用σr 表示循环特征为 r 的变应力。如 σ-1、σ0等
平均应力：
m
m
ax min
2
对称循环:σm=
0;
σa=σmax
应
力
幅：
a
m
ax min脉动循环:σm=σa=σmax
2
/
2
第一章机械设计概述
注意： 变载荷 → 变应力 静载荷 → 静应力 或？变应力
静载荷产生变应力
第一章机械设计概述
第三节 机械零件的失效形式
第一章机械设计概述
二、应力分析
1、应力分类
按应力与时间 的关系分类
静应力
不随时间变化或变 化缓慢的应力
变应力 随时间变化的应力
循环变应力 随时间按一定规律变化的变应力
第一章机械设计概述
σ
σ
σmax σmin
σa σm
σa σmax
最应大小力 O
t
应幅力
对称循环变应力
O
脉动循环变应力
σ
σ
最 平 应大 均 力 应幅力
机械零件由于某些原因不能正常工作，称为失效。 一、断裂
零件在外载荷作用下，由于 某一危险截面上的应力超过零件 的强度极限时所发生的断裂或当 零件在循环变应力的作用下危险 截面所发生的疲劳断裂。
如：螺栓的断裂
第一章机械设计概述
齿轮轮齿断裂实例
二、过大的变形
机械零件在载荷作用下工作时，可能发生过大的 弹性变形或由于零件上的应力超过材料的屈服极限产 生残余塑性变形。
纺织、造纸机器不得污染产品等。
第一章机械设计概述
二、机械设计的一般程序 确定设计任务 拟定总体方案 总体结构设计 零部件设计 鉴定和评价
第一章机械设计概述
第二节 载荷与应力分析
一、载荷分析
1、载荷形式
集中力F（N） 转矩T（Nm） 弯矩M（Nm） 功率P（W）
2、载荷分类
按载荷与时间 的关系分类
齿轮齿面塑形变形
轴承外圈塑性变形
第一章机械设计概述
三、表面损伤 表面疲劳（亦称点蚀） 零件表面在接触变应力长
期作用下产生微粒剥落的现象。 磨损（主要指磨粒磨损） 两个接触零件表面在相
对运动过程中表面物质丧失或转移的现象。 腐蚀 金属表面与周围的介质发生的电化学或化学
侵蚀的现象。
第一章机械设计概述
滚动轴承滚道的疲劳点蚀
第一章机械设计概述
三、寿命准则
影响零件寿命的主要失效形式是磨损、疲劳和腐 蚀，它们的产生机理、发展规律及对零件寿命的影响 是完全不同的，应分别加以考虑。
耐磨性是指零件在载荷作用下抵抗磨损的能力。 目前尚无公认的能够进行定量计算的方法。通常 为了保证零件具有良好的耐磨性，应运用摩擦学原理 设计零件的结构，选定摩擦副的材料和热处理、表面 状态、油品等。同时，给予合理而充分的润滑，以延 长零件的使用寿命。
齿轮齿面接触疲劳点蚀
滚动轴承外圈滚道的磨损
第一章机械设计概述
轴瓦的磨带传动当传递的有效圆周力大于摩擦力的极
限值时将发生打滑失效； 高速转动的零件当其转速与系统的固有频率相
一致时会发生共振，以致引起断裂失效； 液体润滑的滑动轴承当润滑油膜被破坏时将发
生胶合失效等。
另一表达方式
S≥[S]
[S]——许用安全系数
一般来讲各种零件都应满足一定的强度要求， 因而强度准则是零件设计最基本的准则。
二、刚度准则
刚度指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。
第一章机械设计概述
其表达式为
y≤ [y]
y——弹性变形量； [y]——许用变形量。
弹性变形量可用各种求变形量的理论或实验方 法确定，而许用变形量则应随不同的使用场合，按 理论或经验来确定其合理的数值。
第一章机械设计概述
其表达式为
[]lim
S
——零件危险截面或工作表面上的工作应力；
[]——许用应力；
lim——极限应力，对受静应力的脆性材料，如铸
铁受拉伸取抗拉极限；对受静应力的塑性材料取
屈服极限；对受变应力的零件取疲劳极限 ；
S——安全系数，考虑各种偶然或难以精确分析的
因素的影响。
第一章机械设计概述
机械设计
第一节 机械设计的基本要求和一般程序 第二节 载荷与应力分析 第三节 机械零件的失效形式 第四节 机械零件的计算准则 第五节 机械零件的材料选择 第六节 机械结构设计的基本要求 第七节 机械零件的标准化
第一章
机械设计概述 第一章机械设计概述
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第一节 机械设计的基本要求和一般程序
一、设计机器应满足的基本要求
t
σm σa
σmin σmax
σ=常数
应最平力大小均 O
t
O
t
应幅力
非对称循环变应力
静应力
第一章机械设计概述
2、变应力主要参数
循环特性系数： r
min max
——表示应力变化的情况
对称循环— r = −1； 脉动循环— r = 0；
非对称循环— r≠ 0 且 | r | ≠ 1; 静应力— r = +1
功能要求
能实现机器的预定功能，并在预定环境条件 和工作期限内可靠地工作。
经济性要求 要求设计、制造和使用机器的费用少，并且
效率高。
操作方便 运行安全
要求设计的机器操作简便、省力；必要时可 安装安全防护和保险装置；尽可能降低机器 的噪声；美化机器的外观造型等，并应妥善 处理人和机器间的各个联系环节。
其它特殊要求 如巨型机器要便于安装、拆卸和运输；食品、
第一章机械设计概述
对于疲劳寿命，通常是求出零件在预定使用寿 命时的疲劳极限作为计算的依据。疲劳寿命的计算 准则常采用 S≥[S] 的形式。
迄今为止，还未能提出实用有效的腐蚀寿命计算 方法，因而也无法列出腐蚀的计算准则。 四、振动稳定性准则
静载荷
不随时间变化或变化缓 慢的载荷
变载荷 随时间变化的载荷
第一章机械设计概述
在设计计算中，零件上的载荷还分为： •工作载荷 机械正常工作时所受的实际载荷 。 •名义载荷 根据额定功率用力学公式计算出的作用在 零件上的载荷。 •计算载荷 考虑零部件工作过程中载荷随时间作用的 不均匀性、载荷在零件上分布的不均匀性及其他影响 零件受载等因素，而对名义载荷进行修正而得到的近 似载荷。 •常用载荷系数K（K=K1K2…）来考虑这些因素的综合 影响。载荷系数K与名义载荷的乘积即为计算载荷。
第一章机械设计概述
第四节 机械零件的计算准则
机械零件不发生失效时的安全工作限度称为零件 的工作能力。对载荷而言零件的工作能力也可称为零 件的承载能力。
用计算的方法来保证零件有足够的工作能力，从 而避免失效，是常用的机械设计方法。计算依据的条 件称为计算准则。
一、强度准则
强度是指零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形 及某些表面损伤的能力。