機械設計提高(1)

1、主要內容主要內容一、機械設計總論一、機械設計總論二、螺紋連接與鍵連接二、螺紋連接與鍵連接三、帶傳動與鏈傳動三、帶傳動與鏈傳動四、齒輪傳動與蝸桿傳動四、齒輪傳動與蝸桿傳動五、滑動軸承與滾動軸承五、滑動軸承與滾動軸承六、軸、聯(lián)軸器和離合器六、軸、聯(lián)軸器和離合器七、綜合題七、綜合題八、模擬測試八、模擬測試教學內容與考核方式教學內容與考核方式1 1、內容提要、內容提要2 2、要點分析、要點分析3 3、題型概括、題型概括4 4、典型題解析、典型題解析5 5、課后練習、課后練習教學內容教學內容:考核方式考核方式:1、期末閉卷考試、期末閉卷考試2、平時、平時40%，期末，期末60%第一講：機械設計總論第一講

2、：機械設計總論主講人：譚曉蘭1 1、機器的組成和機械設計的一般程序、機器的組成和機械設計的一般程序2 2、對機器的主要要求以及機械零件設計的一般步驟和方法、對機器的主要要求以及機械零件設計的一般步驟和方法3 3、機械零件的失效形式和設計準則機械零件的失效形式和設計準則4 4、標準化的內容和重要意義、標準化的內容和重要意義5 5、機械零、部件所受載荷和應力的類型、變應力的種類和特點機械零、部件所受載荷和應力的類型、變應力的種類和特點6 6、靜應力下機械零件的強度判斷方式。單向應力狀態(tài)及復合應力狀態(tài)下、靜應力下機械零件的強度判斷方式。單向應力狀態(tài)及復合應力狀態(tài)下 危險剖面上計算應力和表面接觸應力的

3、計算危險剖面上計算應力和表面接觸應力的計算7 7、變應力作用下機械零件的強度問題：（、變應力作用下機械零件的強度問題：（1 1） 變應力作用下機械零件的變應力作用下機械零件的 失效特征及影響疲勞強度的主要因素失效特征及影響疲勞強度的主要因素（2 2）疲勞曲線（）疲勞曲線（s sN曲線曲線）、）、 極限應力圖（極限應力圖（ 圖）、圖）、疲勞損傷累積假說的含義和極限應力的確定疲勞損傷累積假說的含義和極限應力的確定 方法；（方法；（3 3）變應力作用下機械零件的強度計算）變應力作用下機械零件的強度計算8 8、干摩擦、邊界摩擦、混合摩擦和液體摩擦的特點干摩擦、邊界摩擦、混合摩擦和液體摩擦的特點，干摩擦

4、的機理，干摩擦的機理 9 9、摩擦和磨損的相互關系，磨損對機器壽命和性能的影響，磨損的實質、摩擦和磨損的相互關系，磨損對機器壽命和性能的影響，磨損的實質 和基本規(guī)律，磨損分類，各類磨損的影響因素，減少磨損的各種措施和基本規(guī)律，磨損分類，各類磨損的影響因素，減少磨損的各種措施1010、潤滑的作用，潤滑材料的分類，潤滑劑的選用原則等。、潤滑的作用，潤滑材料的分類，潤滑劑的選用原則等。1111、流體動力潤滑的楔效應承載機理。流體動力潤滑的楔效應承載機理。1.1、內容提要、內容提要第一講：機械設計總論第一講：機械設計總論amss關于機械零件所受應力類型及其相應的強關于機械零件所受應力類型及其相應的強度

5、計算公式度計算公式關于疲勞曲線和極限應力線圖的含義與應關于疲勞曲線和極限應力線圖的含義與應用用關于影響機械零件疲勞強度的主要因素關于影響機械零件疲勞強度的主要因素學習常見的摩擦狀態(tài)時，要注意其形成條學習常見的摩擦狀態(tài)時，要注意其形成條件和特點件和特點1.2、要點分析、要點分析第一講：機械設計總論第一講：機械設計總論1 1、零件設計中的載荷及其分類、零件設計中的載荷及其分類 靜載荷靜載荷：不隨時間變化或變化緩慢的載荷：不隨時間變化或變化緩慢的載荷. .變載荷變載荷：隨時間作周期性或非周期性變化的載荷：隨時間作周期性或非周期性變化的載荷. . 載荷可分為靜載荷和變載荷兩類。 注意注意: :在設計計

6、算中，載荷又可分為名義載荷和計在設計計算中，載荷又可分為名義載荷和計算載荷，計算載荷等于載荷系數(shù)乘以名義載荷。算載荷，計算載荷等于載荷系數(shù)乘以名義載荷。 1.2、要點分析、要點分析關于機械零件所受應力類型及其相應的強度計算公式關于機械零件所受應力類型及其相應的強度計算公式一、載荷和應力的分類2應力的分類應力的分類 靜應力靜應力：不隨時間變化或變化緩慢的應力。：不隨時間變化或變化緩慢的應力。變應力變應力: : 隨時間變化的應力。隨時間變化的應力。一、載荷和應力的分類 變應力又可分為穩(wěn)定循環(huán)變應力、非穩(wěn)定循環(huán)變應力以變應力又可分為穩(wěn)定循環(huán)變應力、非穩(wěn)定循環(huán)變應力以及隨機變應力等。最基本的變應力為及

7、隨機變應力等。最基本的變應力為穩(wěn)定循環(huán)變應力穩(wěn)定循環(huán)變應力。 描述穩(wěn)定循環(huán)變應力有5個參量，應力幅a、平均應力m 、最小應力min 、最大應力max和循環(huán)特性系數(shù)r。但其中只有兩個參數(shù)是獨立的。1.2、要點分析、要點分析關于機械零件所受應力類型及其相應的強度計算公式關于機械零件所受應力類型及其相應的強度計算公式兩種類別sm平均應力； sa應力幅值smax最大應力； smin最小應力r 循環(huán)特性（應力比）2minmaxmsss2minmaxasssmaxminssr上述參數(shù)中只有兩個參數(shù)是獨立的。 一、載荷和應力的分類2應力的分類應力的分類 r = -1對稱循環(huán)應力r=0脈動循環(huán)應力r=1靜應力

8、非對稱循環(huán)應力應力分類圖示：應力分類圖示： 穩(wěn)定循環(huán)變應力可分為對稱循環(huán)變應力對稱循環(huán)變應力、脈脈動循環(huán)變應力動循環(huán)變應力和非對稱循環(huán)變應力非對稱循環(huán)變應力三種。 2應力的分類應力的分類 強度可分為靜應力強度和變應力強度強度可分為靜應力強度和變應力強度 a靜應力強度靜應力強度： 二、機械零件強度的基本概念 在靜應力下工作的零件，其失效形式將是斷裂在靜應力下工作的零件，其失效形式將是斷裂或塑性變形。因此需要計算靜強度。或塑性變形。因此需要計算靜強度。 b變應力強度變應力強度： 在變應力下工作的零件，其失效形式將是疲勞在變應力下工作的零件，其失效形式將是疲勞斷裂。因此需要計算其疲勞強度。斷裂。因此

9、需要計算其疲勞強度。 1.2、要點分析、要點分析關于機械零件所受應力類型及其相應的強度計算公式關于機械零件所受應力類型及其相應的強度計算公式 零件在變應力作用下的破壞，稱為疲勞破壞，零件在變應力作用下的破壞，稱為疲勞破壞，一般也稱為疲勞失效。一般也稱為疲勞失效。 疲勞破壞：疲勞破壞：1.2、要點分析、要點分析關于機械零件所受應力類型及其相應的強度計算公式關于機械零件所受應力類型及其相應的強度計算公式二、機械零件強度的基本概念特點：特點： 1在某類變應力多次作用后突然斷裂；在某類變應力多次作用后突然斷裂； 2斷裂時變應力的最大應力遠小于材料的屈服極限斷裂時變應力的最大應力遠小于材料的屈服極限 3

10、即使是塑性材料，斷裂時也無明顯的塑性變形。即使是塑性材料，斷裂時也無明顯的塑性變形。 由此可見，疲勞破壞不僅僅與由此可見，疲勞破壞不僅僅與應力的大小應力的大小有關，而有關，而且還與且還與應力循環(huán)次數(shù)應力循環(huán)次數(shù)和和應力循環(huán)特性應力循環(huán)特性有關。有關。 循環(huán)特性循環(huán)特性r r一定時，應力循環(huán)一定時，應力循環(huán)N N次后，材料不發(fā)生疲次后，材料不發(fā)生疲勞破壞時的最大應力，稱為勞破壞時的最大應力，稱為疲勞極限疲勞極限。1.2、要點分析、要點分析關于機械零件所受應力類型及其相應的強度計算公式關于機械零件所受應力類型及其相應的強度計算公式二、機械零件強度的基本概念疲勞曲線CD段段( (有限壽命區(qū)間有限壽命

11、區(qū)間): ):)(DCmrNNNNCNs)DrrNNN （ssD點以后點以后(無限壽命區(qū)間無限壽命區(qū)間): 用用N N0 0及其相對應的疲勞極限及其相對應的疲勞極限 r來近來近似代表似代表N NDD和和 r,r,有：有：CNN0mrmrNss1 1、 s sN疲勞曲線疲勞曲線sN疲勞曲線表示循環(huán)次數(shù)N和疲勞極限間關系的曲線稱s sN疲勞曲線rNs1.2、要點分析、要點分析關于疲勞曲線和極限應力線圖的含義與應用關于疲勞曲線和極限應力線圖的含義與應用有限壽命區(qū)間內循環(huán)次數(shù)N與疲勞極限srN的關系為：式中， N0為循環(huán)基數(shù)； sr為與N0相對應的疲勞極限m為材料常數(shù)，值由材料試驗確定。rNrKNNm

12、sss0rNsN疲勞曲線1 1、 s sN疲勞曲線疲勞曲線1.2、要點分析、要點分析關于疲勞曲線和極限應力線圖的含義與應用關于疲勞曲線和極限應力線圖的含義與應用2、極限應力線圖、極限應力線圖（等壽命疲勞曲線）（等壽命疲勞曲線） 機械零件材料的疲勞特性除用sN曲線表示外，還可用極限應力線圖，即等壽命曲線來描述。該曲線表達了材料在不同循環(huán)特性下疲勞極限的特性。1.2、要點分析、要點分析關于疲勞曲線和極限應力線圖的含義與應用關于疲勞曲線和極限應力線圖的含義與應用在工程應用中，常將等壽命曲線用直線來近似替代。在工程應用中，常將等壽命曲線用直線來近似替代。A直線的方程為：ma1sssssmasssC直線

13、的方程為：0012ssss為試件受循環(huán)彎曲應力時的材料常數(shù)，其值由試驗及下式決定：對于碳鋼，0.10.2，對于合金鋼，0.20.3。在不對稱循環(huán)時，是試件與零件極限應力幅的比值。1s材料對稱循環(huán)彎曲疲勞極限e1s零件對稱循環(huán)彎曲疲勞極限sssKe11零件的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限為: eK11sss如設彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù) ，且 零件的極限應力線圖零件的極限應力線圖機械零件的疲勞強度計算1 n材料性能材料性能n應力循環(huán)特性應力循環(huán)特性n應力循環(huán)次數(shù)應力循環(huán)次數(shù)n應力集中應力集中n絕對尺寸絕對尺寸n表面狀態(tài)等表面狀態(tài)等1.2、要點分析、要點分析關于影響機械零件疲勞強度的主要因素關于影響機械零件

14、疲勞強度的主要因素 種滑動摩擦狀態(tài)種滑動摩擦狀態(tài). . 干摩擦干摩擦是指表面間無任何潤滑劑或保護膜的純金屬接觸時的摩擦。是指表面間無任何潤滑劑或保護膜的純金屬接觸時的摩擦。. . 邊界摩擦邊界摩擦是指摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，其摩擦性質取決于是指摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，其摩擦性質取決于邊界膜和表面的吸附性能時的摩擦。邊界膜和表面的吸附性能時的摩擦。 流體摩擦流體摩擦是指摩擦表面被流體膜隔開，摩擦性質取決于流體內部分子間是指摩擦表面被流體膜隔開，摩擦性質取決于流體內部分子間粘性阻力的摩擦。流體摩擦時的摩擦系數(shù)最小，且不會有磨損產生，是理想粘性阻力的摩擦。流體摩擦時的摩擦系數(shù)最小

15、，且不會有磨損產生，是理想的摩擦狀態(tài)。的摩擦狀態(tài)?；旌夏Σ粱旌夏Σ潦侵改Σ帘砻骈g處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)?；旌夏κ侵改Σ帘砻骈g處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)?；旌夏Σ聊苡行Ы档湍Σ磷枇?，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦時要小得多。擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦時要小得多。邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦?；靖拍铑}基本概念題機械零件疲勞強度的計算機械零件疲勞強度的計算繪制零件的極限應力圖，并用圖解法求極繪制零件的極限應力圖，并用圖解法求極限應力值限應力值1.3、題型概括、題型概括第一講：機械

16、設計總論第一講：機械設計總論1.4、典型題解析、典型題解析第一講：機械設計總論第一講：機械設計總論1、判斷題、判斷題1）只有靜載荷產生靜強度；只有變載荷產生只有靜載荷產生靜強度；只有變載荷產生 疲勞破壞；疲勞破壞；2）機械零件在靜載荷作用下，則均為靜強度機械零件在靜載荷作用下，則均為靜強度破壞。破壞。1.4、典型題解析、典型題解析第一講：機械設計總論第一講：機械設計總論2、填空題、填空題1）在靜載荷作用下的機械零件，不僅可以產生在靜載荷作用下的機械零件，不僅可以產生（ ）應力，也可能產生（）應力，也可能產生（ ）應力。）應力。2）若一零件的應力循環(huán)特性若一零件的應力循環(huán)特性r=+0.5，應力幅

17、，應力幅a=70N/mm2，則，則m=（ ）, min =（ ）max =（ ）。 3) 在任一給定循環(huán)特性的條件下，表示應力循在任一給定循環(huán)特性的條件下，表示應力循環(huán)次數(shù)環(huán)次數(shù)N與疲勞極限與疲勞極限 的關系的曲線稱為的關系的曲線稱為（ ），其高周疲勞階段的方程為（），其高周疲勞階段的方程為（ ）。4 材料的疲勞特性可用（材料的疲勞特性可用（ ）、（）、（ ）和（）和（ ）來描述。來描述。 rNs1.4、典型題解析、典型題解析第一講：機械設計總論第一講：機械設計總論3、選擇題、選擇題1）零件受變零件受變載荷作用時，在其內部（載荷作用時，在其內部（ ），），零件受變零件受變載荷作用時，則在其內部

18、（載荷作用時，則在其內部（ ）。）。 A、只會產生靜應力，、只會產生靜應力，B、只會產生變應力、只會產生變應力 C、可能、可能產生靜應力也可能產生變應力產生靜應力也可能產生變應力2) 零件的工作安全系數(shù)為（零件的工作安全系數(shù)為（ ） 。 A、零件的極限應力比許用應力、零件的極限應力比許用應力 B、零件的工作應力比許用應力、零件的工作應力比許用應力 C、零件的極限應力比零件的工作應力零件的極限應力比零件的工作應力 D、零件的工作應力比零件的極限應力、零件的工作應力比零件的極限應力4、圖示、圖示40鋼的極限應力線圖。已知用此材料鋼的極限應力線圖。已知用此材料制成的轉動心軸，工作時危險截面最大彎制成

19、的轉動心軸，工作時危險截面最大彎曲應力曲應力b b=110N/mm=110N/mm，綜合影響系數(shù)，綜合影響系數(shù)K K=1.5=1.5，求軸的計算安全系數(shù)，求軸的計算安全系數(shù)1.4、典型題解析、典型題解析第一講：機械設計總論第一講：機械設計總論5、在圖示零件極限應力圖上，工作點、在圖示零件極限應力圖上，工作點C和和D為斜齒輪軸上兩種應力工作點。試在圖中為斜齒輪軸上兩種應力工作點。試在圖中標出對應的極限應力點，并說明分別會出標出對應的極限應力點，并說明分別會出現(xiàn)什么形式的破壞？現(xiàn)什么形式的破壞？1.4、典型題解析、典型題解析第一講：機械設計總論第一講：機械設計總論不同應力變化時極限應力的確定不同應

20、力變化時極限應力的確定不同應力變化規(guī)律時疲勞安全不同應力變化規(guī)律時疲勞安全區(qū)域塑性安全區(qū)的劃分區(qū)域塑性安全區(qū)的劃分四、機械零件的疲勞強度計算在不對稱循環(huán)時，是試件與零件極限應力幅的比值。1s材料對稱循環(huán)彎曲疲勞極限e1s零件對稱循環(huán)彎曲疲勞極限sssKe11零件的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限為: 1、零件的極限應力線圖eK11sss如設彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù) ，且 機械零件的疲勞強度計算1 機械零件的疲勞強度計算22、單向穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算工作應力點:M N。機械零件可能發(fā)生的典型的應力變化規(guī)律有以下三種： 應力比為常數(shù)：r=C (如大多數(shù)轉軸中的應力狀態(tài))詳細分析平均應力為常數(shù)m=C (如震動著的受載彈簧中的應力狀態(tài)) 最小應力為常數(shù)min=C （如今螺栓聯(lián)接中螺栓受軸向變載荷時的 應力狀態(tài)）機械零件的疲勞強度計算33、單向不穩(wěn)定變應力時的疲勞強度計算用統(tǒng)計方