注意: 1、通过设计计算出的零件尺寸一般并不是最终采用的数值，设计者 还要根据制造零件的工艺要求和标准、规格加以圆整；
2、在一般机器设计中，只有一部分零件是通过计算确定其形状和尺寸 的,而其余的零件则仅根据工艺要求和结构要求进行设计 ；
3、设计工作是一个反复进行的过程，经过多次修改方案，改变设计 参数,才能得到比较合理的结果。
脉动循环 ：
四.许用应力和安全系数
五.接触疲劳强度
1．失效形式：疲劳点蚀
后果： a. 损坏零件的光滑表面 b. 减小了接触面积，
降低承载能力 c. 引起振动和噪声
２．接触应力的计算
由弹性力学知，当两个轴线平行的圆柱体相互接触并受压 时，其接触面积为一狭长矩形，最大接触应力发生在接触区中 线上，其值为:
精密机械设计第8章精密 机械设计概论
2020/8/7
§8-1 概 述
一. 机器设计应满足以下要求：
1、功能要求 2、可靠性要求 3、精度要求 4、经济性要求 5、外观要求 6、其他特殊要求
工作可靠、成本低廉
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 承载能力 →对载荷而言 ★机械零件设计的计算准则：
2.类比设计 3.经验设计： 4.模型实验设计：
§8-2 机械零件的强度
强度——抵抗断裂和残余变形的能力
•计算准则 :
•载荷的类型： 名义载荷：在理想的平稳工作条件下作用在零件 上的载荷。 载荷系数 计算载荷： 计算载荷=K×名义载荷
一.应力的种类
静应力： 变应力：
稳定变应力 不稳定变应力
对称循环变应力 非对称循环变应力 脉动循环变应力
s－N疲劳曲线
机械零件的疲劳大多
发生在σ－N曲线的CD段， D点以后的疲劳曲线呈一
水平线，代表着无限寿命 区.
s－N疲劳曲线
★疲劳曲线
1、应力越小，能经受的循环次数越多。
2、疲劳曲线的左半部（N≤N0），可 用下列方程表示： 应力循环基数
对应于循环次数N的弯曲疲劳极限：
★许用应力
对称循环：
尺表应寸面力系状集数态中系系数数
1
对于低碳钢，约25%左右，约为60%。这二个指标越高，材料 的塑性越好。
ZCu
H62
5.非金属材料 耐腐蚀、绝缘性、绝热性、优异的成形性能，
质轻价廉 .
工程塑料、橡胶、陶瓷、复合材料…
二.金属材料的力学性能
力学性能指标 (一)、强度
强度 塑性 硬度 冲击韧性
应力极限：
1、弹性极限σp 2、屈服极限σs
3、强度极限σB
低碳钢的应力—应变曲线
(二) 塑性：金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力 伸长率δ； 断面收缩率
计算量≤许用量
例如： 强度判定条件： 工作应力≤许用应力 刚度判定条件： 变形量≤许用变形量
二.机械零件设计过程(一般步骤)
工作原理、结构、
受力分析、
设计准则、
类型、应用场合
失效形式
设计计算
1、拟订零件的设计简图 2、确定载荷的大小及位置 3、选择材料 4、根据失效形式选用判定条件，设计出零件的主要参数 5、绘制零件工作图
静应力 ：
静应力
变应力
稳定变应力
不稳定变应力
对称循环变应力 非对称循环变应力 脉动循环变应力
对称循环变应力
脉动循环变应力
非对称循环变应力
二.静应力下的极限应力
(与材料性能有关)
脆性材料取强度极限sB(tB) 塑性材料取屈服极限sS(tS)
塑性材料σS 脆性材料σB
三.变应力下的许用应力
★变应力下零件的失效形式： 疲劳断裂
疲劳断裂特征：
1、疲劳断裂的最大应力＜材料的屈服极限； 2、疲劳断口均表现为无明显塑性变形； 3、断口上明显地有两个区域：光滑区、粗糙区； 4、疲劳断裂是损伤的积累的结果。
变应力下的强度 失效形式:疲劳断裂(塑、脆性材料) 疲劳断裂与静力断裂不同,它与应力循环次数有关.
[σ]=σr /S ；[τ]=τr/S
3. 接触疲劳强度的判定条件
接触应力的特点 仅在局部很小的区域内产生很大的应力。
４．影响接触疲劳强度的因素
六.机械零件的耐磨性
磨损：（零件表面破坏） 耐磨性：
①影响磨损的因素
②零件磨损的三个阶段
跑合磨损阶段 稳定磨损阶段 剧烈磨损阶段
③计算准则 在预定使用期限内，零件的磨损量不超过允许值。
针对失效形式：零件表面破坏 典型零部件：齿轮、轴承、链等
综合机械性能好，优良性能取决于化学成份及热处理,但较贵 牌号： 60Si2Mn 40Cr 20CrMnTi
3.铸钢 主要用于制造承受重载、形状复杂的大型零件。
牌号：ZG230－450 ( σs＝230MPa ,σB=450MPa )
4.有色金属合金 良好的减摩性、耐腐蚀性、
耐热性和导电性, 价昂。 铝合金、铜合金（黄铜、青铜）、轴承合金
化学成份及热处理 铸钢：含Ｃ→（0.15～0.6）％→易成型 3 有色金属合金：有特殊性能，价昂→少用 铝合金、铜合金（黄铜、青铜）、轴承合金 4 非金属材料： 工程塑料、橡胶、烧结材料、复合材料…
(一)、 铸铁： 含碳量＞2％的铁碳合金，并含有较多
P、S、Mn等杂质。
(二)、 钢：含碳量＜2％的铁碳合金。
§8-3 机械零件的常用材料及钢的热处理
一. 常用材料
常用零件材料的力学性能等级和牌号 1 铸铁：含Ｃ＞2.06％→易成型、价廉、吸振、可靠性差 灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁 2 钢：含Ｃ量＜2％→常用 碳素钢：（含Ｓ、Ｐ量不同）普通碳素钢、优质碳素钢 合金钢：综合机械性能好，但较贵,合金钢的优良性能取决于
三.机械设计的一般过程
设计任务
调查研究
可行性报告
原理方案设计 结构方案设计
总体设计
设计任务书 原理方案图 结构设计草图
产品是否具有 创新性，很大 程度上取决于 原理方案设计
总装配图
施工设计
部装图、零件图
试制、批量生产、销售 技术文档
四. 机械零件传统设计方法
1. 理论设计
强度条件(或刚度) 设计计算 尺寸 校核计算 强度条件(或刚度)
1.碳素钢
低碳钢 (≤0.25 %) σs、σB较低，塑性高， 良好的焊接性
中碳钢 (0.25%～0.60%) 综合力学性能较好
高碳钢 (＞0.60%)
高强度和弹性
普通碳素钢 优质碳素钢
Q235 、Q275
20 、 45
2.合金钢
合金钢
低合金钢 （合金含量＜5％） 中合金钢 （合金含量5％－10％） 高合金钢 （合金含量＞10％）