MD2機(jī)械設(shè)計(jì)課件

教師：陳延偉第二章機(jī)械設(shè)計(jì)總論1機(jī)器設(shè)計(jì)程序及要求零件設(shè)計(jì)方法及步驟23機(jī)械零件的強(qiáng)度摩擦磨損及潤(rùn)滑4ContentabstractPart1：機(jī)器設(shè)計(jì)程序及要求

作為設(shè)計(jì)者要了解：機(jī)器的基本組成是什么？機(jī)器設(shè)計(jì)的基本要求是什么？機(jī)器設(shè)計(jì)的一般程序是什么？機(jī)器設(shè)計(jì)常用的設(shè)計(jì)方法有哪些？

設(shè)計(jì)者思維機(jī)器的組成Part1：機(jī)器設(shè)計(jì)程序及要求1轎車(chē)組成：機(jī)器的組成Part1：機(jī)器設(shè)計(jì)程序及要求1原動(dòng)機(jī)部分傳動(dòng)部分執(zhí)行部分潤(rùn)滑、顯示、照明等輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)傳動(dòng)裝置――在原動(dòng)機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間傳遞運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)方式的裝置。機(jī)械傳動(dòng)裝置是本課程研究的主要內(nèi)容之一。任何機(jī)器都是由許多零件組合而成的。

幾個(gè)基本概念Part1：機(jī)器設(shè)計(jì)程序及要求21）機(jī)械――機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱(chēng)。

2）機(jī)械零件――是機(jī)器的制造單元。分為：通用零件：各種機(jī)器中常用的。(是本課程的主要學(xué)習(xí)對(duì)象）

例如：齒輪、鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、軸、聯(lián)軸器軸承、螺栓、鍵、鉚、焊結(jié)構(gòu)件、彈簧等。專(zhuān)用零件：只在某些特定的機(jī)器中才用到的。(在有關(guān)專(zhuān)業(yè)課中學(xué)習(xí))

例如：葉片、曲軸等。3）部件――為完成同一使命在結(jié)構(gòu)上組合在一起并協(xié)同工作的零件。例如：滾動(dòng)軸承、減速器等。機(jī)械零件－－常用泛指零件和部件機(jī)械設(shè)計(jì)的類(lèi)型Part1：機(jī)器設(shè)計(jì)程序及要求3實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新，擁有自主自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)主要依靠開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)。創(chuàng)新性最強(qiáng)、過(guò)程最完整。對(duì)現(xiàn)有的機(jī)械進(jìn)行局部的修改或增補(bǔ)。不改變機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)、只改變機(jī)械功能的范圍、機(jī)械的尺度和參數(shù)。一、機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程設(shè)計(jì)的類(lèi)型適應(yīng)性設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)參數(shù)化設(shè)計(jì)工作原理主體結(jié)構(gòu)功能三者中至少應(yīng)該有一項(xiàng)是首創(chuàng)的設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序Part1：機(jī)器設(shè)計(jì)程序及要求4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?？刂萍夹g(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)。設(shè)計(jì)機(jī)器的基本要求Part1：機(jī)器設(shè)計(jì)程序及要求51、使用功能要求實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能，工作可靠。2、經(jīng)濟(jì)性要求生產(chǎn)成本低、使用消耗小、維護(hù)費(fèi)用低。措施：1）設(shè)計(jì)中采用“三化”零部件；標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化2）應(yīng)用成熟的新技術(shù)、新材料及合理的工藝。3）選用高效率設(shè)備，減少動(dòng)力、燃料消耗。3、勞動(dòng)保護(hù)和環(huán)境保護(hù)要求4、壽命與可靠性的要求噪音、廢氣、廢液。5、其它專(zhuān)用要求Part2：零件設(shè)計(jì)方法及步驟

作為設(shè)計(jì)者要了解：機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序是什么？機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本要求是什么？機(jī)械零件的設(shè)計(jì)為什么要根據(jù)失效形式來(lái)確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則？機(jī)械設(shè)計(jì)常用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有哪些？如何正確選擇機(jī)械零件常用的材料？機(jī)械零件材料的選擇原則是什么？

設(shè)計(jì)者思維設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求Part2：零件設(shè)計(jì)方法及步驟1

避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求

結(jié)構(gòu)工藝性要求

經(jīng)濟(jì)性要求

質(zhì)量小的要求

可靠性要求機(jī)器是由各種各樣的零部件組成的，要使所設(shè)計(jì)的機(jī)器滿(mǎn)足基本要求，就必須使組成機(jī)器的零件滿(mǎn)足以下要求：應(yīng)保證零件有足夠的強(qiáng)度、剛度、壽命。設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工和裝配。

零件應(yīng)有合理的生產(chǎn)加工和使用維護(hù)的成本。

質(zhì)量小則可節(jié)約材料，質(zhì)量小則靈活、輕便。應(yīng)降低零件發(fā)生故障的可能性（概率）。機(jī)械零件的主要失效形式Part2：零件設(shè)計(jì)方法及步驟2（一）整體斷裂齒輪輪齒斷裂軸承內(nèi)圈斷裂整體斷裂是指零件在載荷作用下，其危險(xiǎn)截面的應(yīng)力超過(guò)零件的強(qiáng)度極限而導(dǎo)致的斷裂，或在變應(yīng)力作用下，危險(xiǎn)截面發(fā)生的疲勞斷裂。機(jī)械零件的主要失效形式Part2：零件設(shè)計(jì)方法及步驟2（二）過(guò)大的殘余變形當(dāng)作用于零件上的應(yīng)力超過(guò)了材料的屈服極限，零件將產(chǎn)生殘余變形。齒輪齒面塑形變形軸承外圈塑性變形機(jī)械零件的主要失效形式Part2：零件設(shè)計(jì)方法及步驟2（三）零件的表面破壞零件的表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞（點(diǎn)蝕）。齒面接觸疲勞軸瓦磨損機(jī)械零件的主要失效形式Part2：零件設(shè)計(jì)方法及步驟2（四）破壞正常工作條件引起的失效有些零件只有在一定的工作條件下才能正常的工作，如：液體摩擦的滑動(dòng)軸承，只有存在完整的潤(rùn)滑油膜時(shí)才能正常工作。帶傳動(dòng)只有在傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力時(shí)才能正常工作。高速轉(zhuǎn)動(dòng)的零件，只有在轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動(dòng)件系統(tǒng)的固有頻率避開(kāi)一個(gè)適當(dāng)?shù)拈g隔才能正常工作。零件在工作時(shí)會(huì)發(fā)生哪一種失效，這與零件的工作環(huán)境、載荷性質(zhì)等很多因素有關(guān)。有統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，一般機(jī)械零件的失效主要是由于疲勞、磨損、腐蝕等因素引起。機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則Part2：零件設(shè)計(jì)方法及步驟3

強(qiáng)度準(zhǔn)則剛度準(zhǔn)則設(shè)計(jì)零件時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)零件的失效形式確定其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。一般來(lái)講，有以下幾種準(zhǔn)則：耐磨性準(zhǔn)則

振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則可靠性準(zhǔn)則：確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過(guò)大的塑性變形，是最基本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。：確保零件不發(fā)生過(guò)大的彈性變形。：通常與零件相對(duì)滑動(dòng)速度和接觸面壓強(qiáng)相關(guān)。：高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)應(yīng)注重此項(xiàng)準(zhǔn)則。：當(dāng)計(jì)及隨機(jī)因素影響時(shí)，仍應(yīng)確保上述各項(xiàng)準(zhǔn)則。（1）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法Part2：零件設(shè)計(jì)方法及步驟4常規(guī)設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法3.模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（1）理論設(shè)計(jì)（2）經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（3）模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（2）有限元設(shè)計(jì)（3）可靠性設(shè)計(jì)（5）優(yōu)化設(shè)計(jì)（4）摩擦學(xué)設(shè)計(jì)（6）綠色設(shè)計(jì)機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法Part2：零件設(shè)計(jì)方法及步驟4常規(guī)設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)方法是依據(jù)力學(xué)和數(shù)學(xué)建立的理論公式和經(jīng)驗(yàn)公式為先導(dǎo)，以實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，運(yùn)用圖表和手冊(cè)等技術(shù)資料，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖和編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明的過(guò)程。該方法強(qiáng)調(diào)以成熟的技術(shù)為基礎(chǔ)，目前常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)方法仍然是機(jī)械工程中的主要設(shè)計(jì)方法。現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法強(qiáng)調(diào)以計(jì)算機(jī)為工具，以工程軟件為基礎(chǔ)，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念進(jìn)行的機(jī)械設(shè)計(jì)。現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法從不同角度深化了機(jī)械設(shè)計(jì)，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，也降低了產(chǎn)品的成本。Part2：零件設(shè)計(jì)方法及步驟現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的趨勢(shì)以動(dòng)態(tài)的取代靜態(tài)的，如機(jī)器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算。以定量的取代定性的，如有限元計(jì)算。以隨機(jī)量取代確定量，如可靠性設(shè)計(jì)。以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)取代可行性設(shè)計(jì)，如優(yōu)化設(shè)計(jì)。并行設(shè)計(jì)取代串行設(shè)計(jì)，如并行設(shè)計(jì)。微觀的取代宏觀的，如微-納米摩擦學(xué)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)工程法取代分部處理法，如系統(tǒng)工程。自動(dòng)化設(shè)計(jì)取代人工設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)化，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法Part2：零件設(shè)計(jì)方法及步驟（1）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（2）有限元設(shè)計(jì)（3）可靠性設(shè)計(jì)（5）優(yōu)化設(shè)計(jì)（4）摩擦學(xué)設(shè)計(jì)（6）綠色設(shè)計(jì)常規(guī)設(shè)計(jì)方法Part2：零件設(shè)計(jì)方法及步驟（1）理論設(shè)計(jì)：（2）經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（3）模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算：先分析零件的可能失效形式，根據(jù)該失效形式的計(jì)算準(zhǔn)則通過(guò)計(jì)算確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸。

校核計(jì)算：先確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸，再驗(yàn)算零件是否滿(mǎn)足計(jì)算準(zhǔn)則。如不滿(mǎn)足，則應(yīng)修改零件的尺寸。FF例如設(shè)計(jì)計(jì)算校核計(jì)算機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟Part2：零件設(shè)計(jì)方法及步驟5選擇零件類(lèi)型、結(jié)構(gòu)

計(jì)算零件上的載荷確定計(jì)算準(zhǔn)則選擇零件的材料確定零件的基本尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)校核計(jì)算畫(huà)出零件工作圖寫(xiě)出計(jì)算說(shuō)明書(shū)機(jī)械零件常用的材料Part2：零件設(shè)計(jì)方法及步驟6：鋁(ZA12)、銅(ZCuSn10P1)……黑色金屬有色金屬鐵鋼金屬材料非金屬材料密度小、耐蝕性好、化學(xué)穩(wěn)定性好

：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、合金鋼……(如：08F

45

60

1Cr18）

：灰鑄鐵、球墨鑄鐵……(如：HT300QT500-5)強(qiáng)如鋼、輕如鋁、硬如金剛石強(qiáng)度高、彈性模量大、質(zhì)量輕（塑料、橡膠、合成纖維）復(fù)合材料陶瓷高分子材料機(jī)械零件材料選用原則Part2：零件設(shè)計(jì)方法及步驟7（1）載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì)（2）零件的工作情況（5）零件的結(jié)構(gòu)及加工性（6）材料的經(jīng)濟(jì)性（4）零件的尺寸及重量有強(qiáng)度和重量要求，選強(qiáng)密比高的；有剛度要求，選彈性模量大的（對(duì)碳鋼，這種情況下寧肯用較低強(qiáng)度的材料）；有接觸強(qiáng)度和耐磨要求，選表面可強(qiáng)化處理的。毛坯要與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)，大批量宜用鑄造、模鍛，小批量宜用焊接、自由鍛。相應(yīng)的：鑄件要求液態(tài)流動(dòng)性好、縮孔和偏析傾向小；焊件要求可焊性好、不易開(kāi)裂；鍛件要求延展性好、熱脆性??；切削加工件要便于切削、表面要光整；熱處理件要求可淬性、淬透性好，變形傾向小。相對(duì)價(jià)格要低、材料利用率要高、加工費(fèi)用要少，最終要與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)。使用要求工藝要求經(jīng)濟(jì)要求

強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：代號(hào)為GB××××(標(biāo)準(zhǔn)序號(hào))－××××(批準(zhǔn)年代)強(qiáng)制性國(guó)標(biāo)必須嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行，否則就是違法。機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化Part2：零件設(shè)計(jì)方法及步驟8標(biāo)準(zhǔn)化：就是要通過(guò)對(duì)零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、設(shè)計(jì)方法、制圖要求等，制定出大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)化的益處：

與設(shè)計(jì)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn):國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等如：ISO

GB

JB、HB

QB

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分為：強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)和推薦標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量，減輕設(shè)計(jì)工作量，便于零部件的互換和組織專(zhuān)業(yè)化的大生產(chǎn)，以降低生產(chǎn)成本。推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：代號(hào)為GB／T××××－××××，這類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)占整個(gè)國(guó)標(biāo)中的絕大多數(shù)。如無(wú)特殊理由和特殊需要，必須遵守這些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以期取得事半功倍的效果。Part3：機(jī)械零件的強(qiáng)度強(qiáng)度（Strength）抵抗斷裂、點(diǎn)蝕及塑性變形等破壞性失效的能力強(qiáng)度約束：載荷(Load)：作用在零件上的外力、彎矩、扭矩以及沖擊能量等1)根據(jù)性質(zhì)分類(lèi)：靜載荷(StaticLoad)動(dòng)載荷(VaryingLoad)一、載荷和應(yīng)力(LoadandStress)如：重力、勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所受離心力等如：行駛在路面的汽車(chē)內(nèi)零件所受的載荷、刀具所受的切削力等Part3：機(jī)械零件的強(qiáng)度2)根據(jù)計(jì)算方法分類(lèi)：工作載荷(workingload)：名義載荷(nominalload)：機(jī)器正常工作所受的實(shí)際載荷機(jī)器在理想和穩(wěn)定條件下的載荷計(jì)算載荷(computationalload)：考慮機(jī)器工作中所受的各種附加載荷而得到的載荷K(loadfactor)：載荷系數(shù)12近似代替實(shí)際載荷，設(shè)計(jì)時(shí)均用此載荷計(jì)算載荷=K

×名義載荷可根據(jù)原動(dòng)機(jī)的額定功率或工作阻力按理論力學(xué)的方法求出Part3：機(jī)械零件的強(qiáng)度應(yīng)力靜應(yīng)力(staticstress)變應(yīng)力(varyingstress)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)不穩(wěn)循環(huán)隨機(jī)(random)T、σa、σm不隨時(shí)間而變T、σa、σm之一隨時(shí)間而變隨機(jī)變化，均不確定tttσσσ主要討論穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力！0003)應(yīng)力(stress)Part3：機(jī)械零件的強(qiáng)度穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的幾個(gè)主要參數(shù)：最大應(yīng)力(maximumstress)最小應(yīng)力(minimumstress)平均應(yīng)力(meanstress)應(yīng)力幅(stressamplitude)應(yīng)力循環(huán)特征(stressratio)smax和smin同側(cè)時(shí)，r為正值;異側(cè)時(shí)，r為負(fù)值ts0最大、最小應(yīng)力對(duì)應(yīng)波峰、波谷，且五個(gè)參數(shù)中只有兩個(gè)是獨(dú)立的！Part3：機(jī)械零件的強(qiáng)度幾種典型的穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力：對(duì)稱(chēng)循環(huán)（repeatedandreversedstress）脈動(dòng)循環(huán)（repeated,one-directionstress）靜應(yīng)力(staticstress)非對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力（fluctuatingstress）材料不變時(shí)，一般來(lái)講，r越?。ㄔ浇咏?1），循環(huán)次數(shù)N越多，零件越容易損壞。ts0ts0ts0ts0Part3：機(jī)械零件的強(qiáng)度nts請(qǐng)確定下圖軸上任一點(diǎn)N所受彎曲應(yīng)力的應(yīng)力循環(huán)特征值r。變應(yīng)力既可由變載產(chǎn)生，也可由靜載產(chǎn)生！答：當(dāng)軸靜止時(shí)，彎曲應(yīng)力為靜應(yīng)力，r=+1。當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，彎曲應(yīng)力為對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力，r=-1。N例題1:Part3：機(jī)械零件的強(qiáng)度二、靜應(yīng)力作用下的強(qiáng)度問(wèn)題——零件發(fā)生破壞、失去承載能力時(shí)的應(yīng)力脆性材料：塑性材料：例如：sb=200MPa45鋼：sb=650MPass=360MPa靜應(yīng)力作用下的極限應(yīng)力：灰鑄鐵：靜應(yīng)力作用下的失效：斷裂或塑性變形強(qiáng)度準(zhǔn)則：Part3：機(jī)械零件的強(qiáng)度變應(yīng)力作用下的主要失效：疲勞斷裂強(qiáng)度約束：變應(yīng)力作用下極限應(yīng)力slim或tlim到底為多少？如何確定？初始裂紋疲勞區(qū)(光滑)粗糙區(qū)軸實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：變應(yīng)力作用下零件發(fā)生疲勞斷裂時(shí)的應(yīng)力遠(yuǎn)低于強(qiáng)度極限sb即：

slim

<sb三、穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力作用下的強(qiáng)度問(wèn)題與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N（使用壽命）有關(guān)的斷裂Part3：機(jī)械零件的強(qiáng)度變應(yīng)力作用下零件的極限應(yīng)力不唯一，主要與下列因素有關(guān)：◆

材料的性能◆

應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)N（作用時(shí)間）◆

應(yīng)力的循環(huán)特征r◆

零件的表面狀態(tài)◆

零件的大小三個(gè)概念：材料的極限應(yīng)力材料的疲勞極限零件的疲勞極限用標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，斷裂時(shí)的應(yīng)力值，即為材料的極限應(yīng)力

如果是疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)，則發(fā)生疲勞斷裂時(shí)的最大應(yīng)力值即為材料的極限應(yīng)力。此時(shí)的極限應(yīng)力不唯一，與多種因素有關(guān)如果是靜強(qiáng)度試驗(yàn)，則材料的極限應(yīng)力是固定值(屈服極限或強(qiáng)度極限)為示區(qū)別，變應(yīng)力作用下的極限應(yīng)力也叫疲勞極限應(yīng)力Part3：機(jī)械零件的強(qiáng)度四、機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度問(wèn)題機(jī)械設(shè)備中各零件之間力的傳遞，一般是通過(guò)兩個(gè)零件的接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常見(jiàn)兩機(jī)械零件的接觸形式為點(diǎn)接觸或線接觸如齒輪、凸輪、滾動(dòng)軸承等Part3：機(jī)械零件的強(qiáng)度兩個(gè)零件在受載前是點(diǎn)接觸或線接觸。受載后，由于變形變成微小的面接觸，通常此面積甚小而表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力卻很大，這種應(yīng)力稱(chēng)為接觸應(yīng)力。這時(shí)零件強(qiáng)度稱(chēng)為接觸強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸應(yīng)力通常是隨時(shí)間作周期性變化的，在載荷重復(fù)作用下，首先在表層內(nèi)約20μm處產(chǎn)生初始疲勞裂紋，然后裂紋逐漸擴(kuò)展(潤(rùn)滑油被擠迸裂紋中將產(chǎn)生高壓，使裂紋加快擴(kuò)展，終于使表層金屬呈小片狀剝落下來(lái)，而在零件表面形成一些小坑，這種現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞點(diǎn)蝕接觸失效形式常表現(xiàn)為：疲勞點(diǎn)蝕

后果：減少了接觸面積、損壞了零件的光滑表面、降低了承載能力、引起振動(dòng)和噪音。Part3：機(jī)械零件的強(qiáng)度由彈性力學(xué)可知最大接觸應(yīng)力為：+外接觸；-內(nèi)接觸E1、E2為兩圓柱體的彈性模量m1、m2為兩圓柱體的泊桑比ρΣ為綜合曲率半徑Fn

為法向力L

為接觸寬度Part3：機(jī)械零件的強(qiáng)度接觸應(yīng)力的特點(diǎn)：表面的局部的沿中線位置最大接觸應(yīng)力的大小與哪些因素有關(guān)？◆外載荷◆接觸寬度◆綜合曲率半徑◆材料（彈性模量）Part3：機(jī)械零件的強(qiáng)度—

赫芝公式（Hertz）

Hertz公式也可推廣到其它的曲面接觸

ρ1ρ2內(nèi)接觸外接觸接觸強(qiáng)度約束：Part4：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。磨損是摩擦的結(jié)果；潤(rùn)滑是降低摩擦、減少磨損的重要措施。Part4：摩擦、磨損及潤(rùn)滑理論一、摩擦的分類(lèi)靜摩擦動(dòng)摩擦1.按運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)不同分為：滑動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦2.按運(yùn)動(dòng)的形式不同分為：干摩擦邊界摩擦流體摩擦混合摩擦3.滑動(dòng)摩擦按潤(rùn)滑狀態(tài)不同分為：Part4：摩擦、磨損及潤(rùn)滑理論三、滑動(dòng)摩擦的四種摩擦狀態(tài)1）干摩擦：是指表面間無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜，表面金屬直接接觸時(shí)的摩擦。2）邊界摩擦：是指兩摩擦面被吸附在表面的邊界膜隔開(kāi)，摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面吸附性能的摩擦。

其摩擦阻力最大，磨損最嚴(yán)重。

反應(yīng)膜在高溫下破裂后，能生成新的化合物，形成新的反應(yīng)膜，這種能力稱(chēng)為極壓性。Part4：摩擦、磨損及潤(rùn)滑理論潤(rùn)滑劑中的極性分子與金屬表面相互吸引，形成定向排列的分子?xùn)?，稱(chēng)為物理吸附膜。

潤(rùn)滑油靠物理吸附形成邊界膜的能力，稱(chēng)為油性。

潤(rùn)滑劑中的活性分子靠離子鍵吸附在金屬表面上形成的吸附膜，稱(chēng)為化學(xué)吸附膜。吸附膜反應(yīng)膜邊界膜分為：物理吸附膜化學(xué)吸附膜在潤(rùn)滑劑中添加入硫、磷、氯等元素，它們與表面金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的邊界膜，稱(chēng)為反應(yīng)膜。

邊界摩擦靠邊界膜起潤(rùn)滑作用，邊界膜的類(lèi)型如下：

能生成反應(yīng)膜的潤(rùn)滑油稱(chēng)為極壓油。注：溫度對(duì)邊界膜的影響很大。溫度越高，邊界膜越容易破壞。Part4：摩擦、磨損及潤(rùn)滑理論３）流體摩擦：是指摩擦表面完全被流體膜隔開(kāi)，摩擦性質(zhì)取決于流體內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦。其摩擦系數(shù)最小，且不會(huì)產(chǎn)生磨損，是理想的摩擦狀態(tài)。

邊界摩擦和混合摩擦在工程實(shí)際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱(chēng)為邊界摩擦。4）混合摩擦：是指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)。

混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦?xí)r要小得多。Part4：摩擦、磨損及潤(rùn)滑理論四、典型宏觀磨損過(guò)程磨損量時(shí)間磨合穩(wěn)定磨損劇烈磨損一個(gè)機(jī)械零件的磨損過(guò)程大體可分為三個(gè)階段：1）磨合階段

磨合（跑合）：是指新零件在運(yùn)轉(zhuǎn)初期的磨損。新摩擦表面的微觀形貌新的摩擦副表面比較粗糙，真實(shí)微觀接觸面積比較小，壓強(qiáng)大，因此運(yùn)轉(zhuǎn)初期的磨損比較快。但是，磨損以后表面的微觀凸峰降低，接觸面積增大，壓強(qiáng)減小，磨損的速度逐漸減慢。Part4：摩擦、磨損及潤(rùn)滑理論2）穩(wěn)定磨損階段

這個(gè)階段屬于零件的正常工作階段，磨損率穩(wěn)定且較低。這一階段的長(zhǎng)短直接影響機(jī)器的壽命。3）劇烈磨損階段

零件經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間工作磨損以后，表面精度下降，效率降低，溫度升高，沖擊振動(dòng)加大，導(dǎo)致磨損加劇，最終導(dǎo)致零件報(bào)廢。注：應(yīng)該力求縮短磨合期，延長(zhǎng)穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損的到來(lái)。磨損量時(shí)間磨合穩(wěn)定磨損劇烈磨損Part4：摩擦、磨損及潤(rùn)滑理論五、磨損的類(lèi)型

按磨損的機(jī)理不同，機(jī)械零件的磨損大體分為四種基本類(lèi)型：1）粘著磨損也稱(chēng)膠合2）疲勞磨損即疲勞點(diǎn)蝕3）磨粒磨損也稱(chēng)磨料磨損，4）腐蝕磨損

摩擦表面的微觀凸峰粘在一起后，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，材料從一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面，便形成粘著磨損。

是外界的硬顆?；虼植诘挠脖砻嬖谙鄬?duì)運(yùn)動(dòng)中，對(duì)摩擦表面的擦傷所引起的磨損。

是高副（點(diǎn)、線接觸）機(jī)械零件的常件磨損形式。

除了上述四種基本磨損類(lèi)型以外，還有侵蝕磨損、微動(dòng)磨損等其他形式。Part4：摩擦、磨損及潤(rùn)滑理論六、減小磨損的主要方法

（1）潤(rùn)滑是減小摩擦、減小磨損的最有效的方法。（2）合理選擇摩擦副材料（3）進(jìn)行表面處理（4）注意控制摩擦副的工作條件等潤(rùn)滑：是指在兩個(gè)摩擦表面之間加入潤(rùn)滑劑，以減小摩擦和磨損。此外，潤(rùn)滑還可起到散熱降溫、防銹、防塵、緩沖吸振等作用。Part4：摩擦、磨損及潤(rùn)滑理論七、潤(rùn)滑的分類(lèi)1）流體動(dòng)力潤(rùn)滑：靠?jī)赡Σ帘砻娴南鄬?duì)運(yùn)動(dòng)建立壓力油膜（稱(chēng)為動(dòng)壓油膜），兩表面被壓力油膜完全分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)流體潤(rùn)滑。2）流體靜力潤(rùn)滑：兩摩擦表面被外部供油裝備輸入的壓力油完全分開(kāi)，強(qiáng)迫形成壓力油膜，實(shí)現(xiàn)流體潤(rùn)滑。3）彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑：是指理論上為點(diǎn)、線接觸的摩擦副，在考慮表面的彈性變形等因素的基礎(chǔ)上建立的流體動(dòng)力潤(rùn)滑。4）邊界潤(rùn)滑和混合潤(rùn)滑（即邊界摩擦和混合摩擦）。Part4：摩擦、磨損及潤(rùn)滑理論八、潤(rùn)滑劑：石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。凡是能減小摩擦阻力，減小磨損的物質(zhì)都可作為潤(rùn)滑劑。1潤(rùn)滑劑的分類(lèi)1）液體潤(rùn)滑劑：主要有動(dòng)植物油、礦物油、水、液態(tài)金屬等。2）