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机械设计基础课件第4章

目录contents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设计中的创新思维与方法

01机械设计概述

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。分类根据不同的设计对象和要求，机械设计可分为新型设计、继承设计和变型设计3类。机械设计的定义与分类

机械设计努力的目标是在各种限定的条件（如材料、加工能力、理论知识和计算手段等）下设计出最好的机械，即做出优化设计。优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低的消耗和最少的环境污染。机械设计的重要性

机械设计的基本原则技术性能准则：技术性能包括产品功能、制造和运行状况在内的一切性能，既包含静态性能，也包含动态性能。例如，产品所能传递的功率、效率、使用寿命、强度、刚度、抗摩擦、磨损性能、振动稳定性、热特性等。技术性能原则要求机械设计过程中的所有技术问题都必须得到圆满的解决。经济性准则：经济准则是指以最低的成本获得最好的产品。经济准则要求机械设计的成本尽可能的低，同时又能保证产品的必要功能和质量。可靠性准则：可靠性准则是指所设计的产品应能满足规定的可靠性要求。可靠性原则要求机械设计的产品在规定的使用条件下，在规定的期限内，应具有完成规定功能的能力。安全性准则：安全性准则是指所设计的产品应能确保人的生命安全。安全性原则要求机械设计的产品必须具有足够的强度、刚度、稳定性、耐磨性，在规定的寿命期内能安全可靠地工作，能抵御各种有害因素的影响，有一定的安全裕度，以防万一出现的危险情况。

02机械零件的强度与刚度

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。强度定义强度计算强度准则通过应力分析，计算零件在给定载荷下的应力分布，进而判断其是否满足强度要求。为确保零件的安全工作，需根据材料的力学性能和应力状态，制定相应的强度准则。030201强度的概念及计算

刚度是指零件在受到外力作用时，抵抗变形的能力。刚度定义通过变形分析，计算零件在给定载荷下的变形量，进而评估其刚度性能。刚度计算为确保零件的正常工作，需根据零件的用途和变形要求，制定相应的刚度准则。刚度准则刚度的概念及计算

选用高强度、高刚度的材料，如合金钢、钛合金等。合理选择材料通过改进零件的形状、尺寸和连接方式等，提高其强度和刚度。优化零件结构如热处理、表面强化处理等，提高材料的力学性能和耐磨性。采用强化工艺通过增加支撑面积、采用预紧力等措施，提高零件的刚度和稳定性。加强零件的支撑与固定提高零件强度与刚度的措施

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相对运动趋势时，在接触面上产生的阻碍相对运动或相对运动趋势的现象。摩擦的概念根据摩擦表面的状态，可分为干摩擦、边界摩擦、混合摩擦和流体摩擦。摩擦的分类摩擦的概念及分类

物体表面在相对运动中，由于机械作用、化学作用或电化学作用，使材料逐渐从表面丧失或转移的现象。根据磨损机理的不同，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之间加入润滑剂，以降低摩擦、减少磨损、延长使用寿命的措施。润滑的概念根据润滑剂的状态，可分为液体润滑、边界润滑、混合润滑和固体润滑。根据润滑方式的不同，可分为油润滑、脂润滑、固体润滑和气体润滑等。润滑的分类润滑的概念及分类

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定义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。疲劳强度的分类根据交变应力的不同，可分为弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳等。

影响疲劳强度的因素应力集中零件截面尺寸突然变化或存在缺陷时，会引起应力集中，从而降低疲劳强度。表面状态零件表面的粗糙度、腐蚀、划痕等缺陷，都会成为应力集中的因素，影响疲劳强度。材料性质材料的力学性能、组织结构和化学成分等，都会对疲劳强度产生影响。

通过改进零件结构形状，避免截面尺寸突变，以及提高表面光洁度等措施，可以降低应力集中，提高疲劳强度。降低应力集中选用高强度材料，可以提高零件的承载能力，从而提高疲劳强度。采用高强度材料对零件表面进行喷丸、碾压等强化处理，可以提高表面硬度，增加残余压应力，从而提高疲劳强度。表面强化处理通过合理设计，降低交变应力的幅值和频率，以及避免过载等措施，可以控制载荷，提高疲劳强度。控制载荷提高疲劳强度的措施

05机械零件的可靠性设计

03可靠性与维修性的关系维修性是指产品易于维修的程度，与可靠性密切相关，共同影响产品的整体性能。01可靠性的定义指