上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)課件--綜述

1、zpofrp 2013-10-23 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)和一些共性問題。一、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（國家教委制定）zpofrp 2013-10-23我們以洗衣機(jī)為例，來說明機(jī)械的組成：電動(dòng)機(jī)進(jìn)水排水渦輪皮帶傳動(dòng)控制部分：正轉(zhuǎn)時(shí)間 反轉(zhuǎn)時(shí)間圖1 洗衣機(jī)機(jī)構(gòu)示意圖圖2 機(jī)械（機(jī)器）的組成（按功能分）原動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)工作機(jī)輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)zpofrp 2013-10-23 原動(dòng)機(jī)部分原動(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)行部分執(zhí)行部分是用來完成機(jī)器預(yù)定功能的組成部分； 傳

2、動(dòng)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。按大小來分：機(jī)械（機(jī)器）部 件零 件圖3 機(jī)械（機(jī)器）的組成（按大小分）zpofrp 2013-10-23計(jì)劃階段計(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)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)技術(shù)設(shè)計(jì)目的：確定機(jī)

3、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)文件編制技術(shù)文件編制：編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。zpofrp 2013-10-23三、零件的設(shè)計(jì)步驟三、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)，就稱為零件失效。 minlimS yy 機(jī)械零件的失效形式整體斷裂過大的殘余變形腐蝕、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）zpofrp 2013-10-23 下面我們以設(shè)計(jì)千斤頂立柱為例，來說明機(jī)械零件的設(shè)計(jì)步驟：dl車自重W=2000kg=2噸s為屈服極限

4、min24SdWs由此可求出d；其中Smin根據(jù)工作環(huán)境來定。zpofrp 2013-10-23 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)大體要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟： 1、載荷分析（受力分析）：W 2、應(yīng)力分析：24dWs Wd43、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。zpofrp 2013-10-23四課程的主要內(nèi)容四課程的主要內(nèi)容 概括地說，機(jī)械零件可以分為兩大類：本書討論

5、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、花鍵及無鍵聯(lián)接，銷釘聯(lián)接，鉚接、焊接、膠接與過盈配合聯(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；零件通用零件專用零件傳動(dòng)件連接件軸系件其 他（如螺釘、齒輪、鏈輪等）zpofrp 2013-10-23五、特點(diǎn)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、

6、承上啟下的作用。它是最后一門專業(yè)基礎(chǔ)課，起到承接基礎(chǔ)課和專業(yè)課的橋梁作用。疲勞強(qiáng)度理論摩擦、磨損與潤滑基本理論zpofrp 2013-10-23六、要求六、要求 以聽課為主，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?？己?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)裝置和簡單機(jī)械的能力；2）樹立正確的設(shè)計(jì)思想，了解國家當(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

7、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。zpofrp 2013-10-231、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)習(xí) 題題zpofrp 2013-10-23一、變應(yīng)力的分類二、變應(yīng)力參數(shù)三、幾種特殊的變應(yīng)力四、疲勞曲線（對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的N曲線）五、（非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的）極限

8、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）zpofrp 2013-10-23周期時(shí)間ta）穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力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)力簡單復(fù)合對(duì) 稱脈 動(dòng)非對(duì)稱隨機(jī)變應(yīng)力（非周期）zpofrp 2013-10-23周 期tb）不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力尖峰應(yīng)力C）隨機(jī)變應(yīng)力圖2-1變應(yīng)力的分類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，則稱為隨機(jī)變應(yīng)力，如圖2-1c

9、所示。zpofrp 2013-10-23 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。a0tmaxmmina0tmaxmmin圖2-2穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力 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zpofrp 2013-10-23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)來確定。

10、maxminminmaxminmaxminmax22ramamama0tmaxmmina0tmaxmmin圖2-2穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力zpofrp 2013-10-23三、幾種特殊的變應(yīng)力三、幾種特殊的變應(yīng)力 特殊點(diǎn)：0tm靜應(yīng)力max=min=ma=0r=+10tmaxmin對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力max=min=am=0r=-10tmaxmmin脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力min=0a=m=max/2r=0 不屬于上述三類的應(yīng)力稱為非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力，其r在+1與-1之間，它可看作是由第一類（靜應(yīng)力）和第二類（對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力）疊加而成。zpofrp 2013-10-23例例1 已知：max=200N/mm2，r =0.5，求

11、：min、a、m。解：1002005 . 0maxminr5021002002minmaxinmaxaa0tmaxmmin20050-100zpofrp 2013-10-23例2 已知：a= 80N/mm2，m=40N/mm2 求：max、min、r、繪圖。解：120)80(40maxam40)80(40minam3112040maxminra0tmaxmmin40-40-120zpofrp 2013-10-23例3 已知：A截面產(chǎn)生max=400N/mm2，min=100N/mm2 求：a、m，r。FaFaFraAFrMb彎曲應(yīng)力25025021004002minm

12、axinmaxm25. 041400100maxminra0tm100-150-4000ta0tm= 穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力R=1對(duì)稱循環(huán)R=1靜應(yīng)力解：zpofrp 2013-10-23例4 如圖示旋轉(zhuǎn)軸，求截面A上max、min、a、m及r。Pr=6000APx=3000Nd=50150l=300b彎曲應(yīng)力23336504 . 030060003222mmNdlPWMrb222528.mNdPxc解：Pr A：對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力Px A：靜壓力zpofrp 2013-10-23 528.37maxcbcb472.34mincbcb36ba528. 1

13、cm919. 0r=0tbPr（對(duì)稱循環(huán)）0tcPx（靜應(yīng)力）a0tm34.472-3636-1.528-37.528合成后（穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力）zpofrp 2013-10-23第二章第二章 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計(jì)算（習(xí)題）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）專用零件和部件；（2）在高速、高壓、環(huán)境溫度過高或過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

14、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。34zpofrp 2013-10-233、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 來描述

15、。（1）一個(gè)；（2）兩個(gè)；（3）三個(gè)；（4）四個(gè)。t31.2N/mm2-130N/mm20222zpofrp 2013-10-236、機(jī)械零件的強(qiáng)度條件可以寫成 。（1） ， 或 ，（2） ， 或 ，（3） ， 或 ，（4） ， 或 ，7、一直徑d=18mm的等截面直桿， 桿長為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、

16、脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力和對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的r值各是多少？ SS SS SS SS SS SS SS SS maxminr332 靜應(yīng)力r靜=1 ； 脈動(dòng)循環(huán)r脈=0 ；對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力r=-1 。解：zpofrp 2013-10-232、圖示各應(yīng)力隨時(shí)間變化的圖形分別表示什么類型的應(yīng)力？它們的應(yīng)力比分別是多少？0tmax0tmaxmm inaa)b)0tmaxmmin=0a0tmaxam=0c)d)解：a）靜應(yīng)力r=1；b）非對(duì)稱（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)稱循環(huán)r=1。zpofrp 2013-10-23四、疲勞曲線（對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的四、疲勞曲線（對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的 N

17、曲線）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。a大N小a中N中a小N大rrrFFFFr312321rrrNNNN21Frzpofrp 2013-10-23 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，稱為材料的持久疲勞極限，記為1（或r）。有限壽命區(qū)N0N3N2N1-1321Nr=1無限壽命區(qū)lgN0lgNa）為線性坐標(biāo)上的疲勞曲線；b）為對(duì)數(shù)坐標(biāo)上的疲勞曲線圖2 疲勞曲線（N）zpofrp

18、 2013-10-23 疲勞曲線可分成兩個(gè)區(qū)域：有限壽命區(qū)和無限壽命區(qū)。所謂“無限”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：CNmN1此式稱為疲勞曲線方程（或N曲線方程）。其中：1N r=-1時(shí)有限壽命疲勞極限應(yīng)力； N 與1N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)；

19、(m、c根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)得到)。zpofrp 2013-10-23 1 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，可寫出下式：011NNmmN1011NmNkNNmNNNk0min1SSaN因而材料的有限壽命（即壽命為N時(shí)）的疲勞極限1N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稱為壽命系數(shù)。zpofrp 2013-10-23例題2-1： 某零件采用塑性材料，1=268N/mm2（N0=107，m=9），當(dāng)工作應(yīng)力max=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N曲線上定性標(biāo)出極限應(yīng)力點(diǎn)和工作應(yīng)

20、力點(diǎn)，Sca。 （1）N=N0 （2）N=106解：1011NmNkNN2967 max621 max0/346101026810/268mmNNmmNNN12. 124026824011aNcaS44. 1240346caSzpofrp 2013-10-23 N0=107N=106-1=268300346N240300max15. 1300346106caSN89. 03002680caSNN當(dāng) 時(shí)：將會(huì)失效。zpofrp 2013-10-23五、（非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的）極限應(yīng)力圖五、（非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的）極限應(yīng)力圖 以上所討論的N曲線，是指對(duì)稱應(yīng)力時(shí)的失效規(guī)律。對(duì)于非對(duì)稱的變應(yīng)力，必須考慮循

21、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)稱循環(huán)及脈動(dòng)循環(huán)的疲勞極限1及0，把這兩個(gè)極限應(yīng)力標(biāo)在ma坐標(biāo)上（圖2-3）。0/2s04545amADGC-10/2圖3材料的極限應(yīng)力線圖 由于對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的平均應(yīng)力m=0，最大應(yīng)力等于應(yīng)力幅，所以對(duì)稱循環(huán)疲勞極限在圖中以縱坐標(biāo)軸上的A點(diǎn)來表示。 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m=a=0/2，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)來表示。zpofrp 2013-10-23 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

22、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s，并自C點(diǎn)作一直線與直線C0成45夾角，交AD延長線于G，則CG上任何一點(diǎn)均代表 的變應(yīng)力狀況。sammax-10/2s04545amADGC0/2圖3 材料的極限應(yīng)力線圖0/2s045amADGC-1e=-1/K0/2K圖4 零件的極限應(yīng)力線圖 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（0，1）及D（0/2，0/2）求得為（疲勞區(qū)）：zpofrp 2013-10-23 001 12ma0012 1m

23、a=0t-10ta0tmsam 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)）：zpofrp 2013-10-23 下面推導(dǎo)非對(duì)稱循環(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）見圖5。0amADGCmaMN圖5 零件的工作應(yīng)力在極限應(yīng)力線圖坐標(biāo)上的位置 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：zpofrp 2013-10-23a） 變應(yīng)力的循環(huán)特性保持

24、不變，即r=C（例如絕大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài)）；Fr0tr=C0tm=Cm=CGFb） 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)）；zpofrp 2013-10-23C）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)）。P = 0a0tmin=Cmin 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)椋簔pofrp 2013-10-23 因此，在圖6中，從坐標(biāo)原點(diǎn)引射線通過工作應(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

25、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。 1122maxminmaxmaxminmaxminmaxminmaxCrrtgma0amADGCma MNM1N1圖6 r = C時(shí)的極限應(yīng)力 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，就可以求出對(duì)應(yīng)于M點(diǎn)的試件的極限應(yīng)力max：zpofrp 2013-10-23 于是，安全系數(shù)計(jì)算值Sca及強(qiáng)度條件為：maamma1 maxmin1 maxmax maxSSmaamcaminmaxlimSSmassca 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，工作應(yīng)力為N點(diǎn)時(shí)，首先可能

26、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。zpofrp 2013-10-232、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。0amADGCMNM2 N2 H圖7 m=C時(shí)的極限應(yīng)力zpofrp 2013-10-233、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。Ca

27、mmin0amADGCMNM3N3I45minMminN圖8 min=C時(shí)的極限應(yīng)力 因此在圖8中，通過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。zpofrp 2013-10-23六、影響疲勞強(qiáng)度的因素六、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)來考慮。 尺寸與形狀系數(shù)，見表1-5；zpofrp 2013-10-233、表面質(zhì)量的影

28、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來考慮其影響。zpofrp 2013-10-23 kK 零件的強(qiáng)度計(jì)算式試件min1min1SKkSSkSaNcaaNca零件試件min1min1SKSSSmacamaca對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力

29、非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 （r = C）zpofrp 2013-10-23實(shí)驗(yàn)、試件 d=10mm，光桿。04545amADGC45試件零件-1-1/K(0/2,0/2)(0/2,0/2K)試件：零件：zpofrp 2013-10-23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：0012210/7662 . 01460212mmNm0/2=383s=920045135aADGC圖2-10 一鉻鎳合金鋼的m a極限應(yīng)力圖0/2=383-1如圖2-10所示，取D點(diǎn)坐標(biāo)為(0/2

30、=383, 0/2=383)，A點(diǎn)坐標(biāo)為(0, -1=460)。過C點(diǎn)(s=920, 0)與橫坐標(biāo)成135 作直線，與AD的延長線相交于G，則直線化的極限應(yīng)力圖為ADG。zpofrp 2013-10-23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。33. 24 . 014 . 0111rrtgma0406633. 2mmatg1ma12 . 0460mma22/182,/424mmNmmNmam0/2=383s=920045135aADGCM(182,424)6640圖2-10 一鉻鎳合金鋼的m a極限應(yīng)力圖0/2=383-1從而得又由式（3-9a）：得聯(lián)立以上兩式解得

31、：即圖上M點(diǎn)。解：由式（2-8）得：zpofrp 2013-10-23 作業(yè)：1-1、1-2、1-5 習(xí)題分析：0amADGCMNM2N2H疲勞區(qū)靜 強(qiáng) 度區(qū)minSSCrmascamascamSCmin1SKSmaca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)，說明零件是合格，不會(huì)失效。zpofrp 2013-10-23七、不穩(wěn)定變應(yīng)力的強(qiáng)度計(jì)算七、不穩(wěn)定變應(yīng)力的強(qiáng)度計(jì)算1應(yīng)力譜1nn1n2n323231123tn1n2n3圖2-9不穩(wěn)定變應(yīng)力示意圖zpofrp 2013-10-23 圖2-9為一不穩(wěn)定變應(yīng)力的示意圖。變應(yīng)力1（對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的最大應(yīng)力，或不對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的等效對(duì)稱循

32、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）每增加一次過載的應(yīng)力（超過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傷沒有多大影響。zpofrp 2013-10-23 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)

33、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。如此類推，循環(huán)n2次的2對(duì)材料的損傷率為n2/N2，。%10011Nn%10022Nn%10033Nn%10011N%10011NN123n1n2n3N1 N2 N3N0圖2-10 不穩(wěn)定變應(yīng)力在N坐標(biāo)上Nzpofrp 2013-10-23 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：%100%100%100%100332211NnNnNn是極限狀態(tài)1332211NnNnNn一般地寫成：11ziiiNn 上式是疲勞損傷線性累積假說的數(shù)學(xué)表達(dá)式。自從此假說提出后，曾作了大量的試驗(yàn)研究

34、，以驗(yàn)證此假說的正確性。試驗(yàn)表明，當(dāng)各個(gè)作用的應(yīng)力幅無巨大的差別時(shí)，這個(gè)規(guī)律是正確的。zpofrp 2013-10-23 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）。 通過大量的試驗(yàn)，可以有以下的關(guān)系：2 . 27 . 01ziiiNn說明Miner法則有一定的局限性。zpofrp 2013-10-233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。；感興趣，回去自己推導(dǎo)講這種情況；一般是已知的，我們只eeeeNNNnnn10332211零件試件min110S

35、KSSNecaecae零件試件min1111111SKKSKSNNcaNcaezpofrp 2013-10-23 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?iiNn1imiimiNnCNimi01NNmimi101Nnmimi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：zpofrp 2013-10-23 上式又可變形為：101miminN1101011smmiimimieknNnNmmiisnNk101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

36、全系數(shù)計(jì)算值Sca及強(qiáng)度條件則為：zpofrp 2013-10-23例題：45號(hào)鋼經(jīng)過調(diào)質(zhì)后的性能為：-1=307Mpa，m=9，N0=5106?，F(xiàn)以此材料作試件進(jìn)行試驗(yàn)，以對(duì)稱循環(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）：0min111,NSkKKSeseca54. 050040010500500101051199594610mmiisnNk14. 150054. 030711scakS根據(jù)式（2-47），試件的安全系數(shù)計(jì)算值為：zpo

37、frp 2013-10-23又根據(jù)式（2-19）：6961101100625. 0500307105mNN69621021047. 0400307105mNN69631031055. 1350307105mNNzpofrp 2013-10-23若要使試件破壞，則由式（2-42）得：11055. 11047. 010100625. 010636564n66564631097. 01047. 010100625. 01011055. 1n即該試件在3=350Mpa的對(duì)稱循環(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)。zpofrp 2013-10-23八、復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計(jì)算（彎曲、

38、扭轉(zhuǎn)聯(lián)合作用）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：a-10a-1m(a,a)n(a,a)AB圖2-11 復(fù)合應(yīng)力時(shí)的極限應(yīng)力線圖12121aa對(duì)于鋼材，經(jīng)過試驗(yàn)得出的極限應(yīng)力關(guān)系式為：zpofrp 2013-10-23 由于是對(duì)稱循環(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：aaaaonomS12121aaaaa

39、a將式（1）變形為：zpofrp 2013-10-23則：122SSSSmin22SSSSSS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；亦即解決了簡單和復(fù)合的問題。zpofrp 2013-10-23總總 結(jié)結(jié)1、在解決變應(yīng)力下零件的強(qiáng)度問題叫疲勞強(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： 疲勞曲線解決對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的強(qiáng)度計(jì)算問題； 極限應(yīng)力圖對(duì)稱非對(duì)稱的關(guān)系； 復(fù)合極限應(yīng)力圖復(fù)合和簡單應(yīng)力的關(guān)系； Mi

40、ner法則穩(wěn)定和非穩(wěn)定應(yīng)力的關(guān)系；zpofrp 2013-10-234強(qiáng)度計(jì)算式變應(yīng)力穩(wěn)定不穩(wěn)定簡單復(fù)合對(duì) 稱非對(duì)稱SSKKSaN,min1maKS1CmCmin22SSSSSmin11SkKSsCr zpofrp 2013-10-23例題：一零件采用塑性材料-1=275Mpa（N0=106，m=9），K=11）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

41、數(shù)）。解：1）這屬于不穩(wěn)定變應(yīng)力下的強(qiáng)度計(jì)算問題，應(yīng)用疲勞損傷累積假說的數(shù)學(xué)表達(dá)式。1iiNn12211NnNn110108104,623302nNN52105nzpofrp 2013-10-232）1iiNn1, 101NnNnmimiimiimi1102751010275104410696926939MPa2 .270205. 1410639. 0127511skKS639. 01054102751041011959362110miimisnNk3）zpofrp 2013-10-23第二章第二章 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)（習(xí)題續(xù)）機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)（習(xí)題續(xù)）一、選擇題一、選擇題2-145

42、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。113zpofrp 2013

43、-10-232-4 繪制設(shè)計(jì)零件的ma極限應(yīng)力簡圖時(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)稱循環(huán)變應(yīng)力；（2）變號(hào)的不對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力；（3）脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力；（4）對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力；045135amANGCM23zpofrp 2013-10-232-6在題2-5圖所示零件的極限應(yīng)力簡圖中，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)稱循環(huán)變應(yīng)力；

44、（3）變號(hào)的不對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力；（4）不變號(hào)的不對(duì)稱循環(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；0135amANGCM(m,a)21zpofrp 2013-10-232-8在圖示零件的極限應(yīng)力簡圖上，M為零件的工作應(yīng)力點(diǎn)，若加載于零件的過程中保持最小應(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)零件加載的過程中保持應(yīng)力比r等于常數(shù)。則

45、該零件的極限應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)為 。（1）M1；（2）M2；（3）M3（4）M4；045135amAGCM45M1M2M3M423zpofrp 2013-10-232-102-8題中若對(duì)零件加載的過程中保持平均應(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)力簡圖中角為 。（1）365535；（2）411422；（3）484538；（3）6786；-1/K0/2K0/2s045amADBC12zpofrp 201

46、3-10-232-12 在題2-5圖所示零件的極限應(yīng)力簡圖中，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)稱循環(huán)變應(yīng)力；（3）變號(hào)的不對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力；（4）不變號(hào)的不對(duì)稱循環(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

47、數(shù)m=9，則以對(duì)稱循環(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；323zpofrp 2013-10-232-15若材料疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，則以對(duì)稱循環(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

48、數(shù)m=9，若用此材料做成的試件進(jìn)行試驗(yàn)，以對(duì)稱循環(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）4.52106123zpofrp

49、2013-10-23第三章第三章 摩擦、磨損及潤滑理論摩擦、磨損及潤滑理論一、摩擦、磨損及潤滑三者關(guān)系一、摩擦、磨損及潤滑三者關(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，在摩擦面間加入潤滑劑來降低摩擦，減小磨損的產(chǎn)生，所以說三者互為因果關(guān)系。zpofrp 2013-10-23二、摩擦的種類二、摩擦的種類530 . 34 . 04 . 0厚的

50、油膜完全隔開，液體摩擦（潤滑）：被厚比混合摩擦（潤滑）：膜薄的油膜，邊界摩擦（潤滑）：很干摩擦：粘著、犁刨摩擦（滑動(dòng)）干摩擦NVN邊界摩擦VN液體摩擦V沒有潤滑劑很薄油膜被 厚 的油 膜 完全隔開zpofrp 2013-10-23 兩個(gè)無潤滑物體之間的摩擦，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？可用膜厚比來劃分：aRhmin式中：hmin兩粗糙面間的最小公稱油膜厚度，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

51、為液體摩擦。zpofrp 2013-10-23三、牛頓流體定律三、牛頓流體定律yx0V=0ABVhN0S(面積) 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。zpofrp 2013-10-23 牛頓在1687年提出一個(gè)粘性液的摩擦定律（簡稱粘性定律），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：dy

52、dv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。zpofrp 2013-10-23四、液體動(dòng)壓潤滑的條件（楔形承載機(jī)理）四、液體動(dòng)壓潤滑的條件（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）被油膜分開的兩表面有一定相對(duì)滑動(dòng)速度，且大口向小口；（3）潤滑油必須有一定的粘度。（4）有足夠充足的供油量。Pmax油壓P分布曲線a b cVxy各 油 層的 速 度分布?jí)毫τ湍0p/x0 p/x=0

53、 p/xh0 h=h0 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降低過多，油膜將無法支持外載荷，而使兩表面直接接觸，致使油膜破裂，液體摩擦也就消失。c）潤滑油必須有一定的粘性。d）

54、有足夠充足的供油量。zpofrp 2013-10-23習(xí)題：第三章第三章 摩擦、磨損及潤滑理論摩擦、磨損及潤滑理論一、選擇題3-1 現(xiàn)在把研究有關(guān)摩擦、磨損與潤滑的科學(xué)與技術(shù)統(tǒng)稱為 。（1）摩擦理論；（2）磨損理論；（3）潤滑理論；（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)行潤滑的摩擦狀態(tài)稱為 。（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；zpofrp 2013-10-233-4 采用含有油性和

55、極壓添加劑的潤滑劑，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 通過大量試驗(yàn)， 得出的摩擦副的磨損過程圖 （磨損量q與時(shí)間t的關(guān)系曲線）， 圖中 是正確的。tqtqtqtqa)b)c)d)zpofrp 2013-10-233-6 根據(jù)牛頓液體粘性定律，大多數(shù)潤滑油油層間相對(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)力粘度與同溫下潤滑油 的比值。（1

56、）密度；（2）質(zhì)量m；（3）相對(duì)密度d；（4）速度v；yv2yvyv2yvzpofrp 2013-10-233-9 運(yùn)動(dòng)粘度的國際單位制(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，視潤滑油性質(zhì)而定；3-11 當(dāng)溫度升高時(shí)，潤滑油的粘度 。 （1）隨之升高；（2）隨之降低；（3）保持不變；（4）升高或降低視潤滑油性質(zhì)而定；zpofrp 2013-10-23二、分析題二、分析題1、何謂摩擦、磨損和潤滑？它們之間的相互關(guān)系如

57、何？2、按摩擦面間的潤滑狀況，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型？它們各有什么主要特點(diǎn)？如何防止或減輕這些類型的磨損發(fā)生？4、獲得流體動(dòng)壓潤滑的必要條件是什么？5、潤滑劑的作用是什么？常用潤滑劑有哪幾種？zpofrp 2013-10-23第四章第四章 螺紋零件螺紋零件一、概述一、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zpofrp 2013-10-23牙型形狀：三角=30矩形=0梯形=15

58、鋸齒=30、3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) 常用螺紋的類型見表9-1，P201。zpofrp 2013-10-23 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;

59、zpofrp 2013-10-235）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=ntn頭數(shù)；右旋6）升角：螺旋線與水平線夾角；ttSd22dStgSd27）牙型角 牙型斜角8）牙的工作高度hzpofrp 2013-10-23二、各種螺紋的特點(diǎn)、應(yīng)用二、各種螺紋的特點(diǎn)、應(yīng)用cosff vtgtg自鎖條件：升角軸松配 （受拉應(yīng)力）鉸制孔螺栓聯(lián)接 孔=軸緊配 （受剪應(yīng)力）從受力來分析圖9-4地腳螺栓聯(lián)接書P202zpofrp 2013-10-233、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

60、受力。例如起重吊鉤等；P2144、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、長度）zpofrp 2013-10-23四、擰緊四、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)緊力的大小是通過擰緊力矩來控制的。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。端面摩擦力矩T2摩擦力矩T1擰緊力矩TQp 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