配合、表面粗糙度和优先数系 §9-1 机械零件设计概述 主要内容 一、基本概念 二、机械零件主要的失效形式 三、设计机械零件时应满足的基本要求 四、机械零件设计的一般准则 五、机械零件设计方法 六、机械零件设计的一般步骤 基本概念 1.失效和工作能力 失效：机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。 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称为工 作能力。通常是对载荷而言的，又称为承载能力。 2.基本概念回顾 （1）强度：构件抵抗破坏的能力。 （2 ）刚度：构件抵抗变形的能力。 （3 ）稳定性：构件在载荷作用下保持原有平衡状态的能力 （4 ）应变：单位长度的伸长或缩短称为线应变，角度的变化称为剪应变 ，是度量一点处变形程度的两个基本量，无量纲 （5 ）应力：某一截面内某一点的内力称为该点的应力。应力垂直于截面 的分量称为正应力σ；切于截面的分量称为剪应力τ。(MPa) （6 ）屈服极限σ 、强度极限σ （MPa ） s b （7 ）弹性模量E ：σ=E ε（MPa ） 机械零件的主要失效形式 机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余变 形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。 （一）整体断裂 整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应力超过零 件的强度极限而导致的断裂，或在变应力作用下，危险截面发生 的疲劳断裂。 轴承内圈断裂 齿轮轮齿断裂 机械零件的主要失效形式 （二）过大的残余变形 当作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件将产生残 余变形。 齿轮齿面塑形变形 轴承外圈塑性变形 机械零件的主要失效形式 （三）零件的表面破坏 零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。 轴瓦磨损 齿面接触疲劳 机械零件的主要失效形式 （四）破坏正常工作条件引起的失效 有些零件只有在一定的工作条件下才能正常的工作，如： 液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时才能正常 工作，否则会引起胶合或磨损。 带传动只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时才能正常工 作，否则会发生打滑。 高速转动的零件，只有在转速与转动件系统的固有频率避开一 个适当的间隔才能正常工作，否则会引起共振。 零件在工作时会发生哪一种失效，这与零件的工作环境、载 荷性质等很多因素有关。 有统计结果表明，一般机械零件的失效主要是由于疲劳、磨 损、腐蚀等因素引起。 设计机械零件时应满足的基本要求 (一)避免在预定寿命期内失效的要求 1.强度 零件在工作中发生断裂或不允许的残余变形统属于强 度不足。上述失效形式，除了用于安全装置中预定适 零件在工作时所产生的弹性变形不超过允许的限度， 2.刚度 时破坏的零件外，对任何零件都是应当避免的。因此 就叫做满足了刚度要求。显然，只有当弹性变形过大 有的零件在工作初期虽然能够满足各种要求，但在工 具有适当的强度是设计零件时必须要满足的基本条 3.寿命 就要影响机器工作性能的零件，