当σmin＝0 (或σmax＝0) 当σmax＝σmin
→γ= －1→对称循环～
图9-1 .C
→γ= 0 →脉动循环～ 图d
→γ＝＋1 →静应力 图a
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机械设计9章
二．静应力下的许用应力
失效形式：断裂或塑性变形 塑性材料→应避免塑性变形
[σ]= σs/S
σｓ－屈服极限
脆性材料→断裂
[σ]= σB/S
实用耐磨计算： p≤[p]
运动速度较高时，还应考虑单位时间接触面积的发热量
pv≤[pv]
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§9-5 机械制造中常用材料及其选择 p.122
常用材料：钢和铸铁、其次有色金属合金
一.金属材料 1. 铸铁:含Ｃ＞2％，易溶性、良好的液态流动性→铸造
减震性、耐磨性、切削性好且成本低 常见铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁 2. 钢:含Ｃ量＜2％，具有较高的强度、韧性和塑性，并
Ｒ5 →公比
; Ｒ10 →公比=
Ｒ20 →公比 =
; Ｒ40 →公比=
p.126 倒2
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§9-7 机械零件的工艺性及标准化 p.127
一.工艺性: P127第6 工艺性好→易加工、装配，费用低 基本要求：
(1) 毛抷选择合理 (2) 结构简单合理 (3) 规定适当的制造精度和表面粗糙度
（4）疲劳强度校核：
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例题
已知：齿轮啮合，转速n=200r/min，每天工作8h。 问：（1）弯曲应力是哪种类型循环变应力？
（2）一年（250天）该齿轮应力循环总数是多少？
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ห้องสมุดไป่ตู้
§9-3 机械零件的接触强度
（整体强度&接触强度区别）
若两个零件在受载前后由点接触或线接触变为小表面积接触， 且其表面产生很大的局部应力（称为接触应力），这时零件的 强度称为接触强度）。表面强度不够，会发生表面损伤。
*最大应力σmax *最小应力σmin
→平均值 (平均应力σm)
(σmax－σmin)／2 →应力幅 σa
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σ
σa
σm t
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σ
静～ γ=+1
σ
σ
σ
t
t
t
非对称～
对称～ γ=－1
t 脉动～
γ= 0
*变化规律→σmin／σmax=γ →应力循环特性
当σm＝0 (σmax＝－σmin)
└过盈配合→孔＜轴
接 Ø35H7/r7
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公差带位置(28)： 轴→小写 拉丁字母－f、k、r
孔→大写
－H、G、K
公差等级: (尺寸精度等级): 1～20级，常用4～11级
→置于公差代号之后 轴(f7 、k7、r7) ; 孔(F7、H7 、K7)
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①疲劳曲线：应力与循环次数间的关系曲线
σ↓ →N↑ 当N＜N0 :
σ N0－循环基数
σ-1N：对应N的疲劳极限 σ－1:γ=－1的疲劳极限(N=N0) kN：寿命系数
当N≥N0 : kN =1 σ-1N= σ-1
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N
N0 N
图9-3 p.116
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②影响零件疲劳强度的主要因素: 应力集中、尺寸、表面形状
对称循环变应力时
脉动循环变应力时
注意: 以上为无限寿命条件下的许用应力。若使用期限内，循环 次数N小于循环基数N0时，应取对应于N的疲劳极限。
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四．安全系数
安全系数过大→结构笨重；否则，不安全 安全系数没有专门表格，可参考的原则
1）静应力下，塑性材料以屈服极限为极限应力，可取 1.2-1.5；对于塑性较差的材料或铸钢件可取1.5-2.5。
2）静应力下，脆性材料以强度极限为极限应力，应选 取较大安全系数，3-4。
3）变应力下，以疲劳极限作为极限应力，可取1.3-1.7。
4）也可用部分系数法来确定。
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例题
已知：小车+电葫芦+起重=20kN 求：（1）各作用力；
（2）拉杆、横梁的主要失 效形式及判定条件 • 步骤：1）受力分析
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§9-1 机械零件设计概述 p.113
(一)机械设计应满足的要求 满足预期功能的前提下 性能好、效率高、成本低
在预定使用期限内 安全可靠、操作方便、维修简单、造型完美
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§9-1 机械零件设计概述 p.113
(二)设计机械零件应满足的要求 →既要工作可靠, 又要成本低
σＢ－强度极限
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三．变应力作用下许用应力 1.失效形式: →疲劳断裂（图9-2 p.113)
2.疲劳断裂的特征 1）疲劳断裂最大应力远低于静应力下材料的强度极限 2）断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂 3）疲劳断裂是损伤的积累
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疲劳断裂是损伤到一定程度后，即裂纹扩展到一定程度后，发生 突然断裂→与应力循环次数（使用期限或寿命）密切相关。
可用热处理改善其性能 按用途分：结构钢、工具钢和特殊钢 按化学成分：碳素钢和合金钢；碳素钢的性能主要取决
于含碳量，含碳量越高，钢的强度高，塑性越低
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碳素结构钢:含Ｃ不超过0.7 <0.25%的低碳钢，强度和屈服极限低，塑性高，适于
冲压、焊接，螺钉、螺母、垫圈等
0.3%<C<0.5%的中碳钢，综合力学性能较好，常用作 受力较大的螺栓、螺母、键、齿轮和轴
0.55%<C<0.7%的高碳钢，具有较高的强度和弹性，常 用作普通的板弹簧、螺旋弹簧和钢丝绳等
合金结构钢:Ｃ钢中添加合金元素来改善钢的性能 铸钢:液态流动性比铸铁差 3. 铜合金 二. 非金属材料：橡胶、塑料
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§9-6公差与配合、表面粗糙度和优先数列 一、极限与配合： p.124 →互换性
意义：（1）制造：专业大量生产、既可提高产品质量，又可降低成本；（2） 设计：减少设计工作量；（3）管理维修：减少库存，便于更换零件。
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/18
机械设计9章
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分析处理问题的思路：∵（任务）设计零件→ ∴(抓住)计算准则 ∴学习贯穿一条线：
*受力分析（*载荷及应力分析←功用、*工作原理）
↓ *失效形式（*主要失效形式←分类）
↓
*计算准则（公式建立的依据）
↓
强度计算（*设计方法→先定主参数* ←*许用应力
↓
←材料）
结构设计（尺寸及绘图←结构特点、标准）
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例子
• 已知：D1，D2，b，小轮主 动，转速，功率，载荷系数 K，摩擦系数
• 求： • （1）求法向压紧力
接触处的最大摩擦力fFn，拖动从 动轮所需的圆周力F，考虑附加载 荷的影响，计算圆周力KF，为防 止打滑需要fFn>KF。
• （2）接触应力 • （3）验算表面接触强度
轴为例→ 失效原因可能疲劳断裂 + 过大弹性变形
计算准则→
疲劳强度
轴的刚度
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(三) 机械零件的主要失效形式及计算准则
失效形式→ 强度、刚度、耐磨性、稳定 性、温度的影响
计算准则→┌强度准则 →主要→介绍 ├刚度准则 ├振动稳定性准则 └其它准则
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配合 基孔制→孔的下偏差＝0 制度: 基轴制→轴的上偏差＝0
→常用基孔制
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二.表面粗糙度 p.126 手册P.175
→零件表面的微观几何形状误差 →（评定）轮廓算术平均偏差(表面粗糙度Ｒａ)
三.优先数列: p.126 手册P.117
→便于组织生产和降低成本ＧＢ321－80
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§9-4 机械零件的耐磨性
磨损：运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象→改变尺寸 和摩擦表面形状→运动副间隙↑，精度↓，效率↓，振动噪音↑ 约有80%的损坏零件来自于磨损，原因复杂，有物理、化学、 机械等。
磨损的主要类型： （1）磨粒磨损 （2）粘着磨损（胶合） （3）疲劳磨损（点蚀） （4）腐蚀磨损
* 避免在预定寿命周期内失效
失效 －机械零件由于某种原因不能正常工作 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
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(三) 机械零件的主要失效形式及计算准则
失效原因→ 断裂或塑性变形；弹性变形过大；表 面过度磨损或损伤；强烈振动；连接 的松弛；摩擦传动的打滑
Fx, Fy FBy FBx
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2）主要失效形式及其判定条件
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例题
（1）载荷的大小方向不变，轴内弯曲应力为对称循环变应力，循 环特性-1。
（2）A-A截面的弯曲应力 弯矩：MA =FL，截面系数：W=πd3/32，弯曲应力σb=MA/W （3）求各项系数：有效应力集中系数、尺寸系数、表面状态系数
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2020/11/18
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