《机械设计基础》教案.docx

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1、机械设计基础教案 关于机械设计课程的说明 讲授任何一门课程,都得首先对它有个轮廓的了解,因而有必要先对机械设计课程作一简要说明。 一、本课程在专业教学安排中的地位与作用 本课程是机械类各专业教学安排中的一主门干课程,属技术基础课。因而它不仅要求学生预先学完工程制图、理论力学、材料力学、工程材料、机械制造基础、机械原理、公差与技术测量等先修课程,而且要求学生结合本课程的学习,能够综合运用所学的基础理论和技术学问,联系生产实际和机器的详细工作条件,去设计合用的零(部)件及简洁的机械,以便为顺当地过渡到专业课程的学习及进行专业产品与设备的设计打下初步的基础。因此,本课程具有从理论性课程过渡到结合工程

2、实际的设计性课程,从基础课程过渡到专业课程的承先启后的桥梁作用。另一方面,本课程所探讨的内容,主要是通用机械零(部)件的设计和选用方面的基本学问、基本理论和基本方法,所以是一般机械工程技术人员必备的基础。 二、本课程的性质与任务 本课程是一门培育学朝气械设计实力的技术基础课,属于设计性的课程。 本课程的主要任务是培育学生: 1.驾驭通用机械零、部件的设计原理、方法和机械设计的一般规律,具有设计机械传动装臵和简洁的机械的实力。 2.树立正确的设计思想,了解国家产前的有关技术经济政策。 3.具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的实力。 4驾驭典型机械零件的试验方法，获得试验技能的基本动

3、训练。 5对机械设计的新发展有所了解。 三、本课程的教学环节及特别性 本课程的教学环节除了 (包括自学)外，还应有习题课、探讨课、试验课、现场教学、答疑辅导、设计作业及课程设计等。虽然课堂教学是一个特别重要方面，但它远非本课程的全部，因而企图通过单单学习书本学问就把这门课程学好，最终必将落得一知半解，缺乏实践实力和设计素养，不能达到本课程的学习要求。这一点，务必提示每个学生都必需充分留意，并随时加以警惕。假如学生在作习题、设计作业和课程设计时，不留意进行理论和技术分析，不仔细查阅手册、图册和有关资料；做试验时不具体弄清试验目的、原理、仪表功能及测试方法；在现场教学中不细心视察零件的结构、材料、

4、制法、工作状况、失效形式和有关机器的运转性能，就不行能学好这门课程，也不行能成为一个优秀的机械设计者。所以学习本课程时必需明确，书本学问固属重要，但在工程实际中，很少是靠单独运用书本学问就能正确解决问题的，而是还需驾驭肯定的阅历资料和具备较强的工程推断实力。因为实际的机械设计问题几乎都不会只有一个答案的，新理论、新技术、新材料、新工艺以及新的市场信息等，都将使答案发生改变。所以肯定要擅长全面分析、综合协调、敏捷处理，并富有想象力、洞察力、探究精神和创新志气，从而对各种各样的设计问题作出机敏的工程推断。而这些实力是要靠一系列课程的各个教学环节来综合培育的。本课程应当负担培育的部分，则是通过前述全

5、部教学环节来实现的，决不是单单课堂教学就能奏效。 四、本课程的特点 1.论述机械零(部)件设计时的一般依次及目的 机械设计中,除第一篇“总论”是综合论述本课程的主要内容、性质、任务及一般机械设计的共性问题外,以后四篇都是分章论述常用的通用机械零(部)件设计问题。各章内容的一般依次是:首先介绍零(部)件的主要类型、构造、功能、材料、制法、标准、优缺点、适用场合等基本学问,以便对该章论述的零(部)件有初步的了解,从而为学习设计打算条件。然后论述工作状况、受力分析、应力状态、失效形式、设计准则、设计方法与步骤、参数选择原则、常用参考资料以及有关留意事项等,以便初步驾驭零(部)件的设计理论与方法。最终

6、给出释义例题(包括典型的工作图),以便引向设计实践,并给出若干习题,以便试行运用所学的有关学问、设计理论、设计方法及参考资料,进行初步的设计熬炼,从而加深与巩固所学的学问与技能,进一步开发智力,提高设计实力。这样就为进行设计作业、课程设计和某些简洁的机械的设计,打算了必要的条件。 2.机械设计的繁杂性及其对策 由于本课程探讨对象和性质上的特点,确定了教材内容本身的繁杂性。只有对这一点有较深的相识和充分的思想打算,才能在整个教学过程中加以正确的处理。教材内容的繁杂性主要表现“关系多、门类多、要求多、公式多、图形多、表格多”。形成上述“六多”的主要缘由是: 1） 由于本课程是建立在前述许多门先修课

7、程的基础之上的(即“血缘”很杂),因而必需和那些先修课程内容时时挂钩,紧密联系，才能把它们综合地运用来为机械设计服务。这就形成了“关系多”的特点。因此在教学过程中，须要常常引导学生回顾检查自己对各有关先修课程内容驾驭的程度，并刚好复习与深化有关的内容，清除学习道路上的障碍，提高学习效率与质量。 2)由于本课程要分门别类地选择一些典型的通用零(部)件，分章论述(事实上有些章里还包含了几个独立的部分)，而各种零(部)件本身都包含着许多类型，所以就形成了“门类多”的特点。为此，教学时要引导学生从各种零件的工作性能和适用场合等方面多作对比，从它们在机器中的功能、相互影响、装配关系等方面多作分析，找出各

8、零件间的关联；更要从设计理论及方法上找出各章之间的共性和特性，要仔细分析各个零件之间的内在联系，特殊是要从中总结出某些普遍规律，以便用来解决现在没有学到而将来可能遇到的新型零件的设计问题。所以，肯定不应把一个个的零件孤立起来，否则就难免产生内容零碎杂乱的感觉。 3)由于设计机械零件时，除了须要满意强度、刚度、耐久性、工艺性、体积、质量、经济、平安、便利、美观等一系列一般要求外，有时还要满意绝缘、抗磁、耐酸、防锈等特别要求。对于部件还常会提出更多的要求，这就形成了“要求多”的特点。因此，教学时务必引导学生学会擅长全面分析比较，权衡轻重，区分对待。“要求多”是由于全面考虑、分别论述的结果，而对于详

9、细的零(部)件，则应当用“详细问题详细分析”的方法来处理。 4)由于本课程是设计性课程，内容自应紧密围绕零(部)件的设计问题。设计包括多方面的内容，但其主要部分通常是工作实力设计和结构设计，而工作实力设计一般须进行某些计算(如强度计算、刚度计算、寿命计算、热平衡计算等)，这就形成了“公式多”的特点。因此，教学时务必引导学生学会彻底搞清公式的性质、运用条件、符号意义及代入单位、计算结果的单位等，然后才能正确应用它们。教材中的公式，有解析性的、阅历性的、半阅历性的、定义性的等，其中有些是在先修课程里学过的，有些则是新遇到的，还有的是只要求会用而不要求懂得其理论依据和推导方法的(如零件曲面接触应力的

10、计算公式是引自弹性力学)。尽管公式许多，但除了一些定义性公式(如许用正应力=limS；标准直齿圆柱齿轮的模数m=dz等)应在理解的基础上记住外，其余公式只要求能正确运用而不必硬记。 5)由于本课程许多内容要用图形表达，这就必定形成“图形多”的特点。因此，教学时务必引导学生把全部的插图一一看懂，并分清哪些是分析图，哪些是结构图，哪些是示意图；哪些是定性的，哪些是定量的；哪些图(曲线图)相当于表格(但比表格直观，可以利用“引出线”干脆查找数据而不需插算，只是精确性比用表格差些)等等。这样虽然图形许多，也就不难应付了。 6)由于设计性课程的教材须要附有为了阐明问题和作简洁习题所必需的最基本资料(其余

11、的则可查阅手册、图册、标准、规范等)，这就形成了“表格多”的特点。教学时务必引导学生弄清每个表格的适用场合及如何查用，并应留意一些表格下方的“标注”，忽视了这点就会造成查用上的错误，甚至带来严峻的后果。还应留意视察与分析表中数据的改变状况(递减还是递增，中间小还是两头小，缘由何在)，这会有助于了解有关各量之间的相互影响及概略的改变规律。 五、本课程要求的学习方法 前面已指出，本课程要起到“从理论性课程过渡到结合工程实际的设计性课程，从基础课程过渡到专业课程”的作用，因而必需认清这个“过渡”对学习方法提出的特别要求。机械设计课程的学习方法,不仅和过去学习公共基础课时有根本的差别,而且和学习理论力

12、学、材料力学、机械原理等技术基础课时的方法也大不相同。例如:材料力学由于探讨范围的不同,对于一个受有垂直集中载荷的简支梁,并不管梁上的载荷是哪个物体(零件)传给它的,这个物体是怎样安装在梁上的,更不要求设计或选择出两端所需的支承；机械原理探讨一个机构时，只要求确定各个构件的长度，并不要求确定构件的结构形态、材料、加工方法、强度、刚度、寿命等。但是到了机械设计课，就得解决一系列的实际问题，直到每个零件能够有效地完成其工作职能，并达到预期的工作寿命。因此，学习机械设计课程时，在学习方法上就面临着一个新的转折点，假如照旧沿用以前的学习方法，那就会轻重倒臵，不得要领。 因而假如在学习方法上“转折”得好

13、，那就会事半功倍，快速提高联系实际分析问题与解决问题的实力。所以学习方法正确与否，是具有重要意义的。 怎样才能在学习方法上“转折”得好，关键在于是否真正摸清了这门课程的性质。既然机械设计是一门实践性很强的设计性课程，那就应当除了努力学好课堂教学内容外，还要仔细学好各个实践性教学环节的内容，并留意把主要精力用于钻研零件的结构、选材、制法、标准、规范、适用场合、工作状况、受力及应力状态、失效形式及其机理、设计准则、设计方法与步骤，以及可能出现的问题与对策上，而对公式的推导、阅历数据的取得、某些曲线的来历等，只需作一般的了解，不必反复深钻，以免偏离重点。譬如在学习过程中，在适当的时候到试验室去亲自拆

14、装一台较简洁的机器或一个完整的部件(例如减速器),具体了解一下它的构造、功能、机构、零件、材料、毛坯、加工、装配、润滑、密封、运转、维护等，就会帮助学生较全面地了解这门课程，抓住较好的学习方法。教学时务必告知学生。 最终，还要特殊向学生提示两点： 一是必需明确，设计决非只是计算，计算虽也重要，但它只是为结构设计供应一个基础，而零件、部件和机器的最终尺寸和形态，通常都是由结构设计取定的，计算所得的数字,最终往往会被结构设计所修改。结构设计在设计工作量中一般占较大比重，因而必需赐予足够的重视。 二是必需明白，教材中给出的例题或某个零件的设计步骤及结果，仅为表明如何运用基础学问和阅历资料去解决一个实

15、际问题的范例，而不是唯一正确的答案或一切设计方法的终结；论述某个零件的设计方法和步骤，决非仅仅为了使学生学会那个零件的设计，而是为了培育学生驾驭这些“武器”,从而具备设计各种有关零件的实力。 机械设计教案 第一章 绪论 一、本章的主要内容、特点及教学要求 本章主要内容是：机器的作用，组成机器的基本要素（零件）；零件的概括分类；零件（局部）与机器(总体)的关系；机械设计的主要内容及处理有关冲突的原则；本课程的内容、性质与任务。 本章的特点是：它既是本课程的序幕，又是本课程的总纲。因而它的内容要贯穿全课程的始末，并涉及本课程的前后关系。讲好绪论课对搞好该门课程的教学工作是至关重要的,必需予以高度重

16、视,做好充分打算,保证把绪论讲好 依据教化部和我院制定的机械设计教学大纲,本章的教学要求为: 1）明确机械设计在国民经济建设中的重要作用； 2）弄清机械零件设计在机械设计中的地位； 3）了解本课程的内容、性质、特点、与先修及后续课程之间的关系，以及相应的学习方法，从而对整个课程获得一个俯视。 4）使学生对机械设计学科的发展前沿有所了解。 总的来说，本章的教学要求就是要使学生搞清晰“为什么学？”、“学什么？”和“如何学？”这三大问题，并树立起学好本课程的决心与信念。 二、本章重点及难点 本章重点，一是机器的主体及其基本组成要素和机械零件的分类，机械零件（局部）和机器（总体）的关系；二是本课程的内

17、容性质与任务。 本章难点是，除了驾驭本章的基本内容之外，还应结合本课程的性质与特点，主动探究具有针对性的学习方法。 三、本章教学工作的组织及学时安排 本章的教学内容支配1个学时。另外,在课外应再组织学生参观一些实际机械如印刷厂的印刷机、切纸机、零件陈设室的实物模型等。通过现场教学使学生从感性上进一步了解本课程探讨的对象和内容,体会学习本课程的目的,并进一步调动他们学习本课程的爱好和主动性. 其次章 机械及机械零件设计概要 一、本章主要内容、特点及教学要求 本章内容概括起来讲可分为两部分： 第一部分是关于及其总体设计的概述，包括2- 1、2-2及2-3三节。其次部分是关于机械零件设计的概述，包括

18、2-4及以后的各节。 本章特点在于从机器设计的总体要求动身，引出与机械零件设计有关的一些原则性问题。这些问题，例如设计机器的一般程序、机械零件失效形式、零件的设计要求、计算准则、设计方法、设计步骤及材料选择等，始终贯穿在本书以后的各章中。在讲授本章时，由于学生还没有接触到各个详细零件的设计内容，所以不大简单较为深刻地驾驭本章的内容，也无法和以后的各章建立联系。 本章的教学要求： 首先就是要从总体上建立起机器设计，尤其是机械零件设计的总括性的概念，即从机器的总体要求动身，引出对机械零件的要求，依据零件的失效形式，拟定出设计准则，在选择出适用的材料后，按肯定的步骤，用理论设计或阅历设计的方法，设计

19、出机械零件来。这个过程的系统性是很严密的。它对以后各章的学习都具有提纲挈领的作用。其次，要驾驭对机器和机械零件的基本要求。这些要求不管列出多少条，从本质上讲却只有两条，第一是提高机器总体效益；其次是避开失效。第一条要求是相对的，随着科学技术的发展，对总体效益的要求总是不断改变的。其次条要求却是最基本的。即在达到设计寿命前的任何时候，对机器和零件总是有避开失效的要求的。 以上要求不行能一下子驾驭，因此要求在以后各章节的教学中，不断的结合各章的详细分析来逐步加深。 二、本章重点及难点 本章重点是与机械零件设计有关的几节。本章的难点不在于各节的详细内容，而在于对各节的内容要从总体上以及它们的相互联系

20、上予以理解，了解各节之间在逻辑上的相互关系。本章的难点还在于本章的内容特别原则而不详细，它的详细化要在以后的各章中才能体现。 1机器的组成（2-1） 本节概括的介绍了一部机器的组成状况。教学时要留意到，不管是机器的基本组成部分，还是其余部分，都包含有由机械零、部件构成的机械系统。即使在今日高科技时代，高水平的机电一体化机器，其任何部分，包括限制系统在内，也都离不开机械。这一点，肯定要牢牢记住。 2设计机器的一般程序（2-2） 本节从最一般的概念上介绍了一部机器的设计程序。必需说明，本课程并不能负担起关于整部机器一般设计程序所涉及的全部问题的探讨任务。机器的设计程序已成为一门新的专业课程。该章对

21、机器的设计程序仅作一般的简略介绍，其目的除了使学生对机器设计过程有一个总体概念以外，还在于着重说明零件和部件设计在整部机器中所占的地位及其重要性。本门课程主要服务于机器设计程序中的技术设计阶段。让学生细致地阅读教材第7页上“ （三）技术设计阶段”的内容。不行绽开讲。 3对机器的主要要求（2-3） 本节是为了能从其中引出对零件的基本要求而设的。对机器的要求在很大程度上是要靠零件满意设计要求来保证的。 4机械零件的主要失效形式（2-4） 本节介绍的仅为零件失效形式的主要类型，是从完成零件技术功能的观点来定义失效的，并不涉及社会经济分析问题。事实上，随着科学技术的进步，有时有些机械零、部件甚至整部机

22、器虽然没有出现教材中所列举的任何一种失效形式，但由于它们已不能适应技术发展的须要而必需予以淘汰或报废。从广义上讲，这也是一种失效形式。 5设计机械零件时应满意的基本要求（2-5） 本节所提出的五项基本要求中，避开在预定寿命期内失效的要求和结构工艺性要求是最主要的；经济性和质量小得要求是不言而喻的；牢靠性要求是随着机器越来越困难而提出的新要求的。 对于强度，要明确强度既与零件的断裂有关，也与零件的不允许的残余变形有关。这和以后选择零件材料的极限应力有亲密联系。 对于刚度，要明确它涉及到的是零件的弹性变形，不能把它和残余变形相混淆。 对于寿命，要留意主要制约寿命的技术因素是疲惫、腐蚀、和磨损。 对

23、于高温下工作的机器及其零部件，或者对于工程塑料零件，蠕边变形也是影响寿命的一个因素。 本课程是探讨通用机械零件设计问题的，所以只列举了前三个因素。 结构工艺性要求是应赐予足够重视的一个基本要求。要让学生正确理解和驾驭结构工艺性的要求，必需熟识从毛坯生产到最终运用的全过程的有关工艺学问。此外，在机械设计工作中，从工作量上来说，处理结构工艺性的问题所花费的精力也是相当可观的。学生在学习本课程时，工艺学问还不够全面，因而要特殊强调这一要求。 6机械零件的计算准则（2-6） 强度、刚度、寿命及振动稳定性各准则，与先修的力学课程亲密相关，比较简单理解。 关于零件的靠性，可以从不同的失效模型探讨，得到不同

24、的牢靠度规律。本章所述的指数规律，是在不详细考察零件失效的缘由，而只从失效的表现来探讨零件的牢靠性时所采纳的规律。 式（2-6是一个概括性很强的公式，随着失效率的函数形式的不同，可以得到多种不同的牢靠度改变规律。对于它的理解应当是： a)随着工作时间的延长，零件的牢靠度R总是渐渐降低的。这个概念是符合于常识的。从数学上看，零件的失效率总是一个正值。 b)失效率和牢靠度之间既有严格区分又有相互联系，失效率越高，则在某一固定时刻的牢靠度也就愈低。牢靠度总是时间的函数，而失效率却既可以是时间的函数，也可以不是时间的函数而为某一常数。因此，说牢靠度，必需同时指明工作寿命。两个零件的牢靠度只有在同一寿命

25、下才是可比的。 两次失效件的平均工作时间（MTBF）通常是用统计的方法来确定的。 7机械零件的设计方法（2-7） 本节从设计方法的类比来探讨设计方法，而不是各种设计方法的详细细微环节内容。不同零件的设计方法有不同的不表现形式，这在以后各种零件设计的有关章节中再行探讨。 本节提出常规设计方法和现代设计方法两个大类别。不能误会为有了现代设计方法，常规的设计方法就是过时了或不须要了。现代设计方法是在新的设计思想以及有了现代的设计技术物质手段的条件下，由常规设计方法发展而来的，在必要时用来弥补常规设计方法的不足，但它并不能完全取代常规设计方法，因为现代设计方法本身是离不开常规设计方法的。例如优化设计方

26、法中许多约束条件就是要依靠常规设计方法来建立。所以要摆正这两种设计方法件的关系。 学生们一般对理论设计方法易于接受，但对阅历设计方法却往往不予重视。阅历设计“是很有效的设计方法”。所谓阅历，总会随着社会的不断发展而不断积累，阅历并不总是陈旧的、过时的东西。相反，它恰恰是在理论还不成熟时，用来解决各种问题的一种牢靠的方法。后面各章中就有不少阅历设计的内容，许多阅历数据也可以广义理解为阅历设计的内容，从这一意义上来说，理论设计也是离不开阅历设计的。 模型试验设计是在理论设计学问还不完备，原有的阅历又不足以解决设计问题时，人们获得新阅历和发展新理论的一种设计方法。 8机械零件设计的一般步骤（2-8）

27、 本节只勾划出零件设计步骤的一个轮廓。在实际运用时，由于所驾驭的已知条件的多寡不同，它会有相当的敏捷性。例如，有时可先做结构设计，然后依据计算准则进行必要的验算。有时还可能要反复地进行若干步骤的工作。 9机械零件材料的选用原则（2-9） 由于后续各章将会对各种零件常用的材料作详细介绍。所以本节只重点说明材料的选用原则。选用材料的前提是对材料性能（包括机械、物理和工艺性能）以及经济性的全面了解。选用材料的基本方法，是在分析与总结已有的胜利地运用阅历及选材不当的教训的基础上，结合对材料的了解，全面衡量，妥当取定。 10机械零件设计中的标准化（2-10） 标准化是设计工作中的一个重要的内容，要在熟识

28、现行的各种有关标准的前提下，在设计中运用和遵守标准。标准是人制订的，是为设计工作服务的。 可以把各种设计标准分为两类：一类是在设计中可以敏捷处理的，例如直径标准、长度标准等；另一类通常是要严格遵守的，例如螺纹尺寸标准、齿轮模数标准等。虽然如此，在某些特定条件下，这类标准也可以不予遵守，例如在航空航天工业中，由于部件的尺寸及质量的大小须要严格限制，也不乏采纳非标准齿轮模数的状况。 三、本章教学工作的组织及学时安排 本章的教学内容支配2学时。以课堂讲授和板书表达为主，留意条理化。 第三章 机械零件的强度 一、本章主要内容、特点及教学要求 强度准则是最重要的设计准则。本章把各种零件强度计算的共性问题

29、集中到一起，略去零件的详细内容，而突出阐述强度设计计算的基本理论和方法。以后各章中各种强度的计算方法从本质上来讲都是一样的。不同零件的强度计算公式在形式上的不同，仅来源于零件本身的特别性，以及设计工作中沿用的一些惯例，而不是强度计算方法的原则有什么不同。 本章的教学要求： 1了解疲惫曲线及极限应力曲线的来源、意义及用途，能从材料的几个基本机械性能(0，s，-1)及零件的几何特性，绘制零件的极限应力简化线图。 2学会单项变应力时的强度计算方法，了解应力等效转化的概念。 3了解疲惫损伤累计假说（Miner法则）的意义及其应用，相识到以应力和以载荷计算的状况系数之间的联系及差别。 4学会双向变应力时

30、的强度校核方法。 5会查用附录中的有关线图及数表。 二、本章重点、难点及留意事项 13-2疲惫曲线内容 绝大多数通用零件都是在变应力下工作的，因此，各种各样的疲惫破坏是通用零件的主要失效形式。 1）式（3-1）式描述疲惫曲线右侧（CD）部分的一种公式。除该式以外，在特地探讨疲惫强度的文献中还会看到其它形式的公式。但式（3-1）式有关公式中形式最简洁、参数最少（只有m和C两个）、又能满意工程计算的精确性要求，并且应用起来最为便利的公式，所以在设计中应用最广泛。 2）教材图3-3上N0和ND是两个不同的循环次数。N0是人为规定得值，所以在不同的文献中，其值常有差异。而ND是随着材料所固有的性质的不

31、同，通过试验来确定的一个常数。由于试验技术上的缘由，各文献上对同一材料所介绍的ND值也往往有所不同。这主要是因为试验条件及方法不同所致。 在本节中，主要的是要知道N0和ND在定义上是不同的，至于它们的详细数值，在以后各章节中用到时都会给出的。顺便提一下，对于中碳钢一类的材料，在拉压、弯曲和扭转条件下，由于ND的值不很大，所以经常以ND值作为N0值，即N0=ND。 23-2极限应力线图 要得到疲惫强度计算时的极限应力线图，应当在各种不同应力循环特性r条件下进行材料的疲惫试验，先求出各不同的r时的疲惫曲线。然后，依据这些不同的疲惫曲线，得到许多个对应于不同循环特形式的材料的疲惫极限rn。利用这些r

32、N才能在a-m坐标上绘制出材料的极限应力线图。这是一条曲线，即图3.1上ADB曲线。可是要得到这一条曲线，须要耗费惊人的物力刚好间。因此，人们提出只利用很少的几个试验数据来近似地求得在工程应用上足够精确的极限应力曲线的方法。 图3.1所示的材料的极限应力图，是用光滑的(无应力集中源的）、标准尺寸的试件通过试验的方法求出的，曲线ADB为极限应力曲线。为了便于计算，可用AD近似地代替AD（由图可知，这样简化，误差很小，但计算公式大大简化）；对于塑性材料承受静应力时，其极限应力为屈服极限s，故可用CG来表示其极限应力线（留意CG上任一点所代表的极限应力均为max=a+m=s）；再将AD延长到G,与C

33、G交于G。经过这样的简化，就得到了ADG和GC两条分别对应于变应力及静应力状况下的极限应力线。这就是图3-4所示的材料的简化极限应力图。 教材图3-5是用有应力集中源的试件作试验求得的简化极限应力线图。有应力集中源的试件中的应力是根据公称（名义）应力来计算的，即依据截面尺寸不考虑应力集中作用来计算应力的。由于有应力集中源，致使试件在N0循环时发生破坏的试验载荷要比无应力集中源试件的破坏载荷低得多，因而求得的公称应力值就低得多。依据试验数据，人们发觉A和A以及D和D点的纵坐标的比值基本上都等于K。因此，弯曲疲惫极限的综合影响系数K只是在相同平均应力条件下，材料的与零件的极限应力幅的比值。这个意思

34、在不少的书籍中表述为：综合影响系数只对应力幅有作用，对平均应力不发生影响。这就是式(3-7a)所表达的意思。（3-7a）的“试件受循环弯曲应力时的材料特性”，其含义就相当于某种材料能把所承受的弯曲平均应力转化成等效的弯曲应力幅的一种特性，所以也叫做“弯曲平均应力转化系数”，亦即弯曲应力的平均应力部分被它乘了之后，就具有与弯曲应力的应力幅同等的疲惫损伤作用了。这个转化可以用图3.2来说明。不过，这样的分析是以应力的循环特性不变的工作状况为前提的。 由图可见，图a中的单向不对称循环变应力，可以分解为图b所示的平均应力。图c的平均应力又可等效转化为图d所示的对称循环变应力了。因此，这个应力的转化过程

35、也可以叫做不对称循环变应力的等效转化。这个应力等效转化的概念，就是把的工作应力，转化成在强度上具有等效影响的对称循环变应力。 式(3-10)是各种文献中计算弯曲疲惫极限的综合影响系数k的公式的一种。除此以外，还有其它的k的表达式。k的计算式是人们依据阅历拟合的，也就是说它是该书的作者依据自己的阅历和相识提出的，而不是一个理论公式。不同资料不得混用。 3.3-2单向稳定变应力时机械零件的疲惫强度计算 单向稳定变应力虽然在实际的机械零件中是较少遇见的工作状况，但它的计算方法却是疲惫强度计算的基础。这是因为人们所知道的材料抗疲惫破坏的机械性能-1或0是在试验室中根据单向稳定变应力的工作状况用试验方法

36、确定的原因。因此本节内容特别重要。 我们用平均应力m和应力幅a作为描述变应力的一对参量。这等效于用maxmin和r中的任何两个作为参量的描述方法。 首先要明确的是：在一个已知的工作应力点（m,a）条件下，由于零件中应力改变规律的不同，可以求出对应于此工作应力点的多数个极限应力，即极限应力曲线上任何一个点所代表的极限应力都有可能作为该工作应力的极限应力。对于基本的典型的应力改变规律，可以列出r=C, m=C及min=C这三种状况下的极限应力计算方法。其次，零件在任一种应力改变规律下，都有可能出现静应力破坏或疲惫破坏的状况。究竟哪一种破坏更易于发生，则取决于应力改变曲线首先和极限应力曲线的那一段相

37、交。如首先和AG部分相交，就说明零件将会首先发生疲惫破坏；如和GC部分相交，则首先会发生静应力破坏。由此道出不同的疲惫强度校核公式。 43-2单向不稳定变应力时疲惫强度计算 单向不稳定变应力时强度计算的依据是疲惫损伤累计假说，即式（3-26）。有些文献上把它叫做Palmgren-Miner假说，或者简洁的叫做迈纳尔（Miner）法则。这是一个基于能量观点的假说。该假说认为材料发生疲惫破坏，是材料上所作用的外力对材料所作的功积累到肯定值时的必定结果，并认为同等的变应力中每一应力循环都做同样的功，都对材料起同样的损伤作用。因此，设该变应力循环N次使材料发生疲惫破坏，则每一应力循环中外力所作的功就是

38、引起破坏的总能量1，这个值就是一次循环的损伤率。虽然Miner法则在很多试验条件下与试验的N数据不能很好的吻合，但作为概念，它还是反映了总和损伤率的统计关系。因此，就工程计算精确性的意义上来说还是可用的。 式（3-30）中的应力状况系数Ks的作用，是把对称循环的不稳定变应力（图3.3a）转化为等效的对称循环稳定变应力。至于转化成具有什么参数的稳定变应力，虽然可以在各级不稳定变应力中任选一级变应力作为典型应力，但好用上通常是选择其中肯定值最大且作用时间也较长的一级变应力作为典型应力。对于那些在零件整个工作寿命中循环很少次数的峰值过载应力，只要它通过了静强度计算，一般不作为典型应力。公式中以1作为

39、选取的典型应力值，其它各级变应力都向1等效转化为相当于对称循环N次的稳定变应力1（图3.3b），然后合并起来最终折算成ks1为应力幅的对称循环改变N0次的稳定变应力（图3.3c）。所以，平安系数计算值Sca及强度条件就应当为Sca=(-1/ks1)S。这就是教材中的式(3-31)。 假如原来作用的是不对称循环的不稳定变应力时,就先对各级应力的乘以,再加上该级的应力幅,把各级不对称循环变应力等效对称化,然后再用系数进行等效稳定化.这样就可以当作对称循环稳定变应力来处理.式(3-32)中的载荷状况系数与的意义相同,只不过是施加于变载荷(使之转化为等效的稳定载荷)状况下的系数而已.5.3-2双向稳定

40、变应力时的疲惫强度计算 双向稳定变应力时的计算依据是图3-12及式(3-33).式(3-33)是用于同相位对称循环的弯曲和扭转变应力联合作用的状况.对于一般的平面应力状态,可以应用最大切应力理论进行强度计算.事实上,式(3-33)就是弯曲、扭转联合作用下最大且应力理论也是大致符合于试验结果的.6对3-3机械零件接触强度的说明 和全部其它条件下的强度一样，接触强度计算也包括接触应力的计算、极限应力与许用应力的确定以及强度条件的校核三部分。 极限应力与许用应力的确定，就是依据试验数据来确定接触疲惫极限，然后再依据运用阅历确定平安系数，从而计算出许用应力。应当特殊指出，用试验方法求接触疲惫极限时，由

41、于试验条件的不同，可能有纯滚动及滚动带滑动两种状况。同样的材料在这两种条件下得到的接触疲惫极限值是有不小的差别的。 接触应力的分析必需借助于弹性力学的方法。对于大多数工程专业的高校生来说，在学机械设计课程以前是不会支配弹性力学课程的。因此，对这个公式，只要会运用就可以了。 三、本章教学工作的组织及学时安排 本章的教学内容支配4个学时。以多媒体手段和板书推导相结合来共同完成该章的教学任务。 第四章 摩擦、磨损及润滑概述 一、本章主要内容、特点及学习要求 1主要内容 本章主要内容是对摩擦学所探讨的主要对象（即摩擦、磨损和润滑的基本问题）作简洁扼要的介绍，重点在于阐述摩擦和磨损的分类与机理，形成油膜

42、的动压和静压原理，以及弹性流体动力润滑的基本学问。 2特点 因本章涉及的内容较广，为了使读者对摩擦学有一个概括的了解，因而本章包含的内容是较多的。这里只要求搞清概念，而无需做更深的探讨。 3教学要求 1）明确摩擦学所包含的主要内容、探讨对象及发展摩擦学的重要经济价值。 2）对于干摩擦、边界摩擦、混合摩擦、流体摩擦的机理与物理要有扼要的了解。 3）初步了解磨损的一般规律（即磨损曲线）及各种磨损（粘附磨损、磨粒磨损、疲惫磨损、冲蚀磨损、腐蚀磨损和微动磨损）的机理和物理特征。 4）了解润滑的作用及润滑剂（油、脂）的主要指标。 5）驾驭流体动力润滑的基本概念及楔效应承载原理，而对于弹性流体动力润滑和流

43、体静力润滑只需有一个初步了解即可。 二、本章重点、难点及留意事项 1本章重点为：1）各类摩擦的机理与物理特征；2）各类磨损的机理与物理特征；3）流体动力润滑的基本原理。 2本章难点为楔效应承载理论及弹性流体动力润滑原理。 3本章内容分析及学习留意事项 1）概述部分 本部分应了解摩擦学所包含的主要内容和探讨对象，以及摩擦、磨损与润滑之间的有机联系。明确摩擦是因其能量损耗的主要缘由，磨损是造成零件失效和材料损耗的主要缘由，而润滑则是减小摩擦和磨损的最有效的手段。随着科学技术的发展，材料和能源的节约日益重要，因此形成了一门新兴的学科摩擦学。它是探讨相对运动中相互作用者的表面工作状况的科学和技术。 2

44、)讲授4-1“摩擦”一节内容时应留意的问题 本节所探讨的摩擦，不是先修课程内容的简洁重复，而是更着重于摩擦的机理和物理本质。学习时要留意了解各种摩擦的机理及其状态。 干摩擦 关于干摩擦的理论，主要有机械啮合理论、分子机械理论、静电力理论的粘附理论。目前认为粘附理论对金属摩擦在宏观上提出了最满足地说明。 用粘附理论，结合试验结果，证明白经典摩擦定律的正确性，得出了干摩擦时的摩擦力与表观接触面积无关而与载荷成正比的结论见教材第四章公式（4-2）及（4-3）。 重点弄清以下概念： a）简洁粘附理论认为真实接触面积Ar取决于软金属的压缩屈服极限Sy和法向载荷Fn。但这一结论有肯定的局限性。修正粘附理论

45、认为真实接触面积是与金属材料的塑性变形确定的。这是考虑在有摩擦的状况下，由于接触区同时作用有法向应力及切应力，并假设当最大切应力达到临界值时，材料发生屈服。因此，真实接触面积Ar应当是考虑法向载荷的影响所得到的接触面积与摩擦力产生的面积增量之和。 b)简洁粘附理论指出摩擦系数f=B/Sy,其中B、Sy皆指两金属中较软者的应力。对于大多数金属，比值B/Sy均较接近，因而各种金属的摩擦系数相差很小。文献12对此的说明，认为是由于当两种硬金属发生摩擦时，其B及Sy都较高而真实接触面积Ar却很小，当软金属对硬金属摩擦时，其B及Sy都较低而Ar却较大的原因。事实上，将按简洁理论算得的摩擦系数肯定值与通过

46、试验侧得的数值作一比较，就可以证明它是不完全的。修正后的粘附理论是一种较符合实际的理论，虽然它仍以简洁理论的模型为依据并作了若干假设，但它却能说明不少的摩擦现象。 边界摩擦 首先应当了解边界摩擦的性质，即这种摩擦特性主要取决于润滑油和金属表面的化学性质，其特征就在于相对滑动的两金属表面上形成了边界膜。 进而应搞清晰物理吸附膜、化学吸附膜和化学反应膜形成的机理和特点。明确前两种边界膜的润滑性能称为润滑油的油性，后一种则叫极压性。 因为纯粹的边界摩擦只是在志向的光整表面间才能实现，而这种志向的光整表面事实上并不存在，因此不行能有纯粹的边界摩擦。事实上，我们所说的边界摩擦都是边界摩擦与干摩擦的混合。例如，当两摩擦表面间的间隙很小或机器起动机停车时，均会出现这种摩擦状态。 混合摩擦 首先应了解产生混合摩擦的条件，明确混合摩擦是一种兼有干摩擦、边界摩擦和流体摩擦的平均性质的摩擦。例如，在滑动轴承中当轴颈滑动速度不足或润滑不足，而载荷过大时，便可产生这种混合摩擦（如内燃机的连杆销、十字滑快销和活塞销等）；甚至正确设计和计算能达到流体摩擦的轴承在启动、停车及在磨合时间内也不行避开的会产生混合摩擦；此外，如在油中有硬质颗粒，其尺寸超过了油膜厚度，也