机械设计基础(第2版)全册电子教案模块1

机械设计基础(第2版)全册电子教案模块11机械设计概述机械零件的强度与刚度机械零件的摩擦、磨损与润滑机械零件的疲劳强度机械零件的接触强度机械零件的可靠性设计contents目录201机械设计概述3定义机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。重要性机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要因素。机械设计的定义与重要性4功能原则可靠性原则经济性原则安全性原则机械设计的基本原则01020304设计必须满足机器或设备的预定功能要求，这是设计的根本目的。设计必须保证机器或设备在规定的条件下和规定的时间内完成预定功能的能力。设计必须考虑机器或设备的制造成本和使用成本，力求以最低的成本获得最佳的性能。设计必须保证机器或设备在使用过程中不会对人员和环境造成危害。5绿色设计智能化设计微型化设计人机融合设计机械设计的发展趋势未来的机械设计将更加注重环保和可持续性，致力于减少能源消耗和废弃物排放。随着微纳制造技术的进步，机械设计将更加注重微型化和精密化，以满足日益增长的微型产品需求。随着人工智能和机器学习技术的发展，机械设计将实现更高程度的自动化和智能化。未来的机械设计将更加注重人机交互和人机融合，以提高用户体验和机器的使用效率。602机械零件的强度与刚度7材料在静载荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。强度刚度强度与刚度的关系结构或材料在受力时抵抗弹性变形的能力。强度是零件抵抗破坏的能力，刚度是零件抵抗变形的能力。030201强度与刚度的概念8反映材料抵抗弹性变形的能力。弹性模量反映材料横向变形与纵向变形之间的关系。泊松比反映材料在不同受力状态下的强度性能。抗拉强度、抗压强度、抗弯强度反映材料在交变应力作用下的疲劳破坏性能。疲劳强度材料的力学性能9根据零件所受静载荷及应力分布情况进行强度计算。静强度计算考虑交变应力对零件疲劳破坏的影响进行计算。疲劳强度计算将计算得到的应力与许用应力进行比较，判断零件是否满足强度要求。强度校核强度计算与校核10

刚度计算与校核刚度计算根据零件所受载荷及变形情况进行刚度计算。刚度校核将计算得到的变形量与许用变形量进行比较，判断零件是否满足刚度要求。提高刚度的方法增加截面尺寸、改变截面形状、提高材料弹性模量等。1103机械零件的摩擦、磨损与润滑12两个相互接触的物体在相对运动或有相对运动趋势时，在接触表面上产生的阻碍相对运动的现象。摩擦定义摩擦表面上的材料由于机械作用而不断损失的现象。磨损定义摩擦是磨损的原因，磨损是摩擦的结果。摩擦与磨损的关系摩擦与磨损概述13润滑剂种类润滑油、润滑脂、固体润滑剂。选用原则根据机械零件的工作条件（如温度、压力、速度等）和摩擦副的性质（如材料、表面粗糙度等）来选用合适的润滑剂。润滑剂的种类与选用14齿轮的润滑闭式齿轮传动常用润滑油润滑，开式齿轮传动常用润滑脂润滑。轴承的润滑滚动轴承常用润滑脂润滑，滑动轴承常用润滑油润滑。链传动的润滑链传动常用润滑油或润滑脂润滑，也可采用固体润滑剂。典型机械零件的润滑方式15选择耐磨性好的材料，如钢、铸铁等。合理选择摩擦副材料提高表面加工精度，降低表面粗糙度，以减少摩擦阻力。降低表面粗糙度根据机械零件的工作条件和摩擦副的性质，选用合适的润滑剂和润滑方式。采用合理的润滑方式如控制温度、压力等，以减少摩擦和磨损。控制工作条件摩擦磨损的预防措施1604机械零件的疲劳强度17疲劳强度是指材料在交变应力作用下，经过一定次数的循环后，不发生断裂所能承受的最大应力。疲劳破坏是指材料在交变应力作用下，经过一定次数的循环后，发生断裂的现象。疲劳极限是指材料在无限多次交变应力作用下，不发生断裂所能承受的最大应力。疲劳强度的概念18影响疲劳强度的因素零件截面尺寸突然变化处，会产生应力集中，导致疲劳强度降低。零件表面粗糙度、腐蚀、划痕等缺陷，会引起应力集中，降低疲劳强度。零件在加工、热处理等过程中产生的残余应力，对疲劳强度也有影响。交变载荷的频率、幅值、波形等，对疲劳强度均有影响。应力集中表面状态残余应力载荷类型19通过改进零件结构形状，减少截面尺寸突变，以降低应力集中。降低应力集中提高表面质量消除残余应力优化载荷类型采用表面加工、热处理等方法，提高零件表面质量，减少表面缺陷。通过时效处理、振动消除等方法，消除零件内部的残余应力。通过改变交变载荷的频率、幅值、波形等，优化载荷类型，提高疲劳强度。提高疲劳强度的措施20数据处理对试验数据进行统计分析，得出材料的疲劳极限、平均寿命等参数。结果分析根据试验结果，分析影响疲劳强度的因素，提出改进措施。试验方法包括单点法、升降法、成组法等，用于测定材料的疲劳极限和S-N曲线。疲劳强度试验与数据处理2105机械零件的接触强度220102接触应力的概念在机械设计中，接触应力的大小直接影响机械零件的使用寿命和安全性。接触应力是指两个接触物体之间相互挤压而产生的应力。23材料性质材料的弹性模量、硬度、强度等都会影响接触应力的大小。接触形状接触面的形状、大小、粗糙度等都会对接触应力产生影响。载荷条件载荷的大小、方向、作用时间等也是影响接触应力的重要因素。影响接触应力的因素24优化接触形状通过优化接触面的形状和大小，可以改善接触应力分布，提高接触强度。控制载荷条件合理控制载荷的大小和作用时间，避免过载和冲击载荷对零件造成损害，也可以提高零件的接触强度。采用表面强化技术如表面淬火、渗碳淬火等表面强化技术可以提高零件表面的硬度和强度，从而增强零件的接触强度。选用高强度材料选用高强度材料可以提高零件的承载能力，从而减小接触应力。提高接触强度的措施25通常采用压痕试验或划痕试验等方法来测定材料的接触强度。试验方法通过对试验数据进行处理和分析，可以得到材料的接触强度指标，如压痕硬度、划痕硬度等。同时，还可以通过对比不同材料和不同处理工艺下的接触强度指标，来评价不同材料和工艺的优劣。数据处理接触强度试验与数据处理2606机械零件的可靠性设计27在产品设计阶段，通过预测、分析和优化等手段，确保产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。可靠性设计的定义提高产品质量，降低维修和更换成本，增强产品竞争力，满足用户需求。可靠性设计的意义可靠性设计的概念与意义28以概率统计理论为基础，通过收集和分析历史数据，建立产品的可靠性模型，进而指导产品设计。包括故障模式与影响分析（FMEA）、故障树分析（FTA）、可靠性预计与分配、耐久性设计等。可靠性设计的基本原理与方法可靠性设计的方法可靠性设计的基本原理29123验证产品的可靠性是否满足设计要求，为产品定型提供依据。可靠性试验的目的包括环境适应性试验、寿命试验、加速寿命试验等。可靠性试验的类型基于试验数据，采用统计推断方法对产品的可靠性进行评估，如平均无故障时间（MTBF）等。可靠性评估的方法机械零件的可靠性试验与评估30提高机械零件可靠性的措施优化设计严格制造工艺强化质量控制加强使用和维