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作者：杨世明编

出版社：电子工业出版社

出版时间：2014-01-01

书籍编号：30467603

ISBN：9787121217791

正文语种：中文

字数：151438

版次：1

所属分类：教材教辅-大学

版权信息

书名：机械设计（下册）：机械零件设计

作者：杨世明

ISBN：9787121217791

版权所有 · 侵权必究

前言

本书根据教育部机械基础课程教学指导分委员会2012年编制的机械原理课程教学基本要求、机械设计课程教学基本要求、机械工程实践需要和多年教学实践经验编写而成。

与本书配套出版的还有《机械设计（上册）——机器与机构分析和设计》，本书为下册，上、下册共包含五篇：第一篇导论，第二篇机构分析与综合及机械系统运动方案设计，第三篇机械系统动力学，第四篇机械零件设计，第五篇现代机械设计方法概论，包括我国高等院校机械类专业机械原理和机械设计课程教学内容，且按机械设计实践的一般步骤编排教材内容。这样编写是基于下述考虑：突出机器设计规律和一般步骤，便于学生掌握机器设计的内涵和规律，加强学生机器设计能力培养；传统机械设计课程（教材）并没有包含机械系统运动设计部分，实质上主要还是机械零件设计的内容。

上册主要内容为机械原理课程教学基本要求规定的教学的内容，下册主要内容为机械设计课程教学基本要求规定的教学内容。

本书比较系统地讲述了机器设计概念、目标、内容、原则与主要考虑的问题、机械设计工程师社会责任和职业道德等内容，目的是使学生能在产品研发的开始阶段有章可循，提高学生设计机器的能力。为了培养学生的创新意识、提高学生使用现代设计方法的能力，把现代机械设计方法概论单独编写为一篇，介绍了常用的现代机械设计方法。

机械零件设计部分尽量采用实物照片或立体图和新的国家标准，在附录中给出了学生完成习题需要的一些资料。

参加本书编写工作的有杨世明（第1章、第2章、第19章、第20章和第22章），金国光（第3章）、刘卉（第4章）、冯志友（第5章、第8章、第9章、第10章、第11章和第12章）、武宝林（第6章、第7章）、赵镇宏（第13章、第14章、第15章、第16章、第17章和第18章）、高淑英（第21章、第23章和第24章），主编杨世明，副主编冯志友、刘卉和赵镇宏。上册由冯志友统稿，下册由杨世明、赵镇宏统稿。本书由天津大学陈树昌教授审稿。

尽管编者为本书付出了许多努力和心血，但疏漏和不当之处在所难免，希望从事机械原理、机械设计课程教学的教师及其他读者批评指正。

编者

2013年8月

第四篇 机械零件设计

第13章 机械零件设计概论

13.1 引言

一台机器少则有几十个、数百个零件，多则有成千上万个零件，甚至更多，机械零件的设计直接影响着机器的安全、可靠性、性能、成本、标准化、重量、外观等。设计人员在设计过程中必须满足功能、经济性、加工、运输、维护和操作，以及从其他角度提出的不同要求。虽然从内容上来说这些要求各不相同，但是对于设计工作还是可以归纳出一些通用的设计原则。这些原则是尽可能最优地解决一个设计问题的前提条件。机械零件设计属于详细设计阶段。机械零件设计工作主要包括：材料和热处理选择，参数设计和结构设计。在设计机械零件时，要仔细考虑所有细节，例如，操纵手轮要防滑，操纵力要在人力范围内；噪声不要超标；不要污染环境、体积要小、安全性要高、维修要方便等。本课程所研究的内容为通用零件的设计。

13.2 机械零件设计的基本要求、一般步骤和设计计算方法

13.2.1 机械零件设计的基本要求

1）功能性

功能性，即机械零件能完成给定的任务（功能），这是对机械零件提出的主要要求。下面其他各项基本要求都是以满足功能要求为前提条件的。

2）可靠性

可靠性，即机械零件能在寿命期限内正常发挥其功能。每一个机械零件在机器中必然有一定的功用，有些关键零件对机器正常工作有决定性作用。要把机械零件设计放在设计机器的系统工程中进行，通过科学设计，务必保证机械零件工作可靠。影响零件可靠工作的因素有：强度、刚度、寿命、振动稳定性、精度、摩擦磨损等。通过采取相应的预防措施（面向强度设计、通过引入过载破坏装置实现过载保护、按照人机工程学设计操作零件）等，可有效防止出现危险。

3）经济性好

在满足产品功能的条件下降低产品成本是企业不变的目标。零件的材料和制造费用占机械产品成本中较大比例。降低零件成本的主要方法有：减小零件的体积和重量、尽量减少贵重材料使用量、提高材料利用率、尽量减少加工费用。

4）便于加工装配

机械零件要有良好的加工和装配工艺性，以缩短制造周期、提高企业反应速度，增强企业竞争力，降低成本。各种加工方法及其优缺点对零件结构设计有着决定性影响，而且产品批量（单件、系列或批量加工）对加工方法也起着决定性作用。所有零部件都应尽可能满足装配简单以降低成本这个要求。

5）符合有关标准

设计师首先是国家公民，要遵守国家法规和有关规定，如标准、专利法、商标法等。要尽量使用标准化的零件，以提高产品质量、合理简化品种、缩短设计制造周期、降低制造成本、保护环境。

13.2.2 机械零件设计的一般步骤

机械零件设计的步骤大致如下。

（1）根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构。为此，必须对各种零件的不同类型、优缺点、特性和使用范围等进行综合对比与正确选用。

（2）根据零件的工作条件及对零件的特殊要求，选择合适的材料和热处理方法。

（3）根据零件的工作情况，确定作用于零件上的载荷（包括建立力学模型、进行载荷分析和计算、考虑各种因素对载荷的影响及确定零件的计算载荷）。

（4）根据零件可能出现的失效形式，确定计算准则，并计算和确定出零件的基本尺寸。

（5）根据工艺性和标准化等要求进行零件的结构设计。

（6）细节设计完成之后，必要时应对零件进行校核计算，以判定结构的合理性。

（7）绘出零件的工作图，并撰写计算说明书。

13.2.3 机械零件设计计算方法

机械零件的主要尺寸常需要根据强度、刚度、耐磨性等要求经过计算确定。对于一般机械零件，经常采用经过简化的计算方法，甚至使用经验公式计算。而对于重要的机械零件，可以采用比较复杂而精确的计算方法，但是往往这些计算也要对实际零件进行合理的简化。

常见的机械零件设计方法如下。

1.常规设计方法

常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算，结合人们在长期的设计和生产实践中总结出的方法、公式、图表等进行设计的方法。常规设计方法可以概括分为以下三种。

（1）理论设计：根据长期实践总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计。理论设计分为设计计算和校核计算。

① 设计计算，即由理论设计计算公式确定零件的主要参数和尺寸。

② 校核计算，即先按经验公式和某些建议的方法初步确定零件的主要参数和尺寸，然后用理论校核公式进行校核计算。

设计计算多用于能通过简单力学模型进行设计的零件；而校核计算则多用于结构复杂的零件。

（2）经验设计：根据对某类零件已有的设计及经使用实践而归纳出的经验公式，或根据设计者本人的设计经验用类比的方法所进行的设计。这对于那些使用要求变化不大而结构形状已典型化的零件是很有效的设计方法。例如，箱体、机架、传动件的结构要素等。

（3）模型实验设计：把初步设计的零、部件或机器做成小模型或小尺寸样机，经过试验的手段对其特性进行检验，根据实验结果再对设计进行逐步修改，达到完善。这种方法对于那些尺寸巨大而结构又很复杂的重要零件的设计是一种很有效的方法。

2.现代设计方法

现代设计方法是指在近二三十年发展起来的更为完善、科学、计算精度高、设计与计算速度更快的机械设计方法，如有限元法、优化设计、可靠性设计及计算机辅助设计等。本书第五篇将对此部分内容进行介绍。

13.3 载荷与应力的分类

13.3.1 载荷分类

载荷是机器工作时出现的力和力矩。确定零件所受载荷是保证零件满足强度、刚度、摩擦磨损等方面的要求、可靠工作的基础工作。

1.静载荷与变载荷

载荷可以分为静载荷与变载荷。大小与方向不随时间变化或随时间变化缓慢的载荷称为静载荷。大小或方向随时间变化的载荷称为变载荷，如图13-1（a）所示的挖掘机反铲工作时挖掘机的连杆（见图13-1（b）中构件8）所受载荷；推土作业时推土机齿轮所受载荷等。变载荷又分为循环变载荷和随机（变）载荷（载荷的频率和幅值均随机变化）。

图13-1 挖掘机反铲

1-斗杆油缸；2-动臂；3-油管；4-动臂油缸；5-铲斗；6-斗齿；7-侧齿；8-连杆；9-摇杆；10-铲斗油缸；11-斗杆

2.名义载荷、工作载荷和计算载荷

根据原动机或工作机的额定功率而计算出的载荷称为名义载荷。计算名义载荷时没有考虑原动机输出功率的不均匀性、阻力的不均匀性、速度变化等因素对机械零件受载的影响。若原动机的额定功率为P（kW），额定转速为n（r/min），从原动机到传动零件的效率为η，传动比为i，则作用在传动零件上的名义转矩为：

工作载荷是在名义载荷的基础之上，加入外载荷的不规则波动，特别是最大载荷的变化曲线和数值。工作载荷常是名义载荷的数倍。这个尖峰载荷是传递动力（功率）的动态过程所常产生的，例如，一个旋转质量的加速和制动、水中机器浪涌的作用力造成零件的工作载荷、汽车行驶在崎岖路面上零件所受工作载荷，或由原动机（如电动机、内燃机）或工作机（如涡轮机、压力机、破碎机）所引发的冲击。要把握这个动态过程是非常困难的，它的影响一般根据经验通过载荷系数K计入。计算载荷等于载荷系数乘以名义载荷，即

载荷系数是考虑载荷不均匀、载荷在零件上分布的不均匀性及其他影响零件受载的因素而引入的系数，在相关设计章节中有载荷系数的确定方法。设计计算时视计算载荷为零件所受载荷。

13.3.2 应力分类

零件抵抗损坏的能力除与载荷有关外，还与零件截面的形状和大小有关，即单位面积上所受的应力才能反映零件损坏的本质。在本部分用正应力符号σ表示应力，当应力是剪应力时，把σ换成τ即可。

1.静应力和变应力

大小与方向不随时间变化或随时间变化缓慢的应力称为静应力，如图13-2（a）所示。在静应力作用下，当应力不超过弹性极限时，零件产生弹性变形，否则可能产生塑性变形和断裂。

大小或方向随时间变化的应力称为变应力，如图13-2（b）所示。机械零件一般在变载荷作用下产生变应力，在某些情况下静载荷也可产生变应力，例如，由滚动轴承支承的转轴上作用有横向静载荷，如图13-3所示，轴上a点处、滚动轴承的套圈和滚动体上a点处都将产生变应力。在变应力作用下机械零件可能发生疲劳断裂。

图13-2 静应力与变应力

图13-3 静载荷作用下零件内产生变应力

应力随时间按一定规律周期性变化，且变化幅度保持常数的变应力为稳定循环变应力，常用应力特征值即应力幅（σ_a）、平均应力（σ_m）、最大应力（σ_max）、最小应力（σ_min）和应力循环特性（r）来描述稳定循环变应力。只要有其中的任意两个特征值就完全可以描述该应力的变化过程。各特征值关系如下。

设已知最大应力σ_max、最小应力σ_min，一般以绝对值最大的应力为σ_max，则

稳定循环变应力分为以下3种。

（1）不对称循环变应力：-1＜r＜+1，σ_max=σ_m+σ_a，σ_min=σ_m-σ_a，如图13-4所示。

（2）脉动循环变应力：r=0，σ_min=0，，如图13-5所示。

（3）对称循环变应力：r=-1，σ_max =σ_min =σ_a，σ_m=0，如图13-6所示。（3）对称循环变应力：r=-1，σ_max =σ_min =σ_a，σ_m=0，如图13-6所示。

图13-4 不对称循环变应力

图13-5 脉动循环变应力

图13-6 对称循环变应力

其中对零件最不利的是对称循环变应力。静应力可以看成稳定循环变应力的特例。

非稳定变应力分为规律性不稳定变应力（见图13-7）和随机变应力（见图13-8）。

图13-7 规律性不稳定变应力

图13-8 随机变应力

2.名义应力和计算应力

由名义载荷产生的应力σ为名义应力，由计算载荷产生的应力σ_c为计算应力。计算应力中计入了应力集中等影响。机械零件的尺寸常取决于危险截面处的最大计算应力。

3.极限应力

按照强度准则设计机械零件时，根据材料性质及应力种类而采用的材料某个应力极限值称为极限应力，以符号σ_lim、τ_lim表示。

（1）静应力下：对于塑性材料，在静应力作用下当其达到屈服而发生显著的塑性变形时，即丧失了正常的工作能力，所以通常取屈服极限（σ_s、τ_s）作为极限应力，即σ_lim=σ_s、τ_lim=τ_s。

对于脆性材料，在静应力作用下由于材料在破坏前都不会产生明显的塑性变形，只有在断裂时才丧失正常工作能力，所以应取强度极限（σ_b、τ_b）为极限应力，即σ_lim=σ_b、τ_lim=τ_b。

（2）交变应力下：大量实践表明，在交变应力作用下，材料是否产生疲劳失效，不仅与最大应力σ_max值有关，还与循环特性r及循环次数N有关。在给定的交变应力下，必须经过一定次数的循环，才可能发生破坏。在一定的循环特性下，交变应力的最大值越大，破坏前经历的循环次数就越少；反之，降低交变应力中的最大应力，则破坏前经历的循环次数就增加。当最大应力不超过某一极限值时，材料经受无穷多次循环而不发生疲劳失效，这个应力的极限值称为材料在循环特性r下的疲劳极限，以σ_r表示，下标r表示交变应力的循环特性。材料在变应力作用下的主要失效形式是疲劳破坏，故取材料的疲劳极限（σ_r、τ_r）为极限应力，即σ_lim=σ_r、τ_lim=τ_r。

1）材料的疲劳曲线和疲劳曲线方程

对于同一材料，其交变应力的循环特性不同，疲劳极限的数值也不同。实验结果还表明，在各种循环特性下，对称循环（r=-1）的疲劳极限最小。当已知对称循环下材料的疲劳极限后，经过简化，可以求出非对称循环下的疲劳极限。所以，它是表示材料疲劳强度的一个重要参数。疲劳曲线是用一批标准试件进行疲劳实验得到的。给零件施加规定的循环特性r的变应力（一般取r=-1或r=0），经过N次应力循环后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力称为材料的疲劳极限σ_rN（τ_rN），材料疲劳失效前经历的应力循环次数N称为疲劳寿命。疲劳曲线（σ_rN-N曲线）是指在r一定时，材料的疲劳极限σ_rN与应力循环次数N之间关系的曲线，如图13-9所示，图13-9（b）是用双对数坐标表示的疲劳曲线。

图13-9 一般钢铁的疲劳曲线

图中，曲线中N₀为循环基数，当N<N₀时为有限寿命区，当N≥N₀时为无限寿命区。

当N<10³（10⁴）时，此时疲劳极限接近于屈服极限，疲劳极限几乎与循环次数的变化无关，称之为低周循环疲劳，可按静强度计算。例如，飞机起落架、压力容器等的疲劳即为低周循环疲劳。一般机械零件，当受变应力作用时，其应力循环次数都大于10⁴。

当N≥10³（10⁴）时，称之为高周循环疲劳。其中10³（10⁴）≤N≤N₀时，疲劳极限σ_rN随应力循环次数N的增加而下降。

当N≥N₀时，疲劳曲线为水平线，σ_rN=σ_r。σ_r称为持久疲劳极限，对r=-1的对称循环变应力，用σ_-1、τ_-1表示；对r=0的脉动循环，用σ₀、τ₀表示。

注意：有色金属和高强度合金钢无无限寿命区，如图13-10所示。

图13-10 有色金属和高强度合金钢的疲劳曲线

在有限寿命区（10³（10⁴）≤N≤N₀）范围内，疲劳曲线方程为

当已知循环基数N₀、疲劳持久极限σ_-1、τ_-1，对应循环次数N时的疲劳极限为：

式中，K_N是寿命系数，。

有关疲劳曲线的几点说明如下。

循环基数N₀：硬度≤350HBS钢，N₀=10⁷，当N>N₀=10⁷时，取N=N₀=10⁷，K_N=1；硬度≥350HBS钢，N₀=（10～25）×10⁷，N>N₀=25×10⁷时，取N=N₀=25×10⁷，K_N=1；有色金属（无水平部分），规定当N>25×10⁷时，取N=N₀=25×10⁷。

指数m：指数m与应力、材料的种类有关。对于钢，拉应力、弯曲应力、剪切应力时，m=9；接触应力时，m=6。对于青铜，弯曲应力时，m=9；接触应力时，m=8。

r越大，材料的疲劳极限σ_rN与σ_r越大，r=-1（对称循环变应力）最不利。

2）极限应力图

对于非对称循环变应力，不同的循环特性r对疲劳极限的影响也不同。循环特性r取决于σ_a/σ_m。通过实验数据得到的反映材料极限应力幅σ_ra和极限平均应力σ_rm关系的曲线，称为疲劳极限应力图，如图13-11（a）所示。对于循环特性r为常数的单向稳定循环变应力，但不是对称循环变应力或脉动循环变应力的情况，若实际应力幅σ_a和平均应力σ_m已知，此时可以借助简化疲劳极限应力图（见图13-11（b）），根据r=c，σ_m=c，σ_min=c几种受力情况用图解法或解析法求出相应的极限应力幅和平均应力，具体方法可参阅有关资料。

图13-11 疲劳极限应力图

13.4 机械零件的主要失效形式及设计准则

机械零件由于各种原因不能完成规定的功能，称为机械零件失效，简称失效。为了使机械零件可靠工作，设计师在设计机械零件时首先要进行失效分析，即在实际工作条件下，按照理论计算、实验和实际观察，充分预计机械零件可能的失效，并采取有效措施加以避免。失效分析是正确设计机械零件的基础，必须充分注意。零件尺寸的设计准则主要取决于可能的失效形式。

13.4.1 机械零件的主要失效形式

导致零件失效的原因包括：设计不当，如强度核算、几何形状设计及选材不当；材料和工艺缺陷，如热加工、热处理或装配不当；服役条件不良，如磨损、腐蚀或载荷；运行维护不当等。

还应注意，一个机械零件可能出现若干失效形式，应该对每一种可能的失效形式进行校核。在设计零件时应考虑最不利的情况。零件的主要失效形式有以下几种形式。

1.断裂

机械零件在静应力作用下，由于某个危险剖面上的应力超过机械零件材料的强度极限时而发生机械零件的断裂，如螺栓被拧断，铸铁零件在冲击载荷作用下的断裂；机械零件在变应力作用下，其表面应力最大处的应力超过某极限时产生微裂纹，在变应力作用下，裂纹不断扩展，一旦静强度不够时，机械零件将发生疲劳断裂，如轴的疲劳断裂。机械零件的疲劳断裂占断裂原因的80%以上。零件的主要失效形式有以下几种形式。

2.塑性变形

机械零件在外载荷作用下，当其所受应力超过材料的屈服极限时，就会发生塑性变形。在设计机械零件时，一般不允许发生塑性变形。机械零件发生塑性变形后，其形状和尺寸产生永久的变化，破坏零件间的正常相对位置或啮合关系产生振动、噪声、承载能力下降，严重时，机械零件甚至机器不能正常工作。例如，齿轮的轮齿发生塑性变形，不能满足正确啮合条件和定传动比传动，在运转时将产生剧烈的振动和噪声；弹簧发生塑性变形后，直接导致其功能丧失。

3.表面失效

机械零件的表面失效指磨损、胶合和腐蚀等失效。对于高速重载的齿轮传动，齿面间压力大、温度高，可能造成相啮合的齿面发生粘连，由于齿面继续相对运动，粘连部分被撕裂，在齿面上产生沿相对运动方向的伤痕，称为胶合，胶合也会发生在其他高速重载条件下相对运动处。机械零件都与其他零件接触，在许多接触处发生微动或明显的相对运动，而且机械零件还可能工作在环境恶劣的条件下，不可避免地发生磨损、腐蚀。机器外壳或机架由于腐蚀而缺损；机械零件表面失效引起尺寸、形状的改变和表面粗糙度数值下降，影响机器精度，产生振动和噪声，降低机械零件的承载能力，甚至造成机械零件的卡死（如滚动轴承）或断裂等。

4.弹性变形过大

零件在载荷作用下，将发生弹性变形，如弯曲变形、扭转变形、拉伸变形等。过大的弹性变形将导致零件失效，如机床主轴弹性变形过大，将造成被加工零件精度下降。

5.破坏正常工作条件导致的失效

有些机械零件必须在特定的工作条件下才能正常工作，一旦其工作条件被破坏就会失效。例如，V带传动是依靠带和带轮轮槽表面间的摩擦力工作的，若要传递的圆周力超过带和轮间的最大摩擦力，带传动将发生打滑，传动失效；轴承是机器的关键零件之一，轴承没有润滑或润滑不良会发生剧烈的温升或卡死。

6.振动和噪声过大

对于高速运动的机械零件，可能由于干扰力的频率与零件的固有频率相等或接近，造成机械零件共振，使得振幅急剧增大，导致机械零件或机器损坏。

噪声也是一种环境污染，影响人体健康和舒适感觉。限制噪声分贝已成为评定机器质量的指标之一，如空调、汽车等。一般机器的噪声最好控制在70～80dB及以下。

13.4.2 机械零件设计准则

机械零件失去正常功能的根本原因，在大多数情况下是由于零件在工作条件下所受到的载荷超过其本身在当时条件下的承受能力所致。为保证机械零件不发生失效，完成其规定的功能，机械零件要有足够的工作能力。为使机械零件具有足够的工作能力以避免失效，要采取各种有效措施，包括理论计算，以保证零件在安全范围内工作，计算所依据的条件称为设计准则。常用的设计准则如下。

（1）强度准则。强度是衡量零件本身的承载能力的重要指标。影响零件强度的因素是多方面的，用强度校核的办法排除设计中的错误是重要的一步。

式中，σ_c、τ_c分别是零件计算正应力、切应力；σ_lim、τ_lim分别是材料的极限正应力、切应力；s_σ、s_τ分别是正应力、切应力时的计算安全系数；［s］_σ、［s］_τ分别是正应力、切应力时的许用安全系数。极限应力的取值与零件的工作应力性质和材料性质有关。

一般工作期内应力变化次数<10³（10⁴）可按静应力强度计算。

复杂应力时的塑性材料零件，用第三或第四强度理论计算弯扭合成应力，带入正应力强度条件式。

（2）刚度准则。机械零件在受载荷时要发生弹性变形，刚度是受外力作用的材料、机械零件或结构抵抗变形的能力。材料的刚度由使其产生单位变形所需的外力值来量度。机械零件的刚度取决于它的弹性模量E或切变模量G、几何形状和尺寸，以及外力的作用形式等。分析机械零件的刚度是机械设计中的一项重要工作。对于一些需要严格限制变形的零件（如机翼、机床主轴等），须通过刚度分析来控制变形。我们还需要通过控制零件的刚度以防止发生振动或失稳。另外，如弹簧，须通过控制其刚度为某一合理值以确保其特定功能。刚度准则是要求零件受载荷后的弹性变形量不大于允许弹性变形量。刚度准则的表达式为：

y是弹性变形量，如挠度、纵向伸长（缩短）；[y]为相应的许用弹性变形量。零件的弹性变形量可由理论计算或经实验得到，许用变形量则取决于零件的用途，根据理论分析或经验确定。

（3）耐热性准则。由于摩擦等原因，机械在运转时，机械零件和润滑剂的温度一般会升高。过高的工作温度将导致润滑效果下降，同时还会引起零件的热变形、硬度和强度下降，甚至损坏。如在高温时，金属机械零件可能发生胶合、卡死；塑料等非金属机械零件可能发生软化，甚至熔化等，在某些场合还会引起热应力。耐热性准则一般是控制机械零件的工作温度不要超过许用值，以保证零部件正常工作，其表达式为：

为了改善散热性能、控制温升，必要时可以采用水冷或气冷等措施。

（4）振动稳定性准则。激励的频率接近物体的固有频率时，受迫振动的振幅会很大，这种现象叫作共振。振动稳定性指机械零件在机器运转时避免发生共振的品质。

为了延长机器的寿命，避免轴和机器的损坏，应验算轴的振动稳定性，特别是高速机器的轴。振动稳定性准则要求机械零件的固有频率应与激励的频率错开，保证不发生共振。设机器中受激励作用的零部件的固有频率为f，激励力的频率为f_p，一般要求为：

改变机械零件的刚度和质量可以改变其固有频率。增大机械零件的刚度和减小其质量，提高其固有频率；减小机械零件的刚度和增大其质量则降低机械零件的固有频率。有时，机器运转时为了防止共振要调节转速。

轴产生共振的主要原因是：由于材料内部质量不均匀，加之制造和安装的误差，使其质心和它的旋转中心产生偏差，轴旋转时产生惯性力，这个惯性力使转子做强迫振动。轴在引起共振时的速度称为临界速度。在临界速度下，这个惯性力的频率等于或几倍于转子的固有频率，因此发生共振。

（5）寿命准则。为了保证机器在一定寿命期限内正常工作，在设计机械零件时必须对机械零件的寿命提出要求。需要说明，在机器寿命期限内，零件是可以更换的，也就是说某些机械零件的寿命可以比机器的寿命短。机械零件的寿命主要受材料的疲劳、磨损和腐蚀影响。

为了避免发生零件疲劳引起的失效，如疲劳断裂，应根据机械零件寿命对应的疲劳极限计算疲劳强度。即根据寿命要求，结合零件转速等具体情况，根据式（13-5），计算出应力循环次数为N时的疲劳极限，再代入强度条件式，计算疲劳强度。当满足疲劳强度时，可以保证机械零件在破坏前的应力循环次数达到寿命要求。

磨损一般是不可避免的。在一定条件下，腐蚀也是不可避免的，如桥梁结构件、地埋钢质管道的腐蚀等。在设计时，主要是保证机械零件在寿命内，不要发生过度的磨损和腐蚀。磨损发生的机理尚未完全被人们掌握，影响磨损的因素也比较多，一般根据摩擦学设计原理来改善摩擦副的耐磨性。主要措施有：合理选择摩擦副材料；合理

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