濮良貴機(jī)械設(shè)計(jì)第八版完整版.ppt

,第一章 機(jī)械及機(jī)械零件設(shè)計(jì)概要,本章論述了機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容總綱、設(shè)計(jì)基本知識(shí)和一些共性問(wèn)題。 一、機(jī)械（機(jī)器）的組成 二、機(jī)械設(shè)計(jì)步驟 三、零件的設(shè)計(jì)步驟 四、課程的主要內(nèi)容 五、課程的特點(diǎn) 六、學(xué)習(xí)要求 七、達(dá)到的水平（國(guó)家教委制定）,一、機(jī)械（機(jī)器）的組成 我們以洗衣機(jī)為例，來(lái)說(shuō)明機(jī)械的組成：,原動(dòng)機(jī)部分是驅(qū)動(dòng)整部機(jī)器以完成預(yù)定功能的動(dòng)力源； 執(zhí)行部分是用來(lái)完成機(jī)器預(yù)定功能的組成部分； 傳動(dòng)部分是把原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行部分所需的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)。 以上是從功能上分析機(jī)械的組成，下面從結(jié)構(gòu)上看： 零件：是機(jī)械的制造單元，機(jī)器的基本組成要素就是機(jī)械零件。 部件：按共同的用途組合起來(lái)的獨(dú)立制造或獨(dú)立裝配的組合體。 如減速器、離合器等。 按大小來(lái)分：,二、機(jī)械設(shè)計(jì)步驟,計(jì)劃階段,提出要求,洗衣機(jī),自動(dòng)進(jìn)水,洗 滌,甩干（脫水）,方案設(shè)計(jì),提出盡可能多的解決方法,篩選、決策、評(píng)價(jià)（可靠性、經(jīng)濟(jì)上），選出最佳方案。,單 缸,雙 缸,滾 筒,模糊控制,自適應(yīng)控制,雙模控制,技術(shù)設(shè)計(jì),目的：確定機(jī)械中各個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)尺寸（量化）,繪圖、對(duì)方案具體實(shí)施，出圖。,技術(shù)文件編制：,編制設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。,三、零件的設(shè)計(jì)步驟 失效的定義：在正常的工作條件下，機(jī)械零件喪失工作能力或達(dá)不到工作性能要求時(shí)，就稱(chēng)為零件失效。,機(jī)械零件的失效形式,整體斷裂,過(guò)大的殘余變形,腐蝕、磨損和接觸疲勞,機(jī)械零件的工作能力,強(qiáng)度,剛度,機(jī)械零件計(jì)算準(zhǔn)則,強(qiáng)度準(zhǔn)則：,剛度準(zhǔn)則：,壽命準(zhǔn)則：（表示耐磨程度）,壽命（耐磨性、耐腐蝕性）,下面我們以設(shè)計(jì)千斤頂立柱為例，來(lái)說(shuō)明機(jī)械零件的設(shè)計(jì)步驟：,由此可求出d；其中Smin根據(jù)工作環(huán)境來(lái)定。,機(jī)械零件的設(shè)計(jì)大體要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟： 1、載荷分析（受力分析）：W 2、應(yīng)力分析：,3、失效分析：斷裂,4、材料的選擇：45#鋼、40Crs（手冊(cè)查到）,5、確定計(jì)算準(zhǔn)則：（依據(jù)防止斷裂失效）,6、計(jì)算零件的主要尺寸：,7、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)l：（根據(jù)人體的情況，操作情況）其他尺寸 8、制圖：設(shè)計(jì)最后都是用圖紙來(lái)表達(dá)，然后拿到工廠去加工。 這不僅是零件設(shè)計(jì)的一般步驟，而且也是講課的順序。,四課程的主要內(nèi)容 概括地說(shuō)，機(jī)械零件可以分為兩大類(lèi)：,本書(shū)討論的具體內(nèi)容是：（設(shè)計(jì)方法、步驟、原理） 1） 傳動(dòng)部分帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)以及螺旋傳動(dòng)等； 2） 聯(lián)接部分螺紋聯(lián)接，鍵、花鍵及無(wú)鍵聯(lián)接，銷(xiāo)釘聯(lián)接，鉚接、焊接、膠接與過(guò)盈配合聯(lián)接等； 3） 軸系部分滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器與離合器以及軸等； 4） 其他部分彈簧、機(jī)座與箱體、減速器等；,零件,通用零件,專(zhuān)用零件,傳動(dòng)件,連接件,軸系件,其 他,（如螺釘、齒輪、鏈輪等）,五、特點(diǎn) 1、實(shí)踐性比較強(qiáng)。理論性差一些，經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)公式，實(shí)驗(yàn)得出比較多；理論推導(dǎo)出的比較少，答案不唯一。 2、綜合性比較強(qiáng)。 受力分析 理論力學(xué) 應(yīng)力分析 材料力學(xué) 材料選擇 材料與熱處理 3、承上啟下的作用。它是最后一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，起到承接基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課的橋梁作用。,六、要求 以聽(tīng)課為主，自學(xué)為輔，考試內(nèi)容以講課和要求自學(xué)的為主，答疑兩周一次，具體時(shí)間待定。考核 20%+80% 平時(shí)作業(yè)質(zhì)量、出席情況、實(shí)驗(yàn)數(shù)目占20%，期末考試占80%，要求課內(nèi)：課外用時(shí)是1：2。 七、水平 1）掌握通用機(jī)械零件的設(shè)計(jì)原理、方法和機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，具有設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置和簡(jiǎn)單機(jī)械的能力； 2）樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，了解國(guó)家當(dāng)前的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策； 3）具有運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力；機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)其中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是查手冊(cè)的能力； 4）掌握典型機(jī)械零件的實(shí)驗(yàn)方法，獲得實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基本訓(xùn)練； 5）對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的新發(fā)展有所了解。,1、機(jī)器的基本組成要素是什么？ 2、什么是通用零件？什么是專(zhuān)用零件？試各舉三個(gè)實(shí)例？ 3、一臺(tái)完整的機(jī)器通常是由哪些基本部分組成？各部分的作用是什么？ 4、機(jī)械零件有哪些主要的失效形式？ 5、機(jī)械零件常用的有哪些計(jì)算準(zhǔn)則？它們是針對(duì)什么失效形式而建立的？ 6、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟有哪些？ 第一章結(jié)束,習(xí) 題,第二章 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算,一、變應(yīng)力的分類(lèi) 二、變應(yīng)力參數(shù) 三、幾種特殊的變應(yīng)力 四、疲勞曲線（對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力的N曲線） 五、（非對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力的）極限應(yīng)力圖 六、影響疲勞強(qiáng)度的因素 七、不穩(wěn)定變應(yīng)力的強(qiáng)度計(jì)算 八、復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（彎扭聯(lián)合作用）,一、變應(yīng)力的分類(lèi),a）隨時(shí)間按一定規(guī)律周期性變化，而且變化幅度保持常數(shù)的變應(yīng)力稱(chēng)為穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力。如圖2-1a所示。,變應(yīng)力,循環(huán)變應(yīng)力（周期）,穩(wěn)定,不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力,簡(jiǎn)單,復(fù)合,對(duì) 稱(chēng),脈 動(dòng),非對(duì)稱(chēng),隨機(jī)變應(yīng)力（非周期）,圖2-1變應(yīng)力的分類(lèi),b）若變化幅度也是按一定規(guī)律周期性變化如圖2-1b所示，則稱(chēng)為不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力。,c）如果變化不呈周期性，而帶有偶然性，則稱(chēng)為隨機(jī)變應(yīng)力，如圖2-1c所示。,二、變應(yīng)力參數(shù) 圖2-2給出了一般情況下穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力譜的應(yīng)力變化規(guī)律。,圖2-2給出了一般情況下穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力譜的應(yīng)力變化規(guī)律。零件受周期性的最大應(yīng)力max及最小應(yīng)力min作用，其應(yīng)力幅為a，平均應(yīng)力為m，它們之間的關(guān)系為,規(guī)定：1、a總為正值； 2、a的符號(hào)要與m的符號(hào)保持一致。 其中：max變應(yīng)力最大值；min變應(yīng)力最小值；m平均應(yīng)力； a應(yīng)力幅；r循環(huán)特性，-1 r +1。 由此可以看出，一種變應(yīng)力的狀況，一般地可由max、min、m、a及r五個(gè)參數(shù)中的任意兩個(gè)來(lái)確定。,三、幾種特殊的變應(yīng)力 特殊點(diǎn)：,不屬于上述三類(lèi)的應(yīng)力稱(chēng)為非對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力，其r在+1與-1之間，它可看作是由第一類(lèi)（靜應(yīng)力）和第二類(lèi)（對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力）疊加而成。,例1 已知：max=200N/mm2，r =0.5，求：min、a、m。 解：,例2 已知：a= 80N/mm2，m=40N/mm2 求：max、min、r、繪圖。 解：,例3 已知：A截面產(chǎn)生max=400N/mm2，min=100N/mm2 求：a、m，r。,解：,例4 如圖示旋轉(zhuǎn)軸，求截面A上max、min、a、m及r。,解：Pr A：對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力,Px A：靜壓力,第二章 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算（習(xí)題）,一、選擇題 1、機(jī)械設(shè)計(jì)課程研究的內(nèi)容只限于 。 （1）專(zhuān)用零件和部件；（2）在高速、高壓、環(huán)境溫度過(guò)高或過(guò)低等特殊條件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件；（3）在普通工作條件下工作的一般參數(shù)的通用零件和部件；（4）標(biāo)準(zhǔn)化的零件和部件。 2、下列四種敘述中 是正確的。 （1）變應(yīng)力只能由變載荷產(chǎn)生；（2）靜載荷不能產(chǎn)生變應(yīng)力；（3）變應(yīng)力是由靜載荷產(chǎn)生；（4）變應(yīng)力是由變載荷產(chǎn)生，也可能由靜載荷產(chǎn)生。,3,4,3、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿橫截面上的應(yīng)力變化規(guī)律如圖所示，則該變應(yīng)力的應(yīng)力比r為 。 （1）0.24；（2）-0.24；（3）-4.17；（4）4.17。 4、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿橫截面上的應(yīng)力變化規(guī)律如題3圖所示，則其應(yīng)力幅a和平均應(yīng)力m分別為 。 （1）a = 80.6Mpa，m = 49.4Mpa；（2）a = 80.6Mpa，m = -49.4Mpa；（3）a = 49.4Mpa，m = 80.6Mpa；（4）a = 49.4Mpa，m = 80.6Mpa。 5、變應(yīng)力特性max、min、m、a及r等五個(gè)參數(shù)中的任意 來(lái)描述。 （1）一個(gè)；（2）兩個(gè)；（3）三個(gè)；（4）四個(gè)。,2,2,2,6、機(jī)械零件的強(qiáng)度條件可以寫(xiě)成 。 （1） ， 或 ， （2） ， 或 ， （3） ， 或 ， （4） ， 或 ， 7、一直徑d=18mm的等截面直桿， 桿長(zhǎng)為800mm，受靜拉力F=36kN，桿材料的屈服點(diǎn)s=270Mpa， 取許用安全系數(shù)S=1.8， 則該桿的強(qiáng)度 。 （1）不足；（2）剛好滿足要求；（3）足夠。 8、在進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，其極限應(yīng)力應(yīng)為材料的 。 （1）屈服點(diǎn)；（2）疲勞極限；（3）強(qiáng)度極限：（4）彈性極限。 二、分析與思考題 1、什么是變應(yīng)力的應(yīng)力比r？靜應(yīng)力、脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力和對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力的r值各是多少？,3,3,2,靜應(yīng)力r靜=1 ； 脈動(dòng)循環(huán)r脈=0 ；對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力r=-1 。,解：,2、圖示各應(yīng)力隨時(shí)間變化的圖形分別表示什么類(lèi)型的應(yīng)力？它們的應(yīng)力比分別是多少？,解：a）靜應(yīng)力r=1；b）非對(duì)稱(chēng)（或穩(wěn)定）循環(huán)變應(yīng)力 0 r +1；c）脈動(dòng)循環(huán)r = 0；d）對(duì)稱(chēng)循環(huán)r=1。,四、疲勞曲線（對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力的N曲線） 疲勞曲線的定義：表示應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N與疲勞極限的關(guān)系曲線。,曲線上各點(diǎn)表示在相應(yīng)的循環(huán)次數(shù)下，不產(chǎn)生疲勞失效的最大應(yīng)力值，即疲勞極限應(yīng)力。從圖上可以看出，應(yīng)力愈高，則產(chǎn)生疲勞失效的循環(huán)次數(shù)愈少。 在作材料試驗(yàn)時(shí)，常取一規(guī)定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N0，稱(chēng)為循環(huán)基數(shù)，把相應(yīng)于這一循環(huán)次數(shù)的疲勞極限，稱(chēng)為材料的持久疲勞極限，記為1（或r）。,疲勞曲線可分成兩個(gè)區(qū)域：有限壽命區(qū)和無(wú)限壽命區(qū)。所謂“無(wú)限”壽命，是指零件承受的變應(yīng)力水平低于或等于材料的疲勞極限1，工作應(yīng)力總循環(huán)次數(shù)可大于N0，零件將永遠(yuǎn)不會(huì)產(chǎn)生破壞。 在有限壽命區(qū)的疲勞曲線上，NN0所對(duì)應(yīng)的各點(diǎn)的應(yīng)力值，為有限壽命條件下的疲勞極限。 對(duì)低碳鋼而言，循環(huán)基數(shù)N0=106107； 對(duì)合金鋼及有色金屬，循環(huán)基數(shù)N0=108或（5108）； 變應(yīng)力與在此應(yīng)力作用下斷裂時(shí)的循環(huán)次數(shù)N之間有以下關(guān)系式：,此式稱(chēng)為疲勞曲線方程（或sN曲線方程）。其中： 1N r=-1時(shí)有限壽命疲勞極限應(yīng)力； N 與s1N對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)； m 與材料有關(guān)的指數(shù)； C 實(shí)驗(yàn)常數(shù)；(m、c根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)得到)。,s1 r=-1時(shí)持久疲勞極限應(yīng)力； N0 循環(huán)基數(shù)； 由上式，對(duì)于不同的應(yīng)力水平，可寫(xiě)出下式：,因而材料的有限壽命（即壽命為N時(shí)）的疲勞極限s1N則為：,利用上式，可求得不同循環(huán)次數(shù)N時(shí)的疲勞極限值1N，kN稱(chēng)為壽命系數(shù)。,例題2-1： 某零件采用塑性材料，s1=268N/mm2（N0=107，m=9），當(dāng)工作應(yīng)力smax=240 （或300）N/mm2，r=1，試按下述條件求材料的疲勞極限應(yīng)力，并在sN曲線上定性標(biāo)出極限應(yīng)力點(diǎn)和工作應(yīng)力點(diǎn)，Sca。 （1）N=N0 （2）N=106 解：,當(dāng) 時(shí)：,將會(huì)失效。,五、（非對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力的）極限應(yīng)力圖 以上所討論的sN曲線，是指對(duì)稱(chēng)應(yīng)力時(shí)的失效規(guī)律。對(duì)于非對(duì)稱(chēng)的變應(yīng)力，必須考慮循環(huán)特性r對(duì)疲勞失效的影響。 在作材料試驗(yàn)時(shí)，通常是求出對(duì)稱(chēng)循環(huán)及脈動(dòng)循環(huán)的疲勞極限s1及s0，把這兩個(gè)極限應(yīng)力標(biāo)在smsa坐標(biāo)上（圖2-3）。,由于對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力的平均應(yīng)力sm=0，最大應(yīng)力等于應(yīng)力幅，所以對(duì)稱(chēng)循環(huán)疲勞極限在圖中以縱坐標(biāo)軸上的A點(diǎn)來(lái)表示。 由于脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力的平均應(yīng)力及應(yīng)力幅均為sm=sa=s0/2，所以脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限以由原點(diǎn)0所作45射線上的D點(diǎn)來(lái)表示。,連接A、D得直線AD。由于這條直線與不同循環(huán)特性時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)所求得的疲勞極限應(yīng)力曲線非常接近，所以直線AD上任何一點(diǎn)都代表了一定循環(huán)特性時(shí)的疲勞極限。 橫軸上任何一點(diǎn)都代表應(yīng)力幅等于零的應(yīng)力，即靜應(yīng)力。取C點(diǎn)的坐標(biāo)值等于材料的屈服極限ss，并自C點(diǎn)作一直線與直線C0成45夾角，交AD延長(zhǎng)線于G，則CG上任何一點(diǎn)均代表 的變應(yīng)力狀況。,于是，零件材料（試件）的極限應(yīng)力曲線即為折線AGC。材料中發(fā)生的應(yīng)力如處于OAGC區(qū)域以內(nèi)，則表示不發(fā)生破壞； 直線AG的方程，由已知兩點(diǎn)坐標(biāo)A（0，s1）及D（s0/2，s0/2）求得為（疲勞區(qū)）：,令,試件的材料特性（等效系數(shù)、折算系數(shù)）；,直線GC方程為（靜強(qiáng)度區(qū)）：,下面推導(dǎo)非對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算式： 在極限應(yīng)力線圖的坐標(biāo)上即可標(biāo)示出相應(yīng)于m及a的一個(gè)工作應(yīng)力點(diǎn)M（或者N）見(jiàn)圖5。,顯然，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)所用的極限應(yīng)力應(yīng)是零件的極限應(yīng)力曲線（AGC）上的某一個(gè)點(diǎn)所代表的應(yīng)力。到底用哪一個(gè)點(diǎn)來(lái)表示極限應(yīng)力才算合適，這要根據(jù)應(yīng)力的變化規(guī)律來(lái)決定。 可能發(fā)生的典型應(yīng)力變化規(guī)律通常有下述三種：,a） 變應(yīng)力的循環(huán)特性保持不變，即r=C（例如絕大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài)）；,b） 變應(yīng)力的平均應(yīng)力保持不變，即m=C（例如振動(dòng)著的受載彈簧中的應(yīng)力狀態(tài)）；,C）變應(yīng)力的最小應(yīng)力保持不變，即min=C（例如緊螺栓聯(lián)接中螺栓受軸向變載時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)）。,以下分別討論這三種情況：,1、r=C的情況 當(dāng)r=C時(shí)，需找到一個(gè)循環(huán)特性與工作應(yīng)力點(diǎn)的循環(huán)特性相同的極限應(yīng)力值。因?yàn)椋?因此，在圖6中，從坐標(biāo)原點(diǎn)引射線通過(guò)工作應(yīng)力點(diǎn)M（或N），與極限應(yīng)力曲線交于M1（或N1），得到0M1（或0N1），則在此射線上任何一個(gè)點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的循環(huán)特性。,聯(lián)解OM及AG兩直線的方程式，可以求出M1點(diǎn)的坐標(biāo)值m及a，把它們加起來(lái)，就可以求出對(duì)應(yīng)于M點(diǎn)的試件的極限應(yīng)力max：,于是，安全系數(shù)計(jì)算值Sca及強(qiáng)度條件為：,對(duì)應(yīng)于N點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn)N1位于直線CG上。此時(shí)的極限應(yīng)力即為屈服極限s。這就是說(shuō)，工作應(yīng)力為N點(diǎn)時(shí)，首先可能發(fā)生的是屈服失效，故只需進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算，其強(qiáng)度計(jì)算式為：,分析圖6得知，凡是工作應(yīng)力點(diǎn)位于OGC區(qū)域內(nèi)時(shí)，在循環(huán)特性等于常數(shù)的條件下，極限應(yīng)力統(tǒng)為屈服極限，都只需進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。,2、m=C的情況 當(dāng)m=C時(shí)，需找到一個(gè)其平均應(yīng)力與工作應(yīng)力的平均應(yīng)力相同的極限應(yīng)力。在圖7中，通過(guò)M（或N）點(diǎn)作縱軸的平行線MM2（或NN2），則此線上任何一點(diǎn)代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的平均應(yīng)力值。,3、min=C的情況 當(dāng)min=C時(shí)，需找到一個(gè)其最小應(yīng)力與工作應(yīng)力的最小應(yīng)力相同的極限應(yīng)力。,因此在圖8中，通過(guò)M（或N）點(diǎn)，作與橫坐標(biāo)軸夾角為45的直線，則此直線上任何一個(gè)點(diǎn)所代表的應(yīng)力均具有相同的最小應(yīng)力。,六、影響疲勞強(qiáng)度的因素 1、應(yīng)力集中的影響 定義：幾何形狀突然變化產(chǎn)生的應(yīng)力。零件上的應(yīng)力集中源如鍵槽、過(guò)渡圓角、小孔等以及刀口劃痕存在，使疲勞強(qiáng)度降低。計(jì)算時(shí)用應(yīng)力集中系數(shù)k（見(jiàn)表1-2、3、4）。,2、尺寸與形狀的影響 尺寸效應(yīng)對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響，用尺寸系數(shù)來(lái)考慮。 尺寸與形狀系數(shù)，見(jiàn)表1-5；,3、表面質(zhì)量的影響 表面粗糙度越低，應(yīng)力集中越小，疲勞強(qiáng)度也越高。 表面質(zhì)量系數(shù)，見(jiàn)表1-6、8 以上三個(gè)系數(shù)都是對(duì)極限應(yīng)力有所削弱的。 4、表面強(qiáng)化的影響 可以大幅度地提高零件的疲勞強(qiáng)度，延長(zhǎng)零件的疲勞壽命。計(jì)算時(shí)用強(qiáng)化系數(shù)q考慮其影響。 q強(qiáng)化系數(shù)，可以加大極限應(yīng)力， 見(jiàn)表1-7 。 由于零件的幾何形狀的變化，尺寸大小、加工質(zhì)量及強(qiáng)化因素等的影響，使得零件的疲勞強(qiáng)度極限要小于材料試件的疲勞極限。我們用疲勞強(qiáng)度的綜合影響系數(shù)K來(lái)考慮其影響。,K只對(duì)變應(yīng)力有影響，對(duì)靜應(yīng)力無(wú)影響，和疲勞強(qiáng)度有關(guān)，與靜強(qiáng)度無(wú)關(guān)。,對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力,非對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力 （r = C）,實(shí)驗(yàn)、試件 d=10mm，光桿。,試件：,零件：,例2-2: 一鉻鎳合金鋼，-1=460N/mm2，s=920N/mm2。 試?yán)L制此材料試件的簡(jiǎn)化的m a極限應(yīng)力圖。 解：按合金鋼，=0.20.3，取=0.2，由式（29a）得：,如圖2-10所示，取D點(diǎn)坐標(biāo)為(0/2=383, 0/2=383)，A點(diǎn)坐標(biāo)為(0, -1=460)。過(guò)C點(diǎn)(s=920, 0)與橫坐標(biāo)成135 作直線，與AD的延長(zhǎng)線相交于G，則直線化的極限應(yīng)力圖為ADG。,例2-3： 在圖2-10的極限應(yīng)力圖中，求r=-0.4時(shí)的a和m值。,從而得,又由式（3-9a）：,得,聯(lián)立以上兩式解得：,即圖上M點(diǎn)。,解：由式（2-8）得：,作業(yè)：1-1、1-2、1-5 習(xí)題分析：,靜強(qiáng)度區(qū)：,疲勞區(qū)：,如果工作應(yīng)力點(diǎn)在極限應(yīng)力曲線以內(nèi)，說(shuō)明零件是合格，不會(huì)失效。,七、不穩(wěn)定變應(yīng)力的強(qiáng)度計(jì)算 1應(yīng)力譜,圖2-9為一不穩(wěn)定變應(yīng)力的示意圖。變應(yīng)力1（對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力的最大應(yīng)力，或不對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力的等效對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力的應(yīng)力幅）作用了n1次，2作用了n2次，等等。 2、疲勞損傷累積假說(shuō)曼耐爾（Miners rule法則） a）金屬材料在一定變應(yīng)力作用下都有一定壽命； b）每增加一次過(guò)載的應(yīng)力（超過(guò)材料的持久疲勞極限），就對(duì)材料造成一定的損傷，當(dāng)這些損傷的逐漸積累其總和達(dá)到其壽命相當(dāng)?shù)膲勖鼤r(shí)，材料即造成破壞； c）小于持久疲勞極限，不會(huì)對(duì)材料造成損傷； d）變應(yīng)力大小作用的次序?qū)p傷沒(méi)有多大影響。,把圖2-9中所示的應(yīng)力圖放在材料的N坐標(biāo)上，如圖2-10所示。根據(jù)N曲線，可以找出僅有1作用時(shí)使材料發(fā)生疲勞破壞的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1。假使應(yīng)力每循環(huán)一次都對(duì)材料的破壞起相同的作用，則應(yīng)力1每循環(huán)一次對(duì)材料的損傷率即為1/N1，而循環(huán)了n1次的1對(duì)材料的損傷率即為n1/N1。如此類(lèi)推，循環(huán)n2次的2對(duì)材料的損傷率為n2/N2，。,因?yàn)楫?dāng)損傷率達(dá)到100%時(shí)，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對(duì)應(yīng)于極限狀況有：,是極限狀態(tài),一般地寫(xiě)成：,上式是疲勞損傷線性累積假說(shuō)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。自從此假說(shuō)提出后，曾作了大量的試驗(yàn)研究，以驗(yàn)證此假說(shuō)的正確性。試驗(yàn)表明，當(dāng)各個(gè)作用的應(yīng)力幅無(wú)巨大的差別時(shí)，這個(gè)規(guī)律是正確的。,當(dāng)各級(jí)應(yīng)力是先作用最大的，然后依次降低時(shí)，上式中的等號(hào)右邊將不等于1，而小于1（起斷裂作用）; 當(dāng)各級(jí)應(yīng)力是先作用最小的，然后依次升高時(shí)，則式中等號(hào)右邊要大于1（起強(qiáng)化作用）。 通過(guò)大量的試驗(yàn)，可以有以下的關(guān)系：,說(shuō)明Miner法則有一定的局限性。,3疲勞強(qiáng)度計(jì)算 不穩(wěn)定應(yīng)力，尋找相當(dāng)應(yīng)力，穩(wěn)定應(yīng)力。,如果材料在上述應(yīng)力作用下還未達(dá)到破壞，則上式變?yōu)椋?將上式的分子、分母同乘以im，則：,又因?yàn)?，所以：,將上式代入式得：,上式又可變形為：,上式右邊根號(hào)部分表示了變應(yīng)力參數(shù)的變化情況。令：,其中，ks為應(yīng)力折算系數(shù)； 1為任選，一般取最大工作應(yīng)力或循環(huán)次數(shù)最多的應(yīng)力作為計(jì)算的基本應(yīng)力。 引入ks后，則安全系數(shù)計(jì)算值Sca及強(qiáng)度條件則為：,例題：45號(hào)鋼經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)后的性能為：-1=307Mpa，m=9，N0=5106。現(xiàn)以此材料作試件進(jìn)行試驗(yàn)，以對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力1=500Mpa作用104次，2=400Mpa作用105次，試計(jì)算該試件在此條件下的安全系數(shù)計(jì)算值。若以后再以3=350Mpa作用于試件，還能再循環(huán)多少次才會(huì)使試件破壞？ 解：根據(jù)式（2-46）：,根據(jù)式（2-47），試件的安全系數(shù)計(jì)算值為：,又根據(jù)式（2-19）：,若要使試件破壞，則由式（2-42）得：,即該試件在3=350Mpa的對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力的作用下，估計(jì)尚可再承受0.97106次應(yīng)力循環(huán)。,八、復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（彎曲、扭轉(zhuǎn)聯(lián)合作用） 對(duì)于試件在彎曲扭轉(zhuǎn)聯(lián)合作用的交變應(yīng)力下進(jìn)行疲勞試驗(yàn)時(shí)，其數(shù)據(jù)基本上符合圖2-11中橢圓弧的規(guī)律。其疲勞破壞條件可近似地直接用橢圓方程表示：,對(duì)于鋼材，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得出的極限應(yīng)力關(guān)系式為：,由于是對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力，故應(yīng)力幅即為最大應(yīng)力。圓弧AmB上任何一個(gè)點(diǎn)即代表一對(duì)極限應(yīng)力a及a。如果作用于零件上的應(yīng)力幅a及a在坐標(biāo)上用n表示，引直線on與AB交于m點(diǎn)，則安全系數(shù)計(jì)算值S為：,將式（1）變形為：,則：,其中，S只有正應(yīng)力作用下的安全系數(shù)計(jì)算值； S只有剪應(yīng)力作用下的安全系數(shù)計(jì)算值； S復(fù)合應(yīng)力作用下的安全系數(shù)計(jì)算值；,亦即,解決了簡(jiǎn)單和復(fù)合的問(wèn)題。,總 結(jié),1、在解決變應(yīng)力下零件的強(qiáng)度問(wèn)題叫疲勞強(qiáng)度。 零件里通常作用的都是變應(yīng)力，所以其應(yīng)用更為廣泛。 2、疲勞強(qiáng)度和哪些因素有關(guān) = f（N，r，K，材料，形式） 疲勞強(qiáng)度比靜強(qiáng)度復(fù)雜得多。 3三大理論一假說(shuō)： 疲勞曲線解決對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力的強(qiáng)度計(jì)算問(wèn)題； 極限應(yīng)力圖對(duì)稱(chēng)非對(duì)稱(chēng)的關(guān)系； 復(fù)合極限應(yīng)力圖復(fù)合和簡(jiǎn)單應(yīng)力的關(guān)系； Miner法則穩(wěn)定和非穩(wěn)定應(yīng)力的關(guān)系；,4強(qiáng)度計(jì)算式,變應(yīng)力,穩(wěn)定,不穩(wěn)定,簡(jiǎn)單,復(fù)合,對(duì) 稱(chēng),非對(duì)稱(chēng),例題：一零件采用塑性材料-1=275Mpa（N0=106，m=9），K=1 1）當(dāng)作用一工作應(yīng)力1，n1=4103（N1=8103）后，又作用一工作應(yīng)力2=275Mpa，試求其工作壽命n2=? 2）當(dāng)作用1=410Mpa，n1=4103后，若使n2=106，則工作應(yīng)力2=? 3）若工作應(yīng)力1=410Mpa，n1=4103，2=275Mpa，n2=5105 求：S（安全系數(shù)）。 解：1）這屬于不穩(wěn)定變應(yīng)力下的強(qiáng)度計(jì)算問(wèn)題，應(yīng)用疲勞損傷累積假說(shuō)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。,2）,3）,第二章 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)（習(xí)題續(xù)）,一、選擇題 2-145鋼的持久疲勞極限-1=270Mpa，設(shè)疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，應(yīng)力循環(huán)基數(shù)N0=5106次，當(dāng)實(shí)際應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=104次時(shí)，有限壽命疲勞極限為 Mpa。 （1）539； （2）135； （3）175； （4）417； 2-2零件表面經(jīng)淬火、滲氮、噴丸、滾子碾壓等處理后，其疲勞強(qiáng)度 。 （1）增高 （2）降低 （3）不變 （4）增高或降低視處理方法而定 2-3影響零件疲勞強(qiáng)度的綜合影響系數(shù)K與 等因素有關(guān)。 （1）零件的應(yīng)力集中、加工方法、過(guò)載；（2）零件的應(yīng)力循環(huán)特性、應(yīng)力集中、加載狀態(tài)；（3）零件的表面狀態(tài)、絕對(duì)尺寸、應(yīng)力集中；（4）零件的材料、熱處理方法、絕對(duì)尺寸。,1,1,3,2-4 繪制設(shè)計(jì)零件的ma極限應(yīng)力簡(jiǎn)圖時(shí)， 所必須的已知數(shù)據(jù)是 。 （1）-1，0，s，k；（2）-1，0，s，K;（3）-1，s，K;（4）-1，0，K; 2-5在圖示設(shè)計(jì)零件的ma極限應(yīng)力簡(jiǎn)圖中，如工作應(yīng)力點(diǎn)M所在的0N線與橫軸間夾角=45，則該零件受的是 。 （1）不變號(hào)的不對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力；（2）變號(hào)的不對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力；（3）脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力；（4）對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力；,2,3,2-6在題2-5圖所示零件的極限應(yīng)力簡(jiǎn)圖中，如工作應(yīng)力點(diǎn)M所在的0N線與橫軸之間的夾角=90時(shí)，則該零件受的是 。 （1）脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力；（2）對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力；（3）變號(hào)的不對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力；（4）不變號(hào)的不對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力； 2-7已知一零件的最大工作應(yīng)力max=180Mpa，最小工作應(yīng)力min=-80Mpa。則在圖示的極限應(yīng)力簡(jiǎn)圖中，該應(yīng)力點(diǎn)M與原點(diǎn)的連線0M與橫軸間的夾角為 。 （1）685744；（2）21215；（3）66215；（4）742833；,2,1,2-8在圖示零件的極限應(yīng)力簡(jiǎn)圖上，M為零件的工作應(yīng)力點(diǎn)，若加載于零件的過(guò)程中保持最小應(yīng)力min為常數(shù)。則該零件的極限應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)為 。 （1）M1；（2）M2；（3）M3（4）M4； 2-9在上題中若對(duì)零件加載的過(guò)程中保持應(yīng)力比r等于常數(shù)。則該零件的極限應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)為 。 （1）M1；（2）M2；（3）M3（4）M4；,2,3,2-102-8題中若對(duì)零件加載的過(guò)程中保持平均應(yīng)力m等于常數(shù)。則該零件的極限應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)為 。 （1）M1；（2）M2；（3）M3（4）M4； 2-11零件的材料為45鋼，b=600Mpa，s=355Mpa，-1=270Mpa，=0.2，零件的疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)K=1.4。則在圖示的零件極限應(yīng)力簡(jiǎn)圖中角為 。 （1）365535；（2）411422；（3）484538；（3）6786；,1,2,2-12 在題2-5圖所示零件的極限應(yīng)力簡(jiǎn)圖中，如工作應(yīng)力點(diǎn)M所在的0N線與橫軸間夾角=50，則該零件受的是 。 （1）脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力；（2）對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力；（3）變號(hào)的不對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力；（4）不變號(hào)的不對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力； 2-13一零件由40Cr制成，已知材料的b=980Mpa，s=785Mpa，-1=440Mpa，=0.3。零件的最大工作應(yīng)力max=240Mpa，最小工作應(yīng)力min=-80Mpa，疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)K=1.44。則當(dāng)應(yīng)力比r=常數(shù)時(shí)，該零件的疲勞強(qiáng)度工作安全系數(shù)S為 。 （1）3.27;（2）1.73;（3）1.83;（4）1.27; 2-14若材料疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，則以對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力1=500Mpa作用于零件n1=104次以后，它所造成的疲勞損傷，相當(dāng) 于應(yīng)力2=450Mpa作用于零件 。 （1）0.39104；（2）1.46104；（3）2.58104；（4）7.45104；,3,2,3,2-15若材料疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，則以對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力1=400Mpa作用于零件n1=105次所造成的疲勞損傷， 相當(dāng)于 2= Mpa作用于零件n2=104次所造成的疲勞損傷。 (1) 517；（2）546；（3）583；（4）615； 2-1645鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后的疲勞極限-1=300Mpa，應(yīng)力循環(huán)基數(shù)N0=5106次，疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，若用此材料做成的試件進(jìn)行試驗(yàn)，以對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力1=450Mpa作用104次，2=400Mpa作用2104次。則工作安全系數(shù)為 。 （1）1.14；（2）1.25；（3）1.47；（4）1.65； 2-1745鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后的疲勞極限-1=300Mpa，應(yīng)力循環(huán)基數(shù)N0=5106次，疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，若用此材料做成的試件進(jìn)行試驗(yàn)，以對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力1=450Mpa作用104次，2=400Mpa作用2104次，再以3=350Mpa作用于此試件，直到它破壞為止，試件還能承受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為 次。 （1）6.25105（2）9.34105（3）1.09106（4）4.52106,1,2,3,第三章 摩擦、磨損及潤(rùn)滑理論,一、摩擦、磨損及潤(rùn)滑三者關(guān)系 當(dāng)在正壓力作用下相互接觸的兩個(gè)物體受切向外力的影響而發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，或有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在接觸表面上就會(huì)產(chǎn)生抵抗滑動(dòng)的阻力，這一自然現(xiàn)象叫做摩擦。 其結(jié)果必然有能量損耗和摩擦表面物質(zhì)的喪失或轉(zhuǎn)移，即磨損。 據(jù)估計(jì)，世界上在工業(yè)方面約有30%的能量消耗于摩擦過(guò)程中。所以人們?yōu)榱丝刂屏慵谀Σ林袚p壞，在摩擦面間加入潤(rùn)滑劑來(lái)降低摩擦，減小磨損的產(chǎn)生，所以說(shuō)三者互為因果關(guān)系。,二、摩擦的種類(lèi),兩個(gè)無(wú)潤(rùn)滑物體之間的摩擦，主要是由兩種因素所構(gòu)成：一是摩擦面的實(shí)際接觸區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的粘著；二是較硬表面上的微凸體在較軟表面上所起的犁刨作用。 那么，怎么樣來(lái)區(qū)別邊界摩擦、混合摩擦和液體摩擦的界限呢？可用膜厚比來(lái)劃分：,式中：hmin兩粗糙面間的最小公稱(chēng)油膜厚度，m； Ra兩表面的綜合粗糙度；m； Ra1、Ra2分別為兩表面的輪廓算術(shù)平均偏差，m； 當(dāng) 35后則為液體摩擦。,三、牛頓流體定律,如圖3-6所示，在兩個(gè)平行的平板間充滿具有一定粘度的潤(rùn)滑油，若平板A以速度V移動(dòng)，另一平板B靜止不動(dòng)，則由于油分子與平板表面的吸附作用，將使貼近板A的油層以同樣的速度V隨板移動(dòng)；而貼近板B的油層則靜止不動(dòng)。由于層與層之間速度不同，于是形成各油層間的相對(duì)滑移，在各層的界面上就存在有相應(yīng)的剪應(yīng)力。,牛頓在1687年提出一個(gè)粘性液的摩擦定律（簡(jiǎn)稱(chēng)粘性定律），即在流體中任意點(diǎn)處的剪應(yīng)力均與其剪切率（或速度梯度）成正比。 若用數(shù)學(xué)形式表示這一定律，即為：,式中：流體單位面積上的剪切阻力，即剪應(yīng)力； dv/dy流體沿垂直于運(yùn)動(dòng)方向（即沿圖3-6中y軸方向或流體膜厚度方向）的速度梯度，式中的“”號(hào)表示v隨y的增大而減??； 比例常數(shù)，即流體的動(dòng)力粘度。 摩擦學(xué)中把凡是服從這個(gè)粘性定律的液體都叫牛頓液體。,四、液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的條件（楔形承載機(jī)理） （1）兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的表面要有楔形間隙； （2）被油膜分開(kāi)的兩表面有一定相對(duì)滑動(dòng)速度，且大口向小口； （3）潤(rùn)滑油必須有一定的粘度。 （4）有足夠充足的供油量。,流體動(dòng)壓潤(rùn)滑是依靠摩擦副的兩滑動(dòng)表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)把油帶入兩表面之間，形成具有足夠壓力的油膜，從而將兩表面隔開(kāi)。然而動(dòng)壓油膜的形成必須滿足一定的條件。 為此，首先討論圖3-8中相對(duì)運(yùn)動(dòng)的平板完全被一層油膜分開(kāi)的情形。 設(shè)板A沿x軸方向以速度V移動(dòng)；另一板B為靜止?，F(xiàn)從層流運(yùn)動(dòng)的油膜中取一微單元體進(jìn)行分析。 由圖可見(jiàn)，作用在此微單元體右面和左面的壓力分別為p及(p+p/xdx)，作用在單元體上、下兩面的剪切力分別為及(+/ydy)。根據(jù)x方向的平衡條件，得：,整理后得：,該式為一維雷諾方程的一般表達(dá)式。 根據(jù)上面分析可知，相對(duì)滑動(dòng)的兩平板間形成的壓力油膜能夠承受外載荷的基本條件是： a）相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間必須形成油楔； 由上式可見(jiàn)，若兩平板平行時(shí)，任何截面處的油膜厚度h=h0，亦即p/x=0，這表示油壓沿x軸方向無(wú)變化。如果不提供壓力油的話，則油膜對(duì)外載荷無(wú)承載能力。 若各油層的速度分布規(guī)律如圖3-9b中的虛線所示，那么進(jìn)入間隙的油量必然大于流出間隙的油量。則進(jìn)入此楔形空間的過(guò)剩油量，必將由進(jìn)口a及出口c兩處截面被擠出，即產(chǎn)生一種因壓力而引起的流動(dòng)。結(jié)果便形成如圖中實(shí)線所示的速度分布規(guī)律。,在ab(hh0)段，p/x0，即壓力沿x方向逐漸增大；而在bc(hh0)段，即p/x0，這表明壓力沿x方向逐漸降低。在a和c之間必有一處（b點(diǎn)）的油流速度變化規(guī)律不變，即p/x=0，因而壓力p達(dá)到最大值。由于油膜沿著x方向各處的油壓都大于入口和出口的油壓，且壓力形成如圖3-9b上部曲線所示的分布，因而能承受一定的外載荷。 b）被油膜分開(kāi)的兩表面必須有一定的相對(duì)滑動(dòng)速度； 由式（3-10）可知，若將速度V降低，則p/x亦將降低，此時(shí)油膜各點(diǎn)的壓力強(qiáng)度也會(huì)隨之降低。如V降低過(guò)多，油膜將無(wú)法支持外載荷，而使兩表面直接接觸，致使油膜破裂，液體摩擦也就消失。 c）潤(rùn)滑油必須有一定的粘性。 d）有足夠充足的供油量。,習(xí)題： 第三章 摩擦、磨損及潤(rùn)滑理論 一、選擇題 3-1 現(xiàn)在把研究有關(guān)摩擦、磨損與潤(rùn)滑的科學(xué)與技術(shù)統(tǒng)稱(chēng)為 。 （1）摩擦理論；（2）磨損理論；（3）潤(rùn)滑理論；（4）摩擦學(xué)； 3-2 兩相對(duì)滑動(dòng)的接觸表面，依靠吸附的油膜進(jìn)行潤(rùn)滑的摩擦狀態(tài)稱(chēng)為 。 （1）液體摩擦；（2）干摩擦；（3）混合摩擦；（4）邊界摩擦； 3-3 兩摩擦表面間的膜厚比=0.43時(shí)，其摩擦狀態(tài)為 ； 兩摩擦表面間的膜厚比35時(shí)，其摩擦狀態(tài)為 。 （1）液體摩擦；（2）干摩擦；（3）混合摩擦；（4）邊界摩擦；,3-4 采用含有油性和極壓添加劑的潤(rùn)滑劑，主要是為了減小 。 （1）粘著磨損；（2）表面疲勞磨損；（3）磨粒磨損；（4）腐蝕磨損； 3-5 通過(guò)大量試驗(yàn)， 得出的摩擦副的磨損過(guò)程圖 （磨損量q與時(shí)間t的關(guān)系曲線）， 圖中 是正確的。,3-6 根據(jù)牛頓液體粘性定律，大多數(shù)潤(rùn)滑油油層間相對(duì)滑動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的切應(yīng)力與偏導(dǎo)數(shù)v/y之間的關(guān)系是 。 （1） ；（2） ；（3） ；（4） ; 3-7 動(dòng)力粘度的國(guó)際單位制(SI)單位為 。 （1）泊(p)；（2）厘斯(cst)；（3）恩氏度(E)；（4）帕.秒(Pa.s)； 3-8 運(yùn)動(dòng)粘度是動(dòng)力粘度與同溫下潤(rùn)滑油 的比值。 （1）密度；（2）質(zhì)量m；（3）相對(duì)密度d；（4）速度v；,3-9 運(yùn)動(dòng)粘度的國(guó)際單位制(SI)單位為 。 （1）m2/s；（2）厘斯(cst)；（3）厘泊(cp) ;(4)帕.秒(Pa.s); 3-10 當(dāng)壓力加大時(shí)，潤(rùn)滑油的粘度 。 （1）隨之加大；（2）保持不變；（3）隨之減??；（4）增大還是減小或不變，視潤(rùn)滑油性質(zhì)而定； 3-11 當(dāng)溫度升高時(shí)，潤(rùn)滑油的粘度 。 （1）隨之升高；（2）隨之降低；（3）保持不變；（4）升高或降低視潤(rùn)滑油性質(zhì)而定；,二、分析題 1、何謂摩擦、磨損和潤(rùn)滑？它們之間的相互關(guān)系如何？ 2、按摩擦面間的潤(rùn)滑狀況，滑動(dòng)摩擦可分哪幾種？ 3、按照磨損機(jī)理分，磨損有哪幾種基本類(lèi)型？它們各有什么主要特點(diǎn)？如何防止或減輕這些類(lèi)型的磨損發(fā)生？ 4、獲得流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的必要條件是什么？ 5、潤(rùn)滑劑的作用是什么？常用潤(rùn)滑劑有哪幾種？,第四章 螺紋零件,一、概述 1、作用,聯(lián)接：起聯(lián)接作用的螺紋;,傳動(dòng)：起傳動(dòng)作用的螺紋;,外螺紋,內(nèi)螺紋,圓柱,圓錐,母體,2、螺紋的形成 刀具做直線運(yùn)動(dòng)； 工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 螺紋線：轉(zhuǎn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)； 螺紋牙：某一個(gè)形狀小面積沿螺旋線運(yùn)動(dòng)就形成； 3、螺紋的種類(lèi),牙型形狀：,右旋多數(shù)用右旋,左旋,旋向,單線螺紋：沿一根螺旋線形成的螺紋；,雙線螺紋：沿二根螺旋線形成的螺紋；,多線螺紋：沿三根以上螺旋線形成的螺紋；,線數(shù),常用螺紋的類(lèi)型見(jiàn)表9-1，P201。,常用的聯(lián)接螺紋要求自鎖性，故多用單線螺紋；傳動(dòng)螺紋要求傳動(dòng)效率高，故多用雙線或三線螺紋。,米制：我國(guó)多采用米制螺紋；,英制（管螺紋）；,標(biāo)準(zhǔn)制,4、主要尺寸、參數(shù)（看圖P199，圖9-1a） 1）外徑d螺紋的最大直徑，在標(biāo)準(zhǔn)中定為公稱(chēng)直徑； 2）內(nèi)徑d1螺紋的最小直徑，在強(qiáng)度計(jì)算中常作為螺桿危險(xiǎn)截面的計(jì)算直徑； 3）中徑d2近似等于螺紋的平均直徑； 4）螺距t相鄰兩牙中徑線上對(duì)應(yīng)軸線間的距離;,5）導(dǎo)程S同一條螺旋線相鄰兩牙的軸向距離； 單線：S=t 雙線：S=2t 多線：S=nt n頭數(shù)； 右旋 6）升角：螺旋線與水平線夾角；,7）牙型角 牙型斜角 8）牙的工作高度h,二、各種螺紋的特點(diǎn)、應(yīng)用,自鎖條件：升角v（摩擦角）； 牙型斜角越小越不容易加工。,綜合摩擦系數(shù) ： 牙型斜角大，cos小，f大v大,1用于聯(lián)接；2、3、4很少用聯(lián)接；,v 矩形、梯形傳動(dòng)絲杠；,三、螺紋聯(lián)接 1、類(lèi)型,表9-1圖螺桿與孔之間有一定的間隙普通螺栓聯(lián)接；,表9-1圖螺桿與孔之間無(wú)間隙，有配合鉸制孔螺栓聯(lián)接；,表9-1圖 這種聯(lián)接適用于結(jié)構(gòu)上不能采用螺栓聯(lián)接的場(chǎng)合，例如被聯(lián)接件之一太厚不宜制成通孔，且需要經(jīng)常拆裝時(shí)，往往采用雙頭螺柱聯(lián)接； 表9-1圖 這種聯(lián)接在結(jié)構(gòu)上比雙頭螺柱聯(lián)接簡(jiǎn)單、緊湊。其用途和雙頭螺柱聯(lián)接相似，但如經(jīng)常拆裝時(shí)，易使螺紋孔磨損，故多用于受力不大，或不需要經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合。,把軸上零件與軸聯(lián)接在一起，聯(lián)接強(qiáng)度不大時(shí)： 表9-1圖 擰緊后與軸緊貼，則與軸表面有摩擦力，聯(lián)接力不大； 表9-1圖 在軸上挖一凹槽，頭部有頂尖，比第一個(gè)聯(lián)接力要大些，不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，也不會(huì)軸向移動(dòng)。,圖9-4 將機(jī)架固定在地基上，坑里放石子、水泥，等干后，對(duì)好孔擰緊后就固定住了。 2、裝配形式 普通螺栓聯(lián)接 孔軸 松配 （受拉應(yīng)力） 鉸制孔螺栓聯(lián)接 孔=軸 緊配 （受剪應(yīng)力）從受力來(lái)分析,圖9-4地腳螺栓聯(lián)接 書(shū)P202,3、安裝形式 緊螺栓擰緊；螺母需要擰緊，處于拉伸與扭轉(zhuǎn)復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下； 松螺栓不擰緊；螺母不需要擰緊，在承受工作載荷之前，螺栓不受力。例如起重吊鉤等；P214 4、螺紋零件,精度等級(jí)A、B、C：A級(jí)精度最高，通常用C級(jí)；,材料熱處理,尺寸系列化,標(biāo)準(zhǔn)化,M10100（三角、中徑、長(zhǎng)度）,四、擰緊 在使用上，絕大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)都必須擰緊；預(yù)緊的目的在于增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性和緊密性。 預(yù)緊力的大小是通過(guò)擰緊力矩來(lái)控制的。因此，應(yīng)從理論上找出預(yù)緊力和擰緊力矩之間的關(guān)系。,如圖所示，由于擰緊力矩T（T=FL）的作用，使螺栓和被聯(lián)接件之間產(chǎn)生預(yù)緊力 Qp。由機(jī)械原理可知，擰緊力矩T等于螺旋副間的摩擦阻力矩T1和螺母環(huán)形端面和被聯(lián)接件（或墊圈）支撐面間的摩擦阻力矩T2之和，即：,其中：kt擰緊系數(shù)，0.10.3； Qp預(yù)緊力； d螺栓的公稱(chēng)直徑； 對(duì)于一定公稱(chēng)直徑d的螺栓，當(dāng)所要求的預(yù)緊力 Qp已知時(shí)，即可按上式確定扳手的擰緊力矩T。 控制預(yù)緊力的方法很多，有以下幾種方法： 1、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、伸長(zhǎng)、圈數(shù)來(lái)判斷擰緊力的大??； 2、用測(cè)力矩扳手、定力矩扳手；,五、設(shè)計(jì)螺栓的方法 成組使用， ，應(yīng)力均勻分布。,螺栓組受力分析求Fmax ;,單個(gè)螺栓的受力分析求Q；,1、受力分析,2、應(yīng)力分析 3、失效分析 4、材料選擇 5、計(jì)算準(zhǔn)則 6、主要參數(shù)計(jì)算：d查標(biāo)準(zhǔn)螺栓、螺母、墊片； 7、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)l（螺桿長(zhǎng)度）根據(jù)被聯(lián)接件的厚度； 習(xí)題： 第四章 螺紋零件 一、選擇題,1、在常用的螺旋傳動(dòng)中，傳動(dòng)效率最高的螺紋是 。 （1）三角形螺紋；（2）梯形螺紋；（3）鋸齒形螺紋；（4）矩形螺紋； 2、在常用的螺紋聯(lián)接中，自鎖性最好的螺紋是 。 （1）三角形螺紋；（2）梯形螺紋；（3）鋸齒形螺紋；（4）矩形螺紋； 3、當(dāng)兩個(gè)被聯(lián)接件不太厚時(shí)，宜采用 。 （1）雙頭螺柱聯(lián)接；（2）螺栓聯(lián)接；（3）螺釘聯(lián)接；（4）緊定螺釘聯(lián)接； 4、當(dāng)兩個(gè)被聯(lián)接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要經(jīng)常拆裝時(shí)，往往采用 。 （1）螺栓聯(lián)接；（2）螺釘聯(lián)接；（3）雙頭螺柱聯(lián)接；（4）緊定螺釘聯(lián)接；,4,1,2,3,5、當(dāng)兩個(gè)被聯(lián)接件之一太厚，不宜制成通孔，且聯(lián)接不需要經(jīng)常拆裝時(shí)，往往采用 。 （1）螺栓聯(lián)接；（2）螺釘聯(lián)接；（3）雙頭螺柱聯(lián)接；（4）緊定螺釘聯(lián)接； 6、在擰緊螺栓聯(lián)接時(shí)，控制擰緊力矩有很多方法，例如 。 （1）增加擰緊力；（2）增加扳手力臂；（3）使用測(cè)力矩扳手或定力矩扳手； 7、螺紋聯(lián)接預(yù)緊的目的之一是 。 （1）增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性和緊密性；（2）增加被聯(lián)接件的剛性；（3）減小螺栓的剛性； 8、有一汽缸蓋螺栓聯(lián)接，若汽缸內(nèi)氣體壓力在02Mpa之間循環(huán)變化，則螺栓中的應(yīng)力變化規(guī)律為 。 （1）對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力；（2）脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力；（3）非對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力；（4）非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力；,2,3,1,3,六、螺栓組的受力分析 絕大多數(shù)情況下，螺栓都是成組使用的，在這一組中，螺栓規(guī)格完全一致。 進(jìn)行螺栓組受力分析的目的是：求出受力最大的螺栓及其所受的力。下面針對(duì)幾種典型的受載情況，分別加以討論。 1、受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接,圖1為一受軸向總載荷F的汽缸蓋螺栓組聯(lián)接。F的作用線與螺栓軸線平行，根據(jù)螺栓的靜力平衡及變形協(xié)調(diào)條件，每個(gè)螺栓所受的軸向工作載荷為：,Z螺栓個(gè)數(shù)；,2、受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接,a）松配（普通螺栓聯(lián)接） 上圖所示為一由螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接。橫向載荷的作用線與螺栓軸線垂直，當(dāng)采用普通螺栓聯(lián)接時(shí)，靠聯(lián)接預(yù)緊后在結(jié)合面間產(chǎn)生的摩擦力來(lái)抵抗橫向載荷。 對(duì)于普通螺栓聯(lián)接，應(yīng)保證聯(lián)接預(yù)緊后，結(jié)合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷。 假設(shè)各螺栓所需要的預(yù)緊力均為Qp，螺栓數(shù)目為z，則其平衡條件為（靠摩擦力與外載荷平衡）：,ks防滑系數(shù)，1.11.3;,i結(jié)合面數(shù)；,B）緊配（鉸制孔螺栓聯(lián)接）,當(dāng)采用緊配螺栓聯(lián)接時(shí)，靠螺栓桿受剪切和擠壓來(lái)抵抗橫向載荷。因此，每個(gè)螺栓所受的橫向工作剪力為：,z螺栓數(shù)目；,3、受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接,A）松配 當(dāng)采用普通螺栓時(shí)，靠聯(lián)接預(yù)緊后在結(jié)合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩T。根據(jù)作用在底板上的力矩平衡的條件得：,由上式可得各螺栓所需的預(yù)緊力為：,式中：f結(jié)合面的摩擦系數(shù)； ri第i個(gè)螺栓的軸線到螺栓組對(duì)稱(chēng)中心O的距離； z螺栓數(shù)目； ks防滑系數(shù)，同前。,b)緊配 當(dāng)采用緊配螺栓時(shí)，在轉(zhuǎn)矩T的作用下，各螺栓受到剪切和擠壓作用，則各螺栓的剪切變形量與各該螺栓軸線到螺栓組對(duì)稱(chēng)中心O的距離成正比。即距螺栓組對(duì)稱(chēng)中心O越遠(yuǎn)，螺栓的剪切變形量越大，其所受的工作剪力也越大。 如圖所示，用ri、rmax分別表示第i個(gè)螺栓和受力最大螺栓的軸線到螺栓組對(duì)稱(chēng)中心O的距離；Fi、Fmax分別表示第i個(gè)螺栓和受力最大螺栓的工作剪力，則得：,上式可變形為：,根據(jù)作用在底板上的力矩平衡的條件得：,把 代入,聯(lián)解以上兩式，可求得受力最大的螺栓的工作剪力為：,4、受傾覆力矩M,在M的作用下，軸線左邊的螺栓將受到工作拉力F，而軸線右邊的螺栓的預(yù)緊力將減小。根據(jù)底板的靜力平衡條件有：,根據(jù)螺栓的變形協(xié)調(diào)條件得知，各螺栓的工作拉力也與這個(gè)距離成正比，于是有：,各螺栓的工作拉力即可通過(guò)聯(lián)立以上兩式求出。,在圖中左邊距底板翻轉(zhuǎn)軸線最遠(yuǎn)的螺栓1和10的工作拉力最大，為：,一般來(lái)說(shuō)，其他型式的螺栓受力也可這樣分析，其中有些還是上述四種的特例或組合。,總 結(jié) 螺栓組 單個(gè)螺栓 軸向軸向力,松配：軸向力Qp,緊配：橫向力（假定每個(gè)螺栓所受力相同）,松配：軸向力Qp,緊配：橫向力（單個(gè)螺栓所受力是不等的）（rmax）,軸向力,橫向力,橫向,轉(zhuǎn)矩,對(duì)于單個(gè)螺栓來(lái)講只受兩個(gè)方向的載荷,傾覆力矩軸向力（rmax）翻轉(zhuǎn)半徑最大的地方;,例題1 平行，均勻分布,解：,例題2 某鋼制吊架用螺栓組固定在水平鋼梁上，螺栓組由四個(gè)普通螺栓組成。,解：找中心線，向中心簡(jiǎn)化，向聯(lián)接中心平移。 有兩種基本外載荷：軸向力和傾覆力矩，在傾覆力矩作用下，一邊受拉，另一邊受力減小，力臂最大處，載荷最大。,例題3 螺栓組聯(lián)接的的三種方案如圖示，試問(wèn)哪個(gè)方案較好？哪種螺栓布局更合理？,解：(1) a）松配,b）緊配,（2）第二種方案 半徑為a,（3）第三種 半徑為a，最合理。 同時(shí)由三個(gè)螺栓來(lái)承受轉(zhuǎn)矩T，每個(gè)螺栓F2。,F2是有兩個(gè)螺栓起作用。用平行四邊形法則，預(yù)緊力小。 a) 緊配 橫向力比第一種小，要合理一些，所用的螺栓直徑很小。,例題4 試分析圖示電動(dòng)機(jī)螺栓聯(lián)接中受哪幾種基本載荷？,解：左、右翻，前、后翻。 同時(shí)受橫向、軸向、轉(zhuǎn)矩和翻轉(zhuǎn)力矩的作用。,七、失效分析、計(jì)算準(zhǔn)則 軸向、橫向載荷無(wú)論受何種形式；,受軸向載荷：斷裂、塑性變形,受橫向載荷：剪斷、壓潰,斷裂,剪斷,壓潰,失效,計(jì)算準(zhǔn)則,對(duì)單個(gè)螺栓聯(lián)接而言，其受力的形式不外乎是受軸向力或受橫向力。,對(duì)于受拉螺栓，其主要破壞形式是螺栓桿螺紋部分發(fā)生斷裂，因而其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是保證螺栓的靜力拉伸強(qiáng)度；對(duì)于受剪螺栓，其主要破壞形式是螺栓桿和孔壁間壓潰或螺栓桿被剪斷，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是保證聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度和螺栓的剪切強(qiáng)度。 八、單個(gè)螺栓的受力分析 1、受軸向載荷 a)松螺栓聯(lián)接