第二章 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論

機(jī)械零件制作郭智勇▲使用功能要求§2-1設(shè)計(jì)機(jī)械零件滿(mǎn)足的基本要求使用功能要求----機(jī)器應(yīng)具有預(yù)定的使用功能。這主要靠正確地選擇機(jī)器的工作原理，正確地設(shè)計(jì)或選用能夠全面實(shí)現(xiàn)功能要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和原動(dòng)機(jī)，以及合理地配置必要的輔助系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。----在滿(mǎn)足預(yù)期功能的前提下，要求性能好、效率高、成本低，造型美觀，在預(yù)定使用期限內(nèi)要安全可靠，操作方便、維修簡(jiǎn)單。具體要求如下：▲經(jīng)濟(jì)性要求▲勞動(dòng)保護(hù)要求▲可靠性要求▲其它專(zhuān)用要求經(jīng)濟(jì)性要求----機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造和使用的全過(guò)程中，設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)就要全面綜合地進(jìn)行考慮。設(shè)計(jì)制造的經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)為機(jī)器的成本低，使用經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)為高生產(chǎn)率，高效率，低能耗，以及低的管理和維護(hù)費(fèi)用等?！褂霉δ芤蟆?jīng)濟(jì)性要求▲勞動(dòng)保護(hù)要求▲可靠性要求▲其它專(zhuān)用要求提高設(shè)計(jì)和制造經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的主要途徑有:1）采用先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法(CAD)，使設(shè)計(jì)參數(shù)最優(yōu)化,達(dá)到盡可能精確的計(jì)算結(jié)果,保證機(jī)器足夠的可靠性。2）最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化的零、部件。3）盡可能采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料。4）合理地組織設(shè)計(jì)和制造過(guò)程。5）力求改善零件的結(jié)構(gòu)工藝性，使其用料少、易加工、易裝配。1）合理地提高機(jī)器的機(jī)械化和自動(dòng)化水平，以期提高機(jī)器的生產(chǎn)率。提高使用經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的主要途徑有:2）選用高效率的傳動(dòng)系統(tǒng)，盡可能減少傳動(dòng)的中間環(huán)節(jié)，以期降低能源消耗。3）適當(dāng)?shù)夭捎梅雷o(hù)及潤(rùn)滑，以延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命。4）采用可靠的密封，減少或消除滲漏現(xiàn)象。1)要使機(jī)器的操作者方便和安全。因此設(shè)計(jì)時(shí)要按照人機(jī)工程學(xué)的觀點(diǎn)布置各種按鈕、手柄，使操作方式符合人們的心理和習(xí)慣。同時(shí)，設(shè)置完善的安全裝置、報(bào)警裝置、顯示裝置等。2）改善操作者及機(jī)器的環(huán)境。所設(shè)計(jì)的機(jī)器應(yīng)符合勞動(dòng)保護(hù)法規(guī)的要求。降低機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲水平，防止有毒、有害介質(zhì)的滲漏，對(duì)廢水、廢氣和廢液進(jìn)行治理?！褂霉δ芤蟆?jīng)濟(jì)性要求▲勞動(dòng)保護(hù)要求▲可靠性要求▲其它專(zhuān)用要求機(jī)器的可靠度----指在規(guī)定的使用時(shí)間內(nèi)和預(yù)定的環(huán)境下機(jī)器能夠正常工作的概率。機(jī)器由于某種故障而不能完成預(yù)定的功能稱(chēng)為失效，它是隨機(jī)發(fā)生的，其原因是零件所受的載荷、環(huán)境溫度、零件本身物理和機(jī)械性能等因素是隨機(jī)變化的。為了提高零件的可靠性，就應(yīng)當(dāng)在工作條件和零件性能兩個(gè)方面使其變化盡可能小?！褂霉δ芤蟆?jīng)濟(jì)性要求▲勞動(dòng)保護(hù)要求▲可靠性要求▲其它專(zhuān)用要求其它專(zhuān)用要求----針對(duì)不同機(jī)器所特有的要求。例如：1)對(duì)機(jī)床有長(zhǎng)期保持精度的要求；2)對(duì)飛機(jī)有質(zhì)量小，飛行阻力小而運(yùn)載能力大的要求；3)對(duì)流動(dòng)使用的機(jī)器有便于安裝和拆卸的要求；4)對(duì)大型機(jī)器有便于運(yùn)輸?shù)囊蟮鹊?。▲使用功能要求▲?jīng)濟(jì)性要求▲勞動(dòng)保護(hù)要求▲可靠性要求▲其它專(zhuān)用要求機(jī)械零件的失效：機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作時(shí)，稱(chēng)為失效。工作能力----在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是對(duì)載荷而言，所以習(xí)慣上又稱(chēng)為：承載能力。例如：發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)；聯(lián)接的松弛;摩擦傳動(dòng)的打滑等。§2-2機(jī)械零件的主要失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則整體斷裂;過(guò)大的殘余變形;工作表面的過(guò)度磨損或損傷;破壞正常的工作條件;零件的失效形式如軸、齒輪、軸瓦、軸頸、螺栓、帶傳動(dòng)等。機(jī)械零件雖然有多種可能的失效形式，歸納起來(lái)最主要的為機(jī)械零件失效的實(shí)例：齒輪輪齒折斷軸承內(nèi)圈破裂軸承外圈塑性變形輪齒塑性變形齒面接觸疲勞軸瓦磨損失效原因:強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性、溫度等原因。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：斷裂僅占4.79%;腐蝕、磨損、疲勞破壞占73.88%。--主要失效原因。設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求結(jié)構(gòu)工藝性要求經(jīng)濟(jì)性要求質(zhì)量小的要求可靠性要求機(jī)器是由各種各樣的零部件組成的，要使所設(shè)計(jì)的機(jī)器滿(mǎn)足基本要求，就必須使組成機(jī)器的零件滿(mǎn)足以下要求：應(yīng)保證零件有足夠的強(qiáng)度、剛度、壽命。設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工和裝配。零件應(yīng)有合理的生產(chǎn)加工和使用維護(hù)的成本。質(zhì)量小則可節(jié)約材料，質(zhì)量小則靈活、輕便。應(yīng)降低零件發(fā)生故障的可能性（概率）。

機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則▲強(qiáng)度準(zhǔn)則▲剛度準(zhǔn)則設(shè)計(jì)零件時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)零件的失效形式確定其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。一般來(lái)講，有以下幾種準(zhǔn)則：▲壽命準(zhǔn)則▲振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則▲可靠性準(zhǔn)則---確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過(guò)大的塑性變形，是最基本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。----確保零件不發(fā)生過(guò)大的彈性變形。---通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關(guān)。----高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)應(yīng)注重此項(xiàng)準(zhǔn)則。----當(dāng)計(jì)及隨機(jī)因素影響時(shí)，仍應(yīng)確保上述各項(xiàng)準(zhǔn)則。強(qiáng)度準(zhǔn)則是指零件中的應(yīng)力不得超過(guò)許用值。一、強(qiáng)度準(zhǔn)則即：σ

≤

σlimσlim----材料的極限應(yīng)力脆性材料：σlim=σB(強(qiáng)度極限)塑性材料：σlim=σS(屈服極限)為了安全起見(jiàn)，引入安全系數(shù)S，得：σ

≤

σlim/S或σ

≤[σ]S為大于1的數(shù)，S過(guò)大，雖安全但浪費(fèi)材料；S過(guò)小，雖節(jié)省材料，但趨于危險(xiǎn)。----許用應(yīng)力二、剛度準(zhǔn)則----是指零件在力作用下的彈性變形量不得超過(guò)許用值。即：y

≤[y]

三、壽命準(zhǔn)則影響零件使用壽命的因素主要是腐蝕、磨損和疲勞，前兩者還沒(méi)有成熟的計(jì)算方法，工程中通常是求出使用壽命時(shí)的疲勞極限作為計(jì)算的依據(jù)。四、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則保證機(jī)器中受激振零件的固有頻率與激振源的頻率錯(cuò)開(kāi)，即要求：0.85f>fp或1.15f<fp如果不滿(mǎn)足條件，可采取如下措施：▲改變零件及系統(tǒng)剛性；▲增減支承；▲調(diào)整支承的位置；▲隔離激振源；▲采用阻尼元件以減小零件的振幅。五、可靠性準(zhǔn)則可靠度的定義：對(duì)件數(shù)為N0的一批零件進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t之后有N件仍能正常工作，則該零件在該試驗(yàn)環(huán)境條件下工作時(shí)間t的可靠度定義為：R=N

/N0若t↑→R

↓→N↓----R是時(shí)間的函數(shù)。若在時(shí)間t+dt內(nèi)，又有dN個(gè)零件失效，則dt內(nèi)零件的失效的比率定義為：---失效率“-”表示dN的增大將使N減少。分離變量并積分得：即：零件可靠度的另一個(gè)指標(biāo)是兩次失效之間的平均無(wú)故障時(shí)間m（MTBF），m與λ的關(guān)系為:M=1/λ六、耐熱性準(zhǔn)則

機(jī)械零部件由于外部或內(nèi)部的原因，有的工作在室溫以上。在高的溫度下會(huì)引起摩擦副膠合、材料強(qiáng)度降低、熱變形或潤(rùn)滑劑迅速氧化等后果而使零件失效。因此，對(duì)可能產(chǎn)生較高溫升的零部件應(yīng)進(jìn)行溫升計(jì)算，以限制其工作溫度。必要時(shí)可采用冷卻措施。黑色金屬有色金屬鑄鐵鋼金屬材料一、常用材料低碳鋼(08F)中碳鋼(45)高碳鋼(60)合金鋼(1Cr18）…灰鑄鐵(TH300)球墨鑄鐵(QT500-5)…§2-3機(jī)械零件材料的選用原則鋁合金(LY12)銅合金(ZCuSn10P1)鑄鐵--灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。特點(diǎn)：良好的液態(tài)流動(dòng)性，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件。較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本低廉。應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之。黑色金屬有色金屬鑄鐵鋼金屬材料一、常用材料低碳鋼(08F)中碳鋼(45)高碳鋼(60)合金鋼(1Cr18）…灰鑄鐵(TH300)球墨鑄鐵(QT500-5)…§2-3機(jī)械零件材料的選用原則鋁合金(LY12)銅合金(ZCuSn10P1)鋼--低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、合金鋼、結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼(不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等)、鑄鋼等。特點(diǎn)：與鑄鐵相比，鋼具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性?？捎脽崽幚矸椒ǜ纳破淞W(xué)性能和加工性能。鋼的選用原則：優(yōu)選碳素鋼，其次是硅、錳、硼、釩類(lèi)合金鋼。鋼制零件毛坯獲取方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛。表2-1常用材料的相對(duì)價(jià)格材料種類(lèi)規(guī)格相對(duì)價(jià)格熱軋圓鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235（φ33~42）1鑄件優(yōu)質(zhì)碳素鋼（φ29~50）1.5~1.8合金結(jié)構(gòu)鋼（φ29~50）1.7~2.5滾動(dòng)軸承鋼（φ29~50）3合金工具鋼（φ29~50）3~204Cr9Si2耐熱鋼（φ29~50）5灰鑄鐵鑄件0.85碳素鋼鑄件1.7銅合金、鋁合金鑄件8~10價(jià)格便宜且供應(yīng)充分我國(guó)資源豐富

黑色金屬有色金屬鑄鐵鋼金屬材料低碳鋼(08F)中碳鋼(45)高碳鋼(60)合金鋼(1Cr18）…灰鑄鐵(TH300)球墨鑄鐵(QT500-5)…鋁合金(LY12)銅合金(ZCuSn10P1)銅合金-銅鋅合金，并含有少量的錳、鋁、鎳特點(diǎn)：具有良好的塑性和液態(tài)流動(dòng)性。青銅合金還具有良好的減摩性和抗腐蝕性。青銅黃銅軸承合金（巴氏合金）-含錫青銅、不含錫青銅零件毛坯獲取方法：輾壓、鑄造。應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣泛。高分子材料復(fù)合材料陶瓷非金屬材料---塑料、橡膠、合成纖維。---強(qiáng)如鋼、輕如鋁、硬如金剛石。--強(qiáng)度高、彈性模量大、質(zhì)量輕。橡膠--橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。常用作聯(lián)軸器或減震器的彈性元件、帶傳動(dòng)的膠帶等。硬橡膠可用于制造用水潤(rùn)滑的軸承襯。塑料--塑料的比重小，易于制成形狀復(fù)雜的零件，而且各種不同塑料具有不同的特點(diǎn)，如耐蝕性、絕熱性、絕緣性、減摩性、摩擦系數(shù)大等，所以近年來(lái)在機(jī)械制造中其應(yīng)用日益廣泛。

▲載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì)▲零件的工作情況▲零件的結(jié)構(gòu)及加工性▲材料的經(jīng)濟(jì)性▲零件的尺寸及重量二、機(jī)械零件材料的選用原則適用于制作機(jī)械零件的材料種類(lèi)非常之多，在設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，如何從各種各樣的材料中選擇出合適的材料，是一項(xiàng)受多方面因素所制約的復(fù)雜的工作。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)零件的用途、工作條件和材料的物理、化學(xué)、機(jī)械和工藝性能以及經(jīng)濟(jì)因素等進(jìn)行全面考慮。

選材的一般原則脆性材料----只適用于制造在靜載荷下工作的零件；1.載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì)2.零件的工作情況--指零件所處的環(huán)境特點(diǎn)、工作溫度、摩擦磨損程度等。這方面的因素主要是從強(qiáng)度觀點(diǎn)來(lái)考慮的，應(yīng)在充分了解材料的機(jī)械性能的前提下來(lái)進(jìn)行選擇。金屬材料的性能一般可以通過(guò)熱處理加以提高和改善，因此，要充分利用熱處理手段來(lái)發(fā)揮材料的潛力。對(duì)于常用的調(diào)質(zhì)鋼，由于其回火溫度的不同，可得到機(jī)械性能不同的毛坯。塑性材料----適用于在有沖擊情況下工作的零件?！跐駸岘h(huán)境下工作的零件，其材料應(yīng)具有良好防腐蝕能力，可選用不銹鋼、銅合金等。零件的尺寸及質(zhì)量的大小與材料的品種及毛坯制取方法有關(guān)。3.零件的尺寸及重量▲兩配合零件的線(xiàn)性膨脹系數(shù)不能相差過(guò)大，一面在溫度變化時(shí)產(chǎn)生過(guò)大熱應(yīng)力或使配合松動(dòng)，另一方面要考慮材料機(jī)械性能隨溫度而變化的情況。▲零件在工作中可能發(fā)生磨損的表面，應(yīng)提高其表面硬度，增加耐磨性，因此應(yīng)選擇淬火鋼、滲碳鋼、氮化鋼?！描T造材料制造毛坯時(shí)，一般可以不受尺寸及質(zhì)量大小的限制；▲而用鍛造材料制造毛坯時(shí)，則須注意鍛壓機(jī)械及設(shè)備的生產(chǎn)能力?！鴳?yīng)盡可能選用強(qiáng)重比大的材料，以便減小零件的尺寸和質(zhì)量?！牧系募庸べM(fèi)用;5.材料的經(jīng)濟(jì)性選材時(shí)還應(yīng)考慮到當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)夭牧系墓?yīng)狀況。為了簡(jiǎn)化供應(yīng)和貯存的材料品種，對(duì)于小批制造的零件，應(yīng)盡可能地減少同一部機(jī)器上使用的材料品種和規(guī)格。6.材料的供應(yīng)狀況材料的經(jīng)濟(jì)性主要表現(xiàn)在以下幾方面：

▲材料本身的相對(duì)價(jià)格;▲材料的利用率;▲采用組合結(jié)構(gòu);▲節(jié)約稀有材料。各種材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能可在相關(guān)國(guó)標(biāo)、行標(biāo)和機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得。為了材料供應(yīng)和生產(chǎn)管理上的方便，應(yīng)盡量減少一臺(tái)機(jī)器所用材料的品種。表2-2常用鋼鐵材料的牌號(hào)及力學(xué)性能材料力學(xué)性能試件尺寸類(lèi)別牌號(hào)強(qiáng)度極限σB屈服極限σS延伸率%mmQ215335-41021531碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235375-46023526d≤16Q275490-610275202041024525優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼3553031520d≤25456003551635SiMn88373515d≤25合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr9817859d≤2520CrMnTi107983410d≤1560Mn9817858d≤80ZG270-50050027018鑄鋼ZG310-57057031015d≤100ZG42SiMn60038012HT150145----灰鑄鐵HT200195----HT250240----壁厚10~20QT400-1540025015球墨鑄鐵QT500-75003207QT600-36003703壁厚30~200一、鋼鐵材料1.鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、特殊性能鑄鐵。2.鋼：鑄鋼、變形鋼。鑄鐵鋼鐵鋼特種合金粉末冶金材料----含碳量>2%特點(diǎn)：良好的液態(tài)流動(dòng)性，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件。較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本低廉。應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之。機(jī)械零件常用材料詳解----含碳量<2%鑄鋼鑄鋼主要用于制造承受重載、形狀復(fù)雜的大型零件。特點(diǎn)：鑄鋼的力學(xué)性能接近變形鋼，與灰鑄鐵比較，其減振性較差，熔點(diǎn)較高，鑄造收縮率較大，容易出現(xiàn)氣孔，故鑄造性不如鑄鐵。(2)變形鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、工具鋼、軸承鋼、不銹鋼、耐熱鋼等。是機(jī)械零件應(yīng)用最廣泛的材料二、非鐵金屬材料特點(diǎn)：如減摩性、耐蝕性、耐熱性、導(dǎo)電性等。應(yīng)用：在一般機(jī)械制造中，可用它們作承載、耐磨、減摩和耐蝕材料，也用做裝飾材料。機(jī)械制造采用的非鐵金屬材料有：銅合金、鋁合金、鈦合金和軸承合金三、粉末冶金材料按材質(zhì)分：鐵基、銅基、鎳基、不銹鋼基、鈦基和鋁基粉末冶金材料。按用途分：結(jié)構(gòu)材料、減摩材料、摩擦材料、多孔材料。1．粉末冶金結(jié)構(gòu)材料具有高強(qiáng)度、高硬度和韌性好等特點(diǎn)，并有良好的耐蝕、密封性和耐磨性。主要用于傳動(dòng)齒輪、汽車(chē)和冰箱壓縮機(jī)零件等。2．粉末冶金減摩材料承載能力高，摩擦因數(shù)低，具有良好的自潤(rùn)滑性、耐高溫性和耐磨性。摩擦?xí)r不傷配副件，噪聲較低。主要用于制作軸承、含油軸承等。3．粉末冶金摩擦材料摩擦因數(shù)大而穩(wěn)定，耐短時(shí)高溫，耐磨，導(dǎo)熱性好，抗膠合能力強(qiáng)，摩擦?xí)r不傷配副件，主要用于制作離合器片、制動(dòng)器片等。4．粉末冶金多孔材料綜合性能優(yōu)良，對(duì)孔隙的形態(tài)、大小、分布及孔隙度均可控制。主要用來(lái)制作過(guò)濾，減振和消音元件，以及催化、止火、電極、熱交換和人造骨等制品。四、有機(jī)高分子材料

1．工程塑料密度小、容易加工，可用注塑成型法制成各種形狀復(fù)雜、尺寸精確的零件。但是導(dǎo)熱性差。通常用工程塑料作減摩、耐蝕、耐磨、絕緣、密封和減振材料。塑料分為熱塑性塑料和熱固性塑料。

2．橡膠橡膠分為天然橡膠和合成橡膠兩大類(lèi)特點(diǎn)：彈性高、彈性模量低。在機(jī)械制造中橡膠主要用作密封、減振元件,傳動(dòng)帶,輪胎等。五、無(wú)機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)陶瓷有氧化物、氮化物、碳化物、硼化物陶瓷等。具有耐高溫、耐磨、耐腐蝕、抗氧化、難加工等特性，用來(lái)制造軸承、模具、活塞環(huán)、氣閥座、密封件、挺桿等零件。功能陶瓷電功能陶瓷，磁功能陶瓷，光功能陶瓷，生物和化學(xué)功能陶瓷等。它們都是為某一特殊功能要求而采用的材料。１.工程陶瓷

2．炭石墨材料強(qiáng)度不高，但密度低、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、有自潤(rùn)滑性，在機(jī)械工業(yè)中廣泛用作密封圈、活塞環(huán)、軸承、電刷、熱交換器等。3．聚合物混凝土是用高分子樹(shù)脂代替水泥作粘合劑的混凝土。特點(diǎn)：具有高的強(qiáng)度，良好的抗化學(xué)藥品腐蝕的性能(優(yōu)于不銹鋼)，減振和消聲能力是灰鑄鐵的7倍，具有良好的耐磨性和電絕緣性。這種材料是金屬加工機(jī)床底座的理想材料六、復(fù)合材料復(fù)合材料是由兩種或兩種以上材料，即基體材料和增強(qiáng)材料復(fù)合而成的一類(lèi)多相材料。根據(jù)基體材料來(lái)分：金屬基、聚合物基和陶瓷基復(fù)合材料；根據(jù)增強(qiáng)材料形狀分：有顆粒復(fù)合材料、纖維復(fù)合材料和層迭復(fù)合材料；根據(jù)使用目的分：有結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料。特點(diǎn)：a.比強(qiáng)度和比模量高。比強(qiáng)度高的材料能承受高的應(yīng)力；比模量高象征材料輕而剛度大；b.抗疲勞性能好。c.減振性能好。材料內(nèi)大量界面對(duì)振動(dòng)有反射吸收作用。d.高溫性能好。二、結(jié)構(gòu)工藝性要求零件工藝性良好的標(biāo)志----在具體的生產(chǎn)條件下，零件要便于加工而加工費(fèi)用又很低。工藝性的基本要求：1)毛坯選擇合理制備方法：選用型材、鑄造、鍛造、沖壓和焊接等。毛坯選擇與生產(chǎn)批量、材料性能和加工可能性有關(guān)。單件或小批量生產(chǎn)時(shí)，選用棒料、板材、型材或焊件。大批量生產(chǎn)時(shí)，往往選用鑄造、鍛造、沖壓等方法。2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理▲最好采用平面、柱面、螺旋面等簡(jiǎn)單表面極其組合；▲盡量減少加工面數(shù)和加工面積；3)合理的制造精度和表面粗糙度零件的加工成本隨精度和表面粗糙度的提高而急劇增加。決不能盲目追求高精度，應(yīng)在滿(mǎn)足使用要求的前提下，盡量采用較低的精度和表面質(zhì)量。▲盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件；▲增加相同形狀、相同元素（直徑、圓角半徑、配合、螺紋、鍵、齒輪模數(shù)等）的數(shù)量；4)盡量減小零件的加工量

▲毛坯形狀和尺寸應(yīng)盡量接近零件本身的形狀和尺寸。力求使少或無(wú)切削加工，節(jié)約材料、降低成本。

▲盡量采用精密鑄造、精密鍛造、冷軋、冷擠壓、粉末冶金等先進(jìn)工藝滿(mǎn)足上述要求。欲設(shè)計(jì)出工藝性良好的零件，設(shè)計(jì)者必須虛心向工藝技術(shù)人員和一線(xiàn)工人學(xué)習(xí)，在實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)。1)產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化將同一類(lèi)產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等依次分檔，制成系列化產(chǎn)品，以較少的規(guī)格品種滿(mǎn)足用戶(hù)的廣泛要求。定義：標(biāo)準(zhǔn)化就是要通過(guò)對(duì)零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、設(shè)計(jì)方法、制圖要求等，制定出大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。2)零部件的通用化將用途、結(jié)構(gòu)相近的零部件（如軸承、螺栓等），經(jīng)過(guò)統(tǒng)一后實(shí)現(xiàn)互換；3)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化要保證產(chǎn)品產(chǎn)品質(zhì)量合格和穩(wěn)定，就必須做好設(shè)計(jì)、加工工藝、裝配檢驗(yàn)、包裝儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化。§2-3機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化基本特征：統(tǒng)一、簡(jiǎn)化。意義：1)制造上可以實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)化大批量生產(chǎn)，既可提高產(chǎn)品質(zhì)量，又能降低成本；2)設(shè)計(jì)方面可減少設(shè)計(jì)工作量；3)管理維修方面可減少庫(kù)存量，便于更換損壞的零件。標(biāo)準(zhǔn)化是組織社會(huì)化大生產(chǎn)的重要手段，是實(shí)施科學(xué)管理的基礎(chǔ)，也是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本要求之一。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施，以獲得最佳的社會(huì)經(jīng)濟(jì)成效。標(biāo)準(zhǔn)層次：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)為：ISOGBJB、HBQB推薦性標(biāo)準(zhǔn)（GB/T）----鼓勵(lì)企業(yè)自愿采用。標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)（GB）----必須強(qiáng)制執(zhí)行；作為設(shè)計(jì)人員，要求必須熟悉現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)會(huì)查詢(xún)和使用標(biāo)準(zhǔn)資料。無(wú)論設(shè)計(jì)何種產(chǎn)品，必須遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：代號(hào)為GB××××(為標(biāo)準(zhǔn)序號(hào))－××××(為批準(zhǔn)年代)強(qiáng)制性國(guó)標(biāo)必須嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行，否則就是違法。推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：代號(hào)為GB／T××××－××××，這類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)占整個(gè)國(guó)標(biāo)中的絕大多數(shù)。如無(wú)特殊理由和特殊需要，必須遵守這些國(guó)標(biāo)，以期取得事半功倍的效果。機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程第二節(jié)

機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程和方法機(jī)械設(shè)計(jì)的方法一、機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程設(shè)計(jì)的類(lèi)型適應(yīng)性設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)參數(shù)化設(shè)計(jì)工作原理主體結(jié)構(gòu)功能

三者中至少應(yīng)該有一項(xiàng)是首創(chuàng)的開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)三者中至少應(yīng)該有一項(xiàng)是首創(chuàng)的實(shí)例照相機(jī)

數(shù)碼照相機(jī)手機(jī)上的照相機(jī)工作原理功能

主體結(jié)構(gòu)老式照相機(jī)

數(shù)碼照相機(jī)

手機(jī)上的照相機(jī)單缸洗衣機(jī)

雙缸洗衣機(jī)

普通車(chē)床

工作原理功能

主體結(jié)構(gòu)立式車(chē)床

三者中至少應(yīng)該有一項(xiàng)是首創(chuàng)的實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新，擁有自主自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)主要依靠開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)。創(chuàng)新性最強(qiáng)、過(guò)程最完整。對(duì)現(xiàn)有的機(jī)械進(jìn)行局部的修改或增補(bǔ)。不改變機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)、只改變機(jī)械功能的范圍、機(jī)械的尺度和參數(shù)。設(shè)計(jì)的類(lèi)型適應(yīng)性設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)參數(shù)化設(shè)計(jì)工作原理主體結(jié)構(gòu)功能三者中至少應(yīng)該有一項(xiàng)是首創(chuàng)的

提出設(shè)計(jì)任務(wù)（市場(chǎng)需求，用戶(hù)委托，主管部門(mén)下達(dá)）

可行性研究（重大問(wèn)題應(yīng)召開(kāi)論證會(huì)）編制設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)計(jì)劃階段提出機(jī)械的工作原理（通過(guò)調(diào)查研究和必要的分析，還可能需要進(jìn)行原理性試驗(yàn)）提出幾種機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案（進(jìn)行必要的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)，一般是初步的、粗略的）確定出最佳總體方案（經(jīng)過(guò)分析、對(duì)比和評(píng)價(jià)，作出決策）方案設(shè)計(jì)階段運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與設(shè)計(jì)工作能力分析與設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝配圖和零件圖的繪制技術(shù)設(shè)計(jì)階段

通過(guò)試制和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，加以改進(jìn)，修改某一部分設(shè)計(jì)結(jié)果。試制試驗(yàn)階段

收集用戶(hù)反饋意見(jiàn)，研究使用中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)行改進(jìn)。收集市場(chǎng)變化的情況，為可能提出新的設(shè)計(jì)計(jì)劃準(zhǔn)備資料。投產(chǎn)以后返回二、機(jī)械設(shè)計(jì)的方法常規(guī)設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法工業(yè)革命以來(lái)力學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)工作能力的分析與設(shè)計(jì)產(chǎn)生的時(shí)代：產(chǎn)生的基礎(chǔ)：基本內(nèi)容：產(chǎn)生的時(shí)代：產(chǎn)生的基礎(chǔ)：20世紀(jì)下半頁(yè)計(jì)算機(jī)的發(fā)明與快速發(fā)展方案設(shè)計(jì)

運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)

零件工作能力設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

創(chuàng)造性主要依靠經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)類(lèi)比方法進(jìn)行主要依賴(lài)于設(shè)計(jì)者的靈感有系統(tǒng)的理論方法，但往往只能近似滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)學(xué)要求受到計(jì)算手段的制約，分析較簡(jiǎn)單。常將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)化，得出近似公式或經(jīng)驗(yàn)公式。一般按靜載荷計(jì)算，引入動(dòng)載系數(shù)常采用類(lèi)比的方法常規(guī)設(shè)計(jì)方法有如下不足：

方案設(shè)計(jì)過(guò)分依賴(lài)設(shè)計(jì)者個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和水平；

一般滿(mǎn)足于獲得一個(gè)可用方案，而不是最佳方案；

受計(jì)算手段的限制，簡(jiǎn)化假定較多，影響了設(shè)計(jì)質(zhì)量；

設(shè)計(jì)工作周期長(zhǎng)、效率低，不能滿(mǎn)足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、產(chǎn)品更新速度加快的新形勢(shì)。

盡管現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法已經(jīng)興起，但常規(guī)設(shè)計(jì)目前仍被廣泛應(yīng)用。設(shè)計(jì)者應(yīng)該首先掌握常規(guī)設(shè)計(jì)方法，才能進(jìn)一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。本課程的內(nèi)容主要是介紹常規(guī)設(shè)計(jì)方法。現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)

近數(shù)十年來(lái)，社會(huì)需求呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)，產(chǎn)品更新速度加快。如果設(shè)計(jì)速度慢，就會(huì)貽誤商機(jī)，造成不可彌補(bǔ)的經(jīng)濟(jì)損失。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

（Computer-AidedDesign,CAD)計(jì)算繪圖工作量太大有的計(jì)算工作量大到根本無(wú)法用手工方法計(jì)算的程度。圖樣總數(shù)可能達(dá)到數(shù)百、數(shù)千張。繁瑣的重復(fù)性工作

提高設(shè)計(jì)速度成為設(shè)計(jì)方法革新的最主要的目標(biāo)。

優(yōu)越性：提高效率，縮短設(shè)計(jì)周期，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。給出多個(gè)方案，供設(shè)計(jì)者比較、選擇，確定最佳方案。從繁瑣的重復(fù)性工作中解脫出來(lái)，將時(shí)間和精力集中到創(chuàng)造性的工作上。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)運(yùn)算快速準(zhǔn)確存儲(chǔ)量大邏輯判斷功能強(qiáng)輔助設(shè)計(jì)者進(jìn)行設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)

（ExpertSystem）

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在上世紀(jì)90年代的新發(fā)展。

專(zhuān)家系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)程序，它使計(jì)算機(jī)具有學(xué)習(xí)、推理、決策和創(chuàng)造等智能行為，并能夠在專(zhuān)家的水平上工作。CAD機(jī)械設(shè)計(jì)活動(dòng)

數(shù)值計(jì)算型的工作（計(jì)算與繪圖）

符號(hào)推理型的工作（方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）

專(zhuān)家系統(tǒng)

優(yōu)化設(shè)計(jì)（OptimalDesign）可行方案與最優(yōu)方案最優(yōu)，就是使某一項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到最?。ㄈ缰亓浚┗蜃畲螅ㄈ缧剩?。機(jī)械設(shè)計(jì)的問(wèn)題一般都較復(fù)雜，求最小值或最大值的問(wèn)題并不是用微分方法求極值就能簡(jiǎn)單地予以解決的。數(shù)學(xué)領(lǐng)域的分支——數(shù)學(xué)規(guī)劃理論，提供了很多求優(yōu)的數(shù)值方法，這些方法都以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的大量的數(shù)值疊代計(jì)算為基礎(chǔ)。為了采用這些優(yōu)化方法，就需要將具體設(shè)計(jì)問(wèn)題的物理模型轉(zhuǎn)化為一個(gè)數(shù)學(xué)模型。、

高速化推動(dòng)了機(jī)械動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。

精密化要求機(jī)械的實(shí)際運(yùn)動(dòng)盡可能與期望運(yùn)動(dòng)相一致。在分析誤差時(shí)必須盡可能地計(jì)入各種因素的影響。振動(dòng)和噪聲過(guò)大，則會(huì)影響車(chē)輛的舒適性并污染環(huán)境。

動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)：考慮機(jī)械的動(dòng)態(tài)載荷和系統(tǒng)的動(dòng)特性，以動(dòng)力學(xué)分析為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)械。

需要在計(jì)算機(jī)上用數(shù)值疊代算法求解微分方程。所以，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)獲得普遍應(yīng)用后才能發(fā)展起來(lái)。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

(DynamicDesign)可靠性設(shè)計(jì)（ReliabilityDesign）將概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)引入機(jī)械設(shè)計(jì)中而形成的一種設(shè)計(jì)技術(shù)。

將物理量都視為按某種規(guī)律分布的隨機(jī)變量，用概率統(tǒng)計(jì)的方法確定零、部件的主要參數(shù)和尺寸，使機(jī)械滿(mǎn)足所提出的可靠性指標(biāo)。

二次世界大戰(zhàn)期間，美國(guó)由于飛行故障而損失的飛機(jī)比被擊落的飛機(jī)多1.5倍。應(yīng)航天計(jì)劃的需要，興起在上世紀(jì)60年代的美國(guó)。

可靠性設(shè)計(jì)已應(yīng)用于從宇宙飛船到家用電器的廣闊領(lǐng)域。創(chuàng)造性設(shè)計(jì)（CreativeDesign）利用人類(lèi)已有的科技成果，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力，設(shè)計(jì)出新機(jī)構(gòu)和新機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程。幾千年來(lái)，機(jī)械的發(fā)明依靠的是能工巧匠和專(zhuān)家學(xué)者的靈感和創(chuàng)造性的思維。如何產(chǎn)生靈感？如何進(jìn)行創(chuàng)造性的思維？在歷史的長(zhǎng)河中，這些智慧的火花是零散的而非系統(tǒng)的，多種多樣的而非單一的。對(duì)歷史上大量發(fā)明構(gòu)思的過(guò)程進(jìn)行了分析和歸納，總結(jié)出一些進(jìn)行創(chuàng)造性思維的方法，形成了“創(chuàng)造學(xué)”。創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，特指以創(chuàng)造學(xué)理論為基礎(chǔ)進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新的方法?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)2-5機(jī)械零件的強(qiáng)度§1材料的疲勞特性

§2機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算§3機(jī)械零件的抗斷裂強(qiáng)度§4機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度一、應(yīng)力的種類(lèi)otσσ=常數(shù)脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力r=0靜應(yīng)力:σ=常數(shù)變應(yīng)力:σ隨時(shí)間變化平均應(yīng)力:應(yīng)力幅:循環(huán)變應(yīng)力變應(yīng)力的循環(huán)特性:對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力r=-1----脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力----對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力-1=0+1----靜應(yīng)力σmaxσmTσmaxσminσaσaσmotσσmaxσminσaσaotσotσσaσaσminr=+1靜應(yīng)力是變應(yīng)力的特例§1材料的疲勞特性

變應(yīng)力下，零件的損壞形式是疲勞斷裂?！跀嗔训淖畲髴?yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限低，甚至比屈服極限低;▲

疲勞斷口均表現(xiàn)為無(wú)明顯塑性變形的脆性突然斷裂;▲

疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結(jié)果。不管脆性材料或塑性材料，▲零件表層產(chǎn)生微小裂紋；疲勞斷裂過(guò)程：▲隨著循環(huán)次數(shù)增加，微裂紋逐漸擴(kuò)展；▲當(dāng)剩余材料不足以承受載荷時(shí)，突然脆性斷裂。疲勞斷裂是與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(即使用壽命)有關(guān)的斷裂。疲勞斷裂具有以下特征：▲

斷裂面累積損傷處表面光滑，而折斷區(qū)表面粗糙。表面光滑表面粗糙σmaxN二、

s－N疲勞曲線(xiàn)用參數(shù)σmax表征材料的疲勞極限，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可得出如圖所示的疲勞曲線(xiàn)。稱(chēng)為：

s－N疲勞曲線(xiàn)104C在原點(diǎn)處，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為N=1/4，意味著在加載到最大值時(shí)材料被拉斷。顯然該值為強(qiáng)度極限σB。B103σtσBAN=1/4

在AB段，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)<103σmax變化很小，可以近似看作為靜應(yīng)力強(qiáng)度。BC段，N=103~104，隨著N↑

→σmax↓,疲勞現(xiàn)象明顯。因N較小，特稱(chēng)為：低周疲勞。由于ND很大，所以在作疲勞試驗(yàn)時(shí)，常規(guī)定一個(gè)循環(huán)次數(shù)N0(稱(chēng)為循環(huán)基數(shù))，用N0及其相對(duì)應(yīng)的疲勞極限σr來(lái)近似代表ND和σr∞。σmaxNσrN0≈107CDσrNNσBAN=1/4

D點(diǎn)以后的疲勞曲線(xiàn)呈一水平線(xiàn)，代表著無(wú)限壽命區(qū)其方程為：

實(shí)踐證明，機(jī)械零件的疲勞大多發(fā)生在CD段?？捎孟率矫枋觯河谑怯校?04CB103CD區(qū)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)N與疲勞極限srN的關(guān)系為：式中，sr、N0及m的值由材料試驗(yàn)確定。試驗(yàn)結(jié)果表明在CD區(qū)間內(nèi)，試件經(jīng)過(guò)相應(yīng)次數(shù)的邊應(yīng)力作用之后，總會(huì)發(fā)生疲勞破壞。而D點(diǎn)以后，如果作用的變應(yīng)力最大應(yīng)力小于D點(diǎn)的應(yīng)力（σmax<σr），則無(wú)論循環(huán)多少次，材料都不會(huì)破壞。CD區(qū)間-----有限疲勞壽命階段D點(diǎn)之后----無(wú)限疲勞壽命階段高周疲勞σmaxNσrN0≈107CσBAN=1/4

104CB103DσrNNσaσm應(yīng)力幅平均應(yīng)力σaσmσSσ-1σaσmσSσ-1材料的疲勞極限曲線(xiàn)也可用在特定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N下，極限應(yīng)力幅之間的關(guān)系曲線(xiàn)來(lái)表示，特稱(chēng)為等壽命曲線(xiàn)。簡(jiǎn)化曲線(xiàn)之一簡(jiǎn)化曲線(xiàn)之二三、等壽命疲勞曲線(xiàn)實(shí)際應(yīng)用時(shí)常有兩種簡(jiǎn)化方法。σSσ-145?

σaσmσS45?

σ-1O簡(jiǎn)化等壽命曲線(xiàn)（極限應(yīng)力線(xiàn)圖）：已知A’(0，σ-1)

D’(σ0/2，σ0/2)兩點(diǎn)坐標(biāo)，求得A‘Ｇ’直線(xiàn)的方程為：AＧ’直線(xiàn)上任意點(diǎn)代表了一定循環(huán)特性時(shí)的疲勞極限。對(duì)稱(chēng)循環(huán)：σm=0A’脈動(dòng)循環(huán)：σm=σa=σ0/2說(shuō)明CＧ‘直線(xiàn)上任意點(diǎn)的最大應(yīng)力達(dá)到了屈服極限應(yīng)力。σ0/2σ0/245?

D’σ’mσ’aCＧ’直線(xiàn)上任意點(diǎn)N’的坐標(biāo)為（σ’m，σ’a）由?中兩條直角邊相等可求得

CＧ’直線(xiàn)的方程為：σ’aG’CN’σaσmσS45?

σ-1G’Cσ0/2σ0/245?

D’CG’A’O而正好落在A’G’C折線(xiàn)上時(shí)，表示應(yīng)力狀況達(dá)到疲勞破壞的極限值。

對(duì)于碳鋼，yσ≈0.1~0.2，對(duì)于合金鋼，yσ≈0.2~0.3。公式中的參數(shù)yσ為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)，其值由試驗(yàn)及下式?jīng)Q定：當(dāng)應(yīng)力點(diǎn)落在OA’G’C以外時(shí)，一定會(huì)發(fā)生疲勞破壞。

當(dāng)循環(huán)應(yīng)力參數(shù)（σm，σa

）落在OA’G’C以?xún)?nèi)時(shí)，表示不會(huì)發(fā)生疲勞破壞。材料σSσ-1D’A’G’Cσaσmo§2機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算一、零件的極限應(yīng)力線(xiàn)圖由于材料試件是一種特殊的結(jié)構(gòu)，而實(shí)際零件的幾何形狀、尺寸大小、加工質(zhì)量及強(qiáng)化因素等與材料試件有區(qū)別，使得零件的疲勞極限要小于材料試件的疲勞極限。定義彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)Ｋσ

：在不對(duì)稱(chēng)循環(huán)時(shí)，Ｋσ是試件與零件極限應(yīng)力幅的比值。σ-1\Ｋσσ0/2Ｋσσ0/2Ｋσ零件的對(duì)稱(chēng)循環(huán)彎曲疲勞極限為：σ-1e

設(shè)材料的對(duì)稱(chēng)循環(huán)彎曲疲勞極限為：σ-1

45?

DAG45?

σ-1e零件σaσmoσSσ-1D’A’G’Cσ-1\ＫσAG45?

σ-1e45?

D直線(xiàn)AＧ的方程為：直線(xiàn)CＧ的方程為：σ’ae---零件所受極限應(yīng)力幅；σ’me---零件所受極限平均應(yīng)力；yσe---零件受彎曲的材料特性；

彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)Ｋσ反映了：應(yīng)力集中、尺寸因素、表面加工質(zhì)量及強(qiáng)化等因素的綜合影響結(jié)果。其計(jì)算公式如下：其中：kσ----有效應(yīng)力集中系數(shù)；βσ----表面質(zhì)量系數(shù)；εσ----尺寸系數(shù)；βq----強(qiáng)化系數(shù)。CG對(duì)于切應(yīng)力同樣有如下方程：其中的系數(shù)：kτ

、ετ

、βτ

、βτ與kσ、εσ、βσ、βq相對(duì)應(yīng)；教材附表3-1~3-11詳細(xì)列出了零件的典型結(jié)構(gòu)、尺寸、表面加工質(zhì)量及強(qiáng)化措施等因素對(duì)彎曲疲勞極限的綜合影響

。下面列舉了部分圖表。σaσmoσSσ-1D’A’G’Cσ-1\Ｋσσ0/2Ｋσσ0/2Ｋσ45?

DAG45?

σ-1e有效應(yīng)力集中系數(shù)kσ

ασατ

1.00.80.60.40.2400600800100012001400

σB/Mpaβσ精車(chē)粗車(chē)未加工磨削拋光鋼材的表面質(zhì)量系數(shù)βσ

表面高頻淬火的強(qiáng)化系數(shù)βq

7~201.3~1.630~401.2~1.57~201.6~2.830~401.5~5試件種類(lèi)試件直徑/mm

無(wú)應(yīng)力集中

有應(yīng)力集中

NM二、單向穩(wěn)定變應(yīng)力時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行零件疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，首先根據(jù)零件危險(xiǎn)截面上的σmax及σmin確定平均應(yīng)力σm與應(yīng)力幅σa，然后，在極限應(yīng)力線(xiàn)圖的