第一章 机械设计力学 基础知识,1.1 载荷和应力,1.1.1 机械零部件的工作能力,工作能力,需求,强度、刚度 耐磨性 振动稳定性 ,以传动为主的零件一般要求有一定的强度和刚度，即在工作负荷下不发生破坏和过大的变形；具有相对运动并传力的零件需要有较好的耐磨性；而高速转动的零件则要具有较高的振动稳定性。,1.1.2 机械零件的强度,强度反映机械零件承受载荷时抵抗破坏的能力,1.1.3 载荷,计算载荷=K*名义载荷,1.1.4 应力 P113,（a）对称循环 (b)脉动循环 (c)非对称循环,静应力 r=1,循环特性系数,r=-1 r=0 -1r1,4.标准试件的疲劳极限和疲劳曲线 P114,有限寿命疲劳极限,1.应力集中 2.绝对尺寸 3.表面状态,零件的对称循环疲劳极限应力,5.零件的疲劳极限 P115,6.许用应力及（许用)安全系数,安全系数的采取原则： 在保证安全的可靠的前提下，尽可能选择较小的安全系数,许用应力：计算应力允许达到的最大值。在实现条件下找出极限应力值，在现场情况下，考虑各方面的影响，加一个安全系数。,7.整体强度和表面强度,整体强度,零件受载时在本体内产生应力为整体强度问题，整体强度的形式有拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切,零件受载时，在传力的接触表面上产生应力，引起表面强度问题。,表面强度,8.接触强度,接触应力：是在两个零件通过点接触或线接触传递载荷时，在接触部位产生弹性变形，同时产生的很大的应力。,弹性力学中的赫兹Hertz公式,-作用在圆柱体上的压力，N -接触线长度，mm -综合曲率半径 -两圆柱体材料的泊松比 -材料弹性系数，E1 E2 圆柱体材 料的弹性模量,1.2 机械零部件失效形式与设计准则,1.2.1 失效形式及对策,机械零部件由于某种原因丧失工作能力而不能正常工作时称为失效。,采用的对策,1. 控制零件尺寸 2. 合理选择材料和热处理方式 3. 合理设计机构 4. 合理使用和维护,1. 控制零件尺寸,按强度、刚度等工作能力准则计算零件尺寸，使在满足工作要求条件下尺寸尽量紧凑。,1）校验计算,2）设计计算,3）计算承载力,2. 合理选择材料和热处理,从考虑强度出发选择强度极限高的材料 同样尺寸的零件可以承受更大载荷而不被破坏 从考虑刚度出发选择弹性模量较大的材料 相同工况下可以减小变形量 从考虑零件的表面硬度和整体韧性出发 选择合理的热处理工艺方法 选择合理的耐磨材料，可以减少磨损,3. 采用合理的结构,4. 合理的使用和维护,1.2.2 设计准则,设计机械零件时保证零部件不产生失效所依据 的基本原则，称为设计准则。,(1) 强度设计准则,(2) 刚度设计准则,一般用途的轴,