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第十章 机械零件设计基础 本讲稿第一页，共三十五页10-1机械设计中的强度、许用应力和安全机械设计中的强度、许用应力和安全 系数系数10-2 机械设计中的摩擦、磨损和润滑机械设计中的摩擦、磨损和润滑10-3 机械设计中的基本要求和一般程序机械设计中的基本要求和一般程序10-4 机械零件的工作能力和计算准则机械零件的工作能力和计算准则本讲稿第二页，共三十五页10-1机械设计中的强度、许用应力和安全系数一、机械设计中的载荷和应力 一）载荷和应力的类型一）载荷和应力的类型（一）载荷（一）载荷静载荷静载荷 大小和方向均不随时间变化的载荷大小和方向均不随时间变化的载荷变载荷变载荷 大小或方向随时间变化的载荷大小或方向随时间变化的载荷静应力静应力 大小和方向均不随时间变化（或变大小和方向均不随时间变化（或变 化极缓慢）的应力化极缓慢）的应力变应力变应力大小和方向，或大小或方向随时大小和方向，或大小或方向随时 变化的应力变化的应力（二）应力（二）应力 机机械械设设计计应应满满足足的的要要求求很很多多，但但强强度度要要求求是是所所有有零零件件都都必必须须满满足足的的首首要条件，而强度计算必需确定作用于零件上的载荷和应力。要条件，而强度计算必需确定作用于零件上的载荷和应力。载荷指的是使结构或构件产生内力和变形的外力及其他因素。载荷指的是使结构或构件产生内力和变形的外力及其他因素。本讲稿第三页，共三十五页 工作载荷工作载荷 机器正常工作时所承受的实际载荷（实测载荷谱）机器正常工作时所承受的实际载荷（实测载荷谱）考虑各种附加载荷的影响考虑各种附加载荷的影响K K载荷系数载荷系数计算载荷计算载荷名义载荷名义载荷 按原动机功率求得的载荷按原动机功率求得的载荷P P功率功率n n机器转速机器转速静应力静应力 应力不随时间而变化应力不随时间而变化 稳定循环稳定循环 T T、平均应力、应力幅等、平均应力、应力幅等不随时间变化不随时间变化 不稳定循环不稳定循环 T、平均应力、平均应力、应力幅等应力幅等变化有规律变化有规律变应力变应力 应力随时间而变化应力随时间而变化随机随机 、变化无规律变化无规律本课程仅讨论循环变应力本课程仅讨论循环变应力载荷载荷应力应力(考虑内部和外部附加动载荷而引入的系数）考虑内部和外部附加动载荷而引入的系数）本讲稿第四页，共三十五页2 2变应力参数及典型变应力变应力参数及典型变应力1 1）稳定变应力参数：）稳定变应力参数：最大应力：最大应力：maxmax 最小应力：最小应力：minmin应力循环特征：用来表示应力的变化情况应力循环特征：用来表示应力的变化情况 =minmin/maxmax2 2）典型变应力及应力循环特征）典型变应力及应力循环特征平均应力：平均应力：应力幅：应力幅：maxmaxmminaat t本讲稿第五页，共三十五页应力类型应力类型a）静应力：）静应力：=+1变应力特例变应力特例b）非对称循环变应力）非对称循环变应力在（在（+1-1）间变化）间变化maxmaxmminaat tt t=常数常数c）对称循环变应力）对称循环变应力=-1t tamaxmaxmind）脉动循环变应力）脉动循环变应力=0t taamaxmaxm一）载荷和应力的类型一）载荷和应力的类型本讲稿第六页，共三十五页二、机械零件的失效形式及二、机械零件的失效形式及强强度条件式度条件式静应力作用下静应力作用下过载断裂、塑性变形过载断裂、塑性变形 二）二）零件零件强强度条件式：度条件式：=limlim/S/S 材料的极限应力材料的极限应力安全系数安全系数脆性材料制造的零件：脆性材料制造的零件：lim=b 塑性材料制造的零件：塑性材料制造的零件：lim=S 1 1静应力作用下静应力作用下 零件极限应力零件极限应力 2 2变应变应力作用下零件极限力作用下零件极限应应力力 limlim=NN疲疲劳劳极限极限 一）零件的失效形式一）零件的失效形式变应变应力作用下力作用下疲疲劳劳破坏破坏约约占零件占零件损损坏事故中坏事故中的的80%80%。3.3.安全系数安全系数S S的取的取值对值对零件的零件的结结构尺寸、工作可靠性均构尺寸、工作可靠性均有影响，有影响，设计时应设计时应根据零件的重要性、零件材料的根据零件的重要性、零件材料的质质量、栽量、栽荷荷计计算准确性等方面，合理算准确性等方面，合理选选取，具体数取，具体数值值可参考可参考设计资设计资料。料。材料的许用应力材料的许用应力本讲稿第七页，共三十五页(1)零件损坏机理零件损坏机理静应力作用下：静应力作用下：危险剖面塑性变形或断裂危险剖面塑性变形或断裂变应力作用下：变应力作用下：疲劳断裂疲劳断裂零件表面应力超过极限值零件表面应力超过极限值微裂纹微裂纹扩展扩展断裂断裂(2)极限应力极限应力静应力极限应力：静应力极限应力：与材料性能有关与材料性能有关变应力疲劳极限：变应力疲劳极限：与材料有关外，还与与材料有关外，还与循环特征循环特征r r 应力循环次数应力循环次数N N 有关有关 应力集中、绝对尺寸、表面状态应力集中、绝对尺寸、表面状态三三)零件疲劳损坏机理零件疲劳损坏机理 由于80%的零件产生疲劳破坏，所以先讨论零件疲劳损伤机理本讲稿第八页，共三十五页三三机械零件机械零件材料材料的的疲劳极限疲劳极限描描述述应应力力循循环环次次数数N N和和疲疲劳劳极极限限NN间间关关系系的的曲曲线线，其其横横坐坐标标为为应应力力循循环环次次数数N N，纵坐标为疲劳极限，纵坐标为疲劳极限NN疲劳曲线疲劳曲线无限寿命区无限寿命区有限寿命区有限寿命区N0N1N1N2N2NN NN0一一）N N 疲疲劳劳曲曲线线（等应力循环特征等应力循环特征的不等寿命的不等寿命N N曲线）曲线）DD点以后的疲劳曲线呈一水平线，点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区，其方程为：代表着无限寿命区，其方程为：由于由于N ND D很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N N0 0(称为循环基数称为循环基数)，用，用N N0 0及其相对应的疲劳极限及其相对应的疲劳极限r r来近似代表来近似代表N ND D和和 rr，于是有：，于是有：机械零件的疲劳大多发生在sN曲线D D点以前点以前，可用下式描述：本讲稿第九页，共三十五页有限寿命区间内循环次数有限寿命区间内循环次数N N与疲劳极限与疲劳极限rN的关系为：的关系为：式中，式中，r r、N0及及m的值由材料试验确定。的值由材料试验确定。N应力循环次数应力循环次数N=60 n th 每转受载次数每转受载次数使用寿命（使用寿命（h）转速转速（r/min）用疲用疲劳劳曲曲线线求取疲求取疲劳劳极限极限NN的方法的方法无限寿命区（无限寿命区（NNNN0 0）疲疲劳劳极限：极限：NN=，k kN N=1=1k kN N 寿命系数寿命系数有限寿命区（有限寿命区（N NN N0 0)疲疲劳劳极限极限:本讲稿第十页，共三十五页二）极限应力线图（等寿命疲劳曲线）二）极限应力线图（等寿命疲劳曲线）机械零件材料的疲劳特性除用机械零件材料的疲劳特性除用 N N曲线表示外曲线表示外，还可用等寿命曲线来描还可用等寿命曲线来描述。该曲线表达了不同应力比时疲劳极限的特性。述。该曲线表达了不同应力比时疲劳极限的特性。在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。用用A A C C折线表示零件材料的极限应力线图是其中一种近似方法。折线表示零件材料的极限应力线图是其中一种近似方法。A A 直线的方程为：直线的方程为：C C 直线的方程为：直线的方程为：为试件受循环弯曲应力时的材料为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由试验及下式决定：常数，其值由试验及下式决定：对于碳钢，对于碳钢，0.10.10.20.2，对于合金钢，对于合金钢，0.20.20.30.3。极限应力线图极限应力线图材料的疲劳特性本讲稿第十一页，共三十五页不同应力循环特征不同应力循环特征r时的疲劳极限时的疲劳极限材料的极限应力材料的极限应力简图简图已知材料的机械性能已知材料的机械性能可作可作简图简图折线折线ADGADG上任一点，表示在上任一点，表示在 不同不同 r r 时的疲劳极限时的疲劳极限对于对于n n 点点(工作应力为工作应力为和和)应力循环特征：应力循环特征：对应的疲劳极限：对应的疲劳极限：等效系数等效系数本讲稿第十二页，共三十五页零件的极限应力图还应考虑应力集中、绝对尺寸、表面状态的影响零件的极限应力图还应考虑应力集中、绝对尺寸、表面状态的影响应力集中：零件剖面几何形状突变处疲劳极限降低应力集中：零件剖面几何形状突变处疲劳极限降低用有效应力集中系用有效应力集中系数数来考虑来考虑绝对尺寸：剖面绝对尺寸大、出现缺陷概率大、疲劳极限降低绝对尺寸：剖面绝对尺寸大、出现缺陷概率大、疲劳极限降低用绝对尺寸系数用绝对尺寸系数来考虑来考虑表面状态表面状态：表面光滑或强化处理、能提高疲劳极限：表面光滑或强化处理、能提高疲劳极限用用表面状态表面状态系数系数来考虑来考虑综合影响系数综合影响系数或或考虑各因素影响考虑各因素影响本讲稿第十三页，共三十五页机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算1 1四.机械零件的疲劳强度计算一）零件的极限应力线图一）零件的极限应力线图 由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。以弯曲疲劳极限的综合影响系数以弯曲疲劳极限的综合影响系数 表示材料对称循环弯曲疲劳极表示材料对称循环弯曲疲劳极限限-1-1与零件对称循环弯曲疲劳极限与零件对称循环弯曲疲劳极限-1e-1e的比值，即的比值，即在不对称循环时，在不对称循环时，是试件与零件极限应力幅的比值。是试件与零件极限应力幅的比值。将零件材料的极限应力线图将零件材料的极限应力线图中的直线中的直线ADG 按比例向下移，按比例向下移，成为右图所示的直线成为右图所示的直线ADG，而极，而极限应力曲线的限应力曲线的 CG部分，由于是部分，由于是按照静应力的要求来考虑的，故按照静应力的要求来考虑的，故不须进行修正。这样就得到了零不须进行修正。这样就得到了零件的极限应力线图。件的极限应力线图。本讲稿第十四页，共三十五页机械零件的疲劳强度计算机械零件的疲劳强度计算2 2二）单向稳定变应力时的疲劳强度计算二）单向稳定变应力时的疲劳强度计算进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的 max max 及及 minmin确定平均应力确定平均应力m m与应力幅与应力幅a a，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相应工作应力点，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相应工作应力点M M或或N N。根据零件工作时所受的约束来确定应力可能发生的变化规律，从而决定以哪一个点根据零件工作时所受的约束来确定应力可能发生的变化规律，从而决定以哪一个点来表示极限应力。来表示极限应力。机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种：机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种：应力比为常数：应力比为常数：r=Cr=C 平均应力为常数平均应力为常数m m=C=C 最小应力为常数最小应力为常数minmin=C=C相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线上相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线上的某一个点所代表的应力。的某一个点所代表的应力。计算安全系数及疲劳强度条件为：计算安全系数及疲劳强度条件为：本讲稿第十五页，共三十五页在（在（K K），（）修正极修正极限应力图上限应力图上OGOG线将图形分线将图形分为两个区域为两个区域当工作应力点落在当工作应力点落在OAGOAG内内 线线OGOG对应的应力对应的应力循环特性循环特性r r为为当工作应力点落在当工作应力点落在OGCOGC内内零件产生零件产生疲劳破坏疲劳破坏零件产生零件产生塑性变形塑性变形当零件由中低碳钢制造（当零件由中低碳钢制造（塑性材料塑性材料）本讲稿第十六页，共三十五页单向应力状态下（当常数时）机械零件的疲劳强度计算单向应力状态下（当常数时）机械零件的疲劳强度计算对于塑性材料对于塑性材料即即时时即即时时以上正应力公式，用以上正应力公式，用替代替代则对剪应力同样适用则对剪应力同样适用当应力在疲劳破坏区当应力在疲劳破坏区当应力在静强度区当应力在静强度区本讲稿第十七页，共三十五页例有一热轧合金钢零件，其材料的抗弯疲劳极限：658MPa，400MPa，屈服极限189Mpa，应力幅为129Mpa ，零件的应力集中系数1.26，尺寸系数如取安全系数Smin1.5，核验此零件是否安全。658MPa，780MPa，所承受的弯曲变应力0.78，表面状态系数1。本讲稿第十八页，共三十五页解：(1)(2)因(3)(4)故得因此，该零件安全。零件产生疲劳破坏零件产生疲劳破坏本讲稿第十九页，共三十五页4 4四）双向稳定变应力时的疲劳强度计算四）双向稳定变应力时的疲劳强度计算当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力a a 和和a a时，经过实验可得出的极限应力时，经过实验可得出的极限应力关系式为：关系式为：式中式中 a a及及a a为同时作用的切向及法向应力为同时作用的切向及法向应力幅的极限值幅的极限值。若作用于零件上的应力幅若作用于零件上的应力幅a a及及a a如图中如图中M M点表示，则由于此工作应力点在点表示，则由于此工作应力点在极限以内，未达到极限条件，因而是安全的。极限以内，未达到极限条件，因而是安全的。由于是对称循环变应力，故应力幅即为最大应由于是对称循环变应力，故应力幅即为最大应力。弧线力。弧线 AMB AMB 上任何一个点即代表一对极限应上任何一个点即代表一对极限应力力a a及及a a。计算安全系数：计算安全系数：本讲稿第二十页，共三十五页其中其中计算安全系数：计算安全系数：本讲稿第二十一页，共三十五页10-2 10-2 机械设计中的摩擦、磨损和润滑机械设计中的摩擦、磨损和润滑一、机械中的摩擦一、机械中的摩擦 、干摩擦：表面间无任何润滑剂或保、干摩擦：表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦，摩擦系数护膜的纯金属接触时的摩擦，摩擦系数一般大于一般大于0.1 0.1 、边界摩擦：表面间被极薄的润滑膜所、边界摩擦：表面间被极薄的润滑膜所隔开，且摩擦性质与润滑剂的粘度无关而隔开，且摩擦性质与润滑剂的粘度无关而取决于两表面的特性和润滑油油性的摩擦，取决于两表面的特性和润滑油油性的摩擦，摩擦系数约在摩擦系数约在0.010.010.1 0.1、流体摩擦：表面间的润滑膜把摩、流体摩擦：表面间的润滑膜把摩擦副完全隔开，摩擦力的大小取决于擦副完全隔开，摩擦力的大小取决于流体分子内部摩擦力的摩擦，摩流体分子内部摩擦力的摩擦，摩擦系数可达擦系数可达0.0010.0010.008 0.008 本讲稿第二十二页，共三十五页、混合摩擦：摩擦副处于干摩擦、边界、混合摩擦：摩擦副处于干摩擦、边界摩擦和流体摩擦混合状态时的摩擦摩擦和流体摩擦混合状态时的摩擦 二、机械中的磨损二、机械中的磨损、磨损的定义、磨损的定义：由于表面的相对运动而使物体工作表面的物质由于表面的相对运动而使物体工作表面的物质不断损失的现象不断损失的现象零件的磨损过程大体可分为三个零件的磨损过程大体可分为三个阶段：阶段：磨合磨损磨合磨损阶段、阶段、稳定磨损稳定磨损阶阶段及段及剧烈磨损剧烈磨损阶段阶段 2 2、磨损过程、磨损过程本讲稿第二十三页，共三十五页粘着磨损：粘着磨损：3 3、磨损类型、磨损类型磨粒磨损：磨粒磨损：摩擦表面的微凸体在相互作用的各点发生摩擦表面的微凸体在相互作用的各点发生粘着作用，使材料由一表面转移到另一表粘着作用，使材料由一表面转移到另一表面的磨损面的磨损摩擦表面间的游离硬颗粒或硬的微凸体峰间在较软的材料摩擦表面间的游离硬颗粒或硬的微凸体峰间在较软的材料表面上犁刨出很多沟纹的微切削过程表面上犁刨出很多沟纹的微切削过程表面疲劳磨损表面疲劳磨损：摩擦表面受循环接触应力作用到达一定程度时，就会摩擦表面受循环接触应力作用到达一定程度时，就会在零件工作表面形成疲劳裂纹，随着裂纹的扩展与相在零件工作表面形成疲劳裂纹，随着裂纹的扩展与相互连接，会造成许多微粒从零件表面上脱落下来，致互连接，会造成许多微粒从零件表面上脱落下来，致使表面上出现许多浅坑，这种磨损过程即为疲劳磨损；使表面上出现许多浅坑，这种磨损过程即为疲劳磨损；腐蚀磨损：腐蚀磨损：在摩擦过程中金属与周围介质发生化学反应而在摩擦过程中金属与周围介质发生化学反应而引起的磨损引起的磨损 本讲稿第二十四页，共三十五页(1)(1)正确选用材料正确选用材料(2)(2)进行有效的润滑进行有效的润滑(3)(3)采用适当的表面处理采用适当的表面处理 (4)(4)改进结构设计，提高加工和装配精度改进结构设计，提高加工和装配精度(5)(5)正确的使用、维修与保养正确的使用、维修与保养4 4、减少磨损的措施、减少磨损的措施本讲稿第二十五页，共三十五页润滑起着十分重要的作用，可归纳为如下几点：润滑起着十分重要的作用，可归纳为如下几点：(1)(1)降低机器的摩擦功耗，节约能源；降低机器的摩擦功耗，节约能源；(2)(2)减少或防止机器摩擦副零件的磨损；减少或防止机器摩擦副零件的磨损；(3)(3)减少摩擦发热量。润滑剂还可以带走一部分热量，润滑减少摩擦发热量。润滑剂还可以带走一部分热量，润滑对降低工作温度起很大的作用；对降低工作温度起很大的作用；(4)(4)润滑可以防锈。润滑膜可以隔绝空气中的氧和腐蚀性气润滑可以防锈。润滑膜可以隔绝空气中的氧和腐蚀性气体，从而保护摩擦表面不受锈蚀。体，从而保护摩擦表面不受锈蚀。(5)(5)润滑能起缓冲和吸振作用。利用润滑膜的弹性和阻尼作润滑能起缓冲和吸振作用。利用润滑膜的弹性和阻尼作用；用；(6)(6)起密封防尘的作用。起密封防尘的作用。三、机械中的润滑三、机械中的润滑本讲稿第二十六页，共三十五页10-3 10-3 机械设计中的基本要求和一般程序机械设计中的基本要求和一般程序5 5其他要求：环保、噪音、外观等其他要求：环保、噪音、外观等一机械设计的基本要求一机械设计的基本要求1 1实现预定的功能，工作可靠；实现预定的功能，工作可靠；2 2经济性好：设计和制造周期短、成本低，产品生产经济性好：设计和制造周期短、成本低，产品生产 效率高、能耗低效率高、能耗低,维护管理费用少维护管理费用少；3 3操作方便，运行安全；操作方便，运行安全；4 4标准化、系列化程度高：以便简化设计工作，提高标准化、系列化程度高：以便简化设计工作，提高 产品质量；产品质量；本讲稿第二十七页，共三十五页二、机械设计的一般程序二、机械设计的一般程序设计过程一般可以分为四个阶段设计过程一般可以分为四个阶段可可行行性性设设计计阶阶段段认识需要认识需要技术任务书技术任务书可行性研究可行性研究初初步步设设计计阶阶段段方案构思方案构思方案评价方案评价参数定量及优化参数定量及优化详详细细设设计计阶阶段段总体设计总体设计零、部件设计零、部件设计改改进进设设计计阶阶段段样机试制与试验样机试制与试验综合评价综合评价生产设计生产设计小批量生产小批量生产产品定型产品定型本讲稿第二十八页，共三十五页10-4 机械零件的工作能力和计算准则 一）机械零件的工作能力一）机械零件的工作能力 零零件件的的工工作作能能力力是是指指在在一一定定的的运运动动、载载荷荷和和环环境境情情况况下下，在在预预定的使用期限内，不发生失效的安全工作限度。定的使用期限内，不发生失效的安全工作限度。二）机械零件的主要失效形式：二）机械零件的主要失效形式：过过大大弹弹性性变变形形零件的零件的刚刚度不度不够够引起引起塑性塑性变变形形工作工作应应力超力超过过材料的屈服极限材料的屈服极限S S引起引起2 2变变形形疲疲劳劳断裂断裂工作工作应应力超力超过过零件的疲零件的疲劳劳极限极限r r引起引起过载过载断裂断裂工作工作应应力超力超过过材料的材料的强强度极限度极限B B引起引起1 1断裂断裂压溃压溃、过过度磨度磨损损零件接触表面上的零件接触表面上的压应压应力力p p过过大大失效失效机械零件由于某种原因不能正常工作（不等于破坏）机械零件由于某种原因不能正常工作（不等于破坏）本讲稿第二十九页，共三十五页 计算准则计算准则 用于计算并确定零件基本尺寸的主要依用于计算并确定零件基本尺寸的主要依据。对于具体的零件，应根据它们的主要失效形式，采用据。对于具体的零件，应根据它们的主要失效形式，采用相应的计算准则。常用的计算准则有：相应的计算准则。常用的计算准则有：三）机械零件的三）机械零件的计计算准算准则则1 1强强度准度准则则性性 针对针对零件断裂、塑性零件断裂、塑性变变形或表面疲形或表面疲劳劳 损损坏失效坏失效强强度度 指指零零件件在在载载荷荷作作用用下下抵抵抗抗断断裂裂或或塑塑性性变变形形的的能能力力。强强度度是是保保证证零零件件工工作作能能力力的的最最基基本本要要求求。若若零零件件的的强强度度不不够够，不不仅仅因因为为零零件件的的失失效使机械不能正常工作，效使机械不能正常工作，还还可能可能导导致安全事故。致安全事故。强度的计算准则为：强度的计算准则为：MPa MPa 或或 针对断裂或塑性变形针对断裂或塑性变形 H H H H 针对表面疲劳损坏针对表面疲劳损坏本讲稿第三十页，共三十五页2 2刚度准则刚度准则 针对过大弹性变形针对过大弹性变形刚刚度度 指指零零件件在在一一定定载载荷荷作作用用下下抵抵抗抗过过大大弹弹性性变变形形的的能能力力。刚刚度度是是保保证证机正常工作，提高机床加工机正常工作，提高机床加工产产品品质质量的基本要求。量的基本要求。刚刚度的度的计计算准算准则为则为:y y:y y；式中，式中，y y、和和 分别为零件工作时的挠度、偏转角分别为零件工作时的挠度、偏转角 和扭转角；和扭转角；3 3耐磨性准则耐磨性准则 针对过度磨损、胶合破坏针对过度磨损、胶合破坏耐耐磨磨性性指指零零件件在在载载荷荷作作用用下下相相对对运运动动的的两两零零件件接接触触界界的的抗抗磨磨损损面面能能力力。耐耐磨磨性性是是保保证证有有相相对对运运动动的的零零件件正正常常工工作作的的基基本本要要求求。其其验验算式算式为为：p p p p 防止过度磨损防止过度磨损 pv pv pv pv 防止胶合破坏防止胶合破坏 本讲稿第三十一页，共三十五页 4 4振动和噪声准则振动和噪声准则 针对高速机械的振动失稳针对高速机械的振动失稳（即共振）当零件的固有振动频率（即共振）当零件的固有振动频率f f等于或趋近于零件的等于或趋近于零件的强迫振动频率强迫振动频率f f p p时，将产生共振。这不仅影响机械正常时，将产生共振。这不仅影响机械正常工作，甚至造成破坏性事故，而振动又是产生噪声的主要工作，甚至造成破坏性事故，而振动又是产生噪声的主要原因。原因。防止共振的条件为：防止共振的条件为：f f p p 0 087 f 87 f 或或 f f p p 1 118 f18 f式中，式中，f f 零件的固有振动频率，取决于零件的质量和零件的固有振动频率，取决于零件的质量和刚度刚度 f f p p 零件受激振源作用引起的强迫振动频率零件受激振源作用引起的强迫振动频率本讲稿第三十二页，共三十五页10-5 10-5 机械设计中常用材料的选用原则机械设计中常用材料的选用原则 机械设计中选择材料应该考虑以下几个方面：机械设计中选择材料应该考虑以下几个方面：使使用用要要求求受载情况、工作环境受载情况、工作环境尺寸与重量限制尺寸与重量限制零件重要程度零件重要程度选选择择原原则则变应力工作的零件变应力工作的零件尺寸与重量受限制尺寸与重量受限制重要零件重要零件零件尺寸取决刚度零件尺寸取决刚度滑动摩擦下工作滑动摩擦下工作选强度较高材料选强度较高材料选疲劳强度高材料选疲劳强度高材料选弹性模量大的材料选弹性模量大的材料选综合机械性能好的材料选综合机械性能好的材料选减摩、耐磨性好的材料选减摩、耐磨性好的材料高温下工作高温下工作选耐热材料选耐热材料与接触强度有关与接触强度有关选可进行表面强化的材料选可进行表面强化的材料工工艺艺要要求求零件复杂程度零件复杂程度尺寸大小尺寸大小毛坯类别毛坯类别选选择择原原则则铸造毛坯（复杂尺寸大）铸造毛坯（复杂尺寸大）焊接毛坯焊接毛坯需要热处理需要热处理外形简单产量大外形简单产量大选焊接性能好的低碳钢材料选焊接性能好的低碳钢材料 铸造性能好的材料铸造性能好的材料选延展性好的冲压材料选延展性好的冲压材料选热处理性能好的材料选热处理性能好的材料本讲稿第三十三页，共三十五页10-5 10-5 机械设计中常用材料的选用原则机械设计中常用材料的选用原则 机械设计中选择材料应该考虑以下几个方面：机械设计中选择材料应该考虑以下几个方面：经经济济性性要要求求原材料价格原材料价格制造费用制造费用市场供应情况市场供应情况选选择择原原则则采用高强度铸铁代替钢材采用高强度铸铁代替钢材用热处理或表面强化工艺发挥材料性能用热处理或表面强化工艺发挥材料性能采用组合式零件结构，减少贵金属用量采用组合式零件结构，减少贵金属用量采用表面处理方式减轻腐蚀和磨损，如镀铬采用表面处理方式减轻腐蚀和磨损，如镀铬改善工艺方法，提高材料的利用率。如无切削加工改善工艺方法，提高材料的利用率。如无切削加工本讲稿第三十四页，共三十五页 结 束本讲稿第三十五页，共三十五页