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机械设计基础第7章

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可靠性设计机械零件的优化设计

01机械设计概述

定义实现产品功能提高性能降低成本机械设计的定义与重要性通过合理设计机械结构，确保产品能够实现预定的功能。优化机械设计可以提高产品的效率、可靠性、耐用性等性能指标。通过合理选材、减少加工难度等方式降低制造成本，提高经济效益。机械设计是机械工程的重要组成部分，它涉及到研究、构思、分析和优化机械系统的过程，旨在满足特定功能要求并优化性能。

美观性原则设计应注重产品的外观造型和色彩搭配，提高产品的审美价值。安全性原则设计应确保产品的安全性，防止因设计不当导致的意外事故。经济性原则设计应考虑制造成本、使用成本等因素，力求以最低的成本实现产品的功能。功能原则设计应满足产品的功能要求，确保产品在规定条件下正常工作。可靠性原则设计应确保产品的可靠性，使其在规定的寿命周期内能够稳定可靠地工作。机械设计的基本原则

轻量化设计通过结构优化和材料创新实现产品轻量化，提高产品竞争力。智能化设计利用人工智能、大数据等技术提高设计自动化程度和设计质量。绿色设计注重环保、节能和资源循环利用，推动机械工业可持续发展。个性化设计满足用户个性化需求，提供定制化的机械设计方案。集成化设计实现机械系统与控制系统、液压系统等的一体化设计，提高系统整体性能。机械设计的发展趋势

02机械零件的强度与刚度

强度定义强度是指材料在受到外力作用下，抵抗破坏或产生过大变形的能力。对于机械零件，强度通常指其在工作条件下不发生断裂或塑性变形的最大应力。强度计算强度的计算通常涉及对零件进行受力分析，确定危险截面和最大应力。根据材料的力学性能和许用应力，可以评估零件的强度是否满足要求。强度的概念及计算

刚度定义刚度是指材料或结构在受到外力作用时，抵抗变形的能力。对于机械零件，刚度反映了其在工作条件下的变形程度，影响零件的精度和稳定性。刚度计算刚度的计算涉及对零件进行变形分析，确定变形量和刚度指标。根据材料的弹性模量和零件的几何尺寸，可以计算零件的刚度，进而评估其抵抗变形的能力。刚度的概念及计算

通过选用具有更高强度的材料，可以提高零件的承载能力，从而增强其强度。选用高强度材料通过改进零件的结构设计，如增加截面面积、采用合理的截面形状等，可以提高零件的刚度和强度。优化零件结构通过热处理或表面强化技术，如淬火、渗碳、喷丸等，可以改善材料的力学性能，提高零件的强度和刚度。热处理与表面强化通过预应力或预变形技术，可以在零件内部引入有益的应力分布，从而提高其抵抗外力的能力。预应力与预变形技术提高零件强度与刚度的方法

03机械零件的摩擦、磨损与润滑

两个相互接触的物体在相对运动或有相对运动趋势时，在接触面上产生的阻碍相对运动的现象。摩擦的概念根据摩擦表面的润滑状态，摩擦可分为干摩擦、边界摩擦、液体摩擦和混合摩擦。摩擦的分类摩擦的概念及分类

物体表面在相对运动中，由于机械或化学作用导致材料逐渐丧失的现象。根据磨损机理的不同，磨损可分为磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。磨损的概念及分类磨损的分类磨损的概念

在两个相对运动的物体表面间加入润滑剂，以降低摩擦、减少磨损并起到冷却作用的技术措施。润滑的概念降低摩擦系数、减少磨损、降低温度、防止锈蚀、密封作用和传递动力等。润滑的作用润滑的概念及作用

04机械零件的疲劳强度

疲劳强度的概念及分类疲劳强度的概念指材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。疲劳强度的分类根据交变载荷的不同，疲劳强度可分为抗拉疲劳强度、抗压疲劳强度、抗弯疲劳强度和抗扭疲劳强度等。

应力集中表面状态残余应力环境因素影响疲劳强度的因件截面尺寸突然变化处会出现应力集中现象，导致局部应力增大，从而降低疲劳强度。零件表面的粗糙度、氧化、腐蚀等缺陷都会降低其疲劳强度。加工过程中产生的残余应力对零件的疲劳强度也有显著影响。温度、湿度、腐蚀介质等环境因素都会对零件的疲劳强度产生影响。

降低应力集中提高表面质量热处理选用高强度材料提高疲劳强度的方法通过改进零件结构形状，避免截面尺寸发生急剧变化，以降低应力集中。通过热处理改善材料的组织结构和力学性能，提高材料的疲劳强度。采用表面加工处理，如抛光、喷丸等，以提高表面光洁度和强化表面层，从而提高疲劳强度。在满足使用要求的前提下，尽可能选用高强度材料以提高零件的疲劳强度。

05机械零件的可靠性设计

可靠性的定义指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。可靠性的指标包括可靠度、失效率、平均寿命等，用于定量描述产品的可靠性。可靠性与维修性的关系维修性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力。可靠性与维