机械设计附带习题答案市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

机械设计第九版课件附带习题答案第1页一、机械（机器）组成一、机械（机器）组成一、机械（机器）组成一、机械（机器）组成我们以洗衣机为例，来说明机械组成：电动机进水排水涡轮皮带传动控制部分：正转时间 反转时间图1 洗衣机机构示意图图2 机械（机器）组成（按功效分）原动机传动机工作机辅助系统控制系统第2页 原动机部分原动机部分是驱动整部机器以完成预定功效动力源；执行部分执行部分是用来完成机器预定功效组成部分；传传动动部部分分是把原动机运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需运动形式、运动及动力参数。以上是从功效上分析机械组成，下面从结构上看：零件：是机械制造单元，机器基本组成要素就是机械零件。部件：按共同用途组合起来独立制造或独立装配组合体。如减速器、离合器等。按大小来分：机械（机器）部 件零 件图3 机械（机器）组成（按大小分）第3页二、机械设计步骤二、机械设计步骤二、机械设计步骤二、机械设计步骤计划阶段计划阶段提出要求洗衣机自动进水洗 涤甩干（脱水）方案设计方案设计提出尽可能多处理方法筛选、决议、评价（可靠性、经济上），选出最正确方案。单 缸双 缸滚 筒含糊控制自适应控制双模控制技术设计技术设计目标：确定机械中各个零部件结构尺寸（量化）绘图、对方案详细实施，出图。技术文件编制技术文件编制：编制设计计算说明书。第4页三、零件设计步骤三、零件设计步骤失效定义：在正常工作条件下，机械零件丧失工作能力或达不到工作性能要求时，就称为零件失效。机械零件失效形式整体断裂过大残余变形腐蚀、磨损和接触疲劳机械零件工作能力强度刚度机械零件计算准则强度准则：刚度准则：寿命准则：（表示耐磨程度）寿命（耐磨性、耐腐蚀性）第5页 下面我们以设计千斤顶立柱为例，来说明机械零件设计步骤：dl车自重W=kg=2吨s为屈服极限由此可求出d；其中Smin依据工作环境来定。第6页机械零件设计大致要经过以下几个步骤：1、载荷分析（受力分析）：W 2、应力分析：3、失效分析：断裂4、材料选择：45#钢、40Crs（手册查到）5、确定计算准则：（依据预防断裂失效）6、计算零件主要尺寸：7、结构设计l：（依据人体情况，操作情况）其它尺寸 8、制图：设计最终都是用图纸来表示，然后拿到工厂去加工。这不但是零件设计普通步骤，而且也是讲课次序。第7页四课程主要内容四课程主要内容 概括地说，机械零件能够分为两大类：本书讨论详细内容是：（设计方法、步骤、原理）1）传动部分带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动以及螺旋传动等；2）联接部分螺纹联接，键、花键及无键联接，销钉联接，铆接、焊接、胶接与过盈配合联接等；3）轴系部分滑动轴承、滚动轴承、联轴器与离合器以及轴等；4）其它部分弹簧、机座与箱体、减速器等；零件通用零件专用零件传动件连接件轴系件其 他（如螺钉、齿轮、链轮等）第8页五、特点五、特点1、实践性比较强。理论性差一些，经验、半经验公式，试验得出比较多；理论推导出比较少，答案不唯一。2、综合性比较强。受力分析 理论力学 应力分析 材料力学 材料选择 材料与热处理3、承上启下作用。它是最终一门专业基础课，起到承接基础课和专业课桥梁作用。第9页六、要求六、要求 以听课为主，自学为辅，考试内容以讲课和要求自学为主，答疑两周一次，详细时间待定。考评 20%+80%平时作业质量、出席情况、试验数目占20%，期末考试占80%，要求课内：课外用时是1：2。七、水平七、水平1）掌握通用机械零件设计原理、方法和机械设计普通规律，含有设计机械传动装置和简单机械能力；2）树立正确设计思想，了解国家当前相关技术经济政策；3）含有利用标准、规范、手册、图册和查阅相关技术资料能力；机械设计手册其中一个标准是查手册能力；4）掌握经典机械零件试验方法，取得试验技术基本训练；5）对机械设计新发展有所了解。第10页1、机器基本组成要素是什么？2、什么是通用零件？什么是专用零件？试各举三个实例？3、一台完整机器通常是由哪些基本部分组成？各部分作用是什么？4、机械零件有哪些主要失效形式？5、机械零件惯用有哪些计算准则？它们是针对什么失效形式而建立？6、机械零件设计普通步骤有哪些？第一章结束习习 题题第11页第二章第二章 机械零件疲劳强度计算机械零件疲劳强度计算一、变应力分类二、变应力参数三、几个特殊变应力四、疲劳曲线（对称循环变应力N曲线）五、（非对称循环变应力）极限应力图六、影响疲劳强度原因七、不稳定变应力强度计算八、复合应力状态下强度计算（弯扭联合作用）第12页一、变应力分类一、变应力分类一、变应力分类一、变应力分类周期时间ta）稳定循环变应力a）随时间按一定规律周期性改变，而且改变幅度保持常数变应力称为稳定循环变应力。如图2-1a所表示。变应力循环变应力（周期）稳定不稳定循环变应力简单复合对 称脉 动非对称随机变应力（非周期）第13页周 期tb）不稳定循环变应力尖峰应力C）随机变应力图2-1变应力分类b）若改变幅度也是按一定规律周期性改变如图2-1b所表示，则称为不稳定循环变应力。c）假如改变不呈周期性，而带有偶然性，则称为随机变应力，如图2-1c所表示。第14页二、变应力参数二、变应力参数二、变应力参数二、变应力参数 图2-2给出了普通情况下稳定循环变应力谱应力改变规律。a0tmaxmmina0tmaxmmin图2-2稳定循环变应力 图2-2给出了普通情况下稳定循环变应力谱应力改变规律。零件受周期性最大应力max及最小应力min作用，其应力幅为a，平均应力为m，它们之间关系为第15页要求：1、a总为正值；2、a符号要与m符号保持一致。其中：max变应力最大值；min变应力最小值；m平均应力；a应力幅；r循环特征，-1 r +1。由此能够看出，一个变应力情况，普通地可由max、min、m、a及r五个参数中任意两个来确定。a0tmaxmmina0tmaxmmin图2-2稳定循环变应力第16页三、几个特殊变应力三、几个特殊变应力 特殊点：0tm静应力max=min=ma=0r=+10tmaxmin对称循环变应力max=min=am=0r=-10tmaxmmin脉动循环变应力min=0a=m=max/2r=0 不属于上述三类应力称为非对称循环应力，其r在+1与-1之间，它可看作是由第一类（静应力）和第二类（对称循环应力）叠加而成。第17页例例1 已知：max=200N/mm2，r=0.5，求：min、a、m。解：a0tmaxmmin20050-100第18页例2 已知：a=80N/mm2，m=40N/mm2 求：max、min、r、绘图。解：a0tmaxmmin40-40-120第19页例3 已知：A截面产生max=400N/mm2，min=100N/mm2 求：a、m，r。FaFaFraAFrMb弯曲应力a0tm100-150-4000ta0tm=稳定循环变应力R=1对称循环R=1静应力解：第20页例4 如图示旋转轴，求截面A上max、min、a、m及r。Pr=6000APx=3000Nd=50150l=300b弯曲应力解：Pr A：对称循环变应力Px A：静压力第21页=0tbPr（对称循环）0tcPx（静应力）a0tm34.472-3636-1.528-37.528合成后（稳定循环变应力）第22页第二章第二章 机械零件疲劳强度计算（习题）机械零件疲劳强度计算（习题）一、选择题1、机械设计课程研究内容只限于 。（1）专用零件和部件；（2）在高速、高压、环境温度过高或过低等特殊条件下工作以及尺寸特大或特小通用零件和部件；（3）在普通工作条件下工作普通参数通用零件和部件；（4）标准化零件和部件。2、以下四种叙述中 是正确。（1）变应力只能由变载荷产生；（2）静载荷不能产生变应力；（3）变应力是由静载荷产生；（4）变应力是由变载荷产生，也可能由静载荷产生。34第23页3、发动机连杆横截面上应力改变规律如图所表示，则该变应力应力比r为 。（1）0.24；（2）-0.24；（3）-4.17；（4）4.17。4、发动机连杆横截面上应力改变规律如题3图所表示，则其应力幅a和平均应力m分别为 。（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、变应力特征max、min、m、a及r等五个参数中任意 来描述。（1）一个；（2）两个；（3）三个；（4）四个。t31.2N/mm2-130N/mm20222第24页6、机械零件强度条件能够写成 。（1），或 ，（2），或 ，（3），或 ，（4），或 ，7、一直径d=18mm等截面直杆，杆长为800mm，受静拉力F=36kN，杆材料屈服点s=270Mpa，取许用安全系数S=1.8，则该杆强度 。（1）不足；（2）刚好满足要求；（3）足够。8、在进行疲劳强度计算时，其极限应力应为材料 。（1）屈服点；（2）疲劳极限；（3）强度极限：（4）弹性极限。二、分析与思索题1、什么是变应力应力比r？静应力、脉动循环变应力和对称循环变应力r值各是多少？332 静应力r静=1；脉动循环r脉=0；对称循环变应力r=-1。解：第25页2、图示各应力随时间改变图形分别表示什么类型应力？它们应力比分别是多少？0tmax0tmaxmminaa)b)0tmaxmmin=0a0tmaxam=0c)d)解：a）静应力r=1；b）非对称（或稳定）循环变应力 0 r+1；c）脉动循环r=0；d）对称循环r=1。第26页四、疲劳曲线（对称循环变应力四、疲劳曲线（对称循环变应力 N曲线）曲线）疲劳曲线定义：表示应力循环次数N与疲劳极限关系曲线。a大N小a中N中a小N大Fr第27页 曲线上各点表示在对应循环次数下，不产生疲劳失效最大应力值，即疲劳极限应力。从图上能够看出，应力愈高，则产生疲劳失效循环次数愈少。在作材料试验时，常取一要求应力循环次数N0，称为循环基数，把对应于这一循环次数疲劳极限，称为材料持久疲劳极限，记为1（或r）。有限寿命区N0N3N2N1-1321Nr=1无限寿命区lgN0lgNa）为线性坐标上疲劳曲线；b）为对数坐标上疲劳曲线图2 疲劳曲线（N）第28页 疲劳曲线可分成两个区域：有限寿命区和无限寿命区。所谓“无限”寿命，是指零件承受变应力水平低于或等于材料疲劳极限1，工作应力总循环次数可大于N0，零件将永远不会产生破坏。在有限寿命区疲劳曲线上，NN0所对应各点应力值，为有限寿命条件下疲劳极限。对低碳钢而言，循环基数N0=106107；对合金钢及有色金属，循环基数N0=108或（5108）；变应力与在此应力作用下断裂时循环次数N之间有以下关系式：此式称为疲劳曲线方程（或N曲线方程）。其中：1N r=-1时有限寿命疲劳极限应力；N 与1N对应循环次数；m 与材料相关指数；C 试验常数；(m、c依据试验数据经过数理统计得到)。第29页 1 r=-1时持久疲劳极限应力；N0 循环基数；由上式，对于不一样应力水平，可写出下式：因而材料有限寿命（即寿命为N时）疲劳极限1N则为：利用上式，可求得不一样循环次数N时疲劳极限值1N，kN称为寿命系数。第30页例题2-1：某零件采取塑性材料，1=268N/mm2（N0=107，m=9），当工作应力max=240（或300）N/mm2，r=1，试按下述条件求材料疲劳极限应力，并在N曲线上定性标出极限应力点和工作应力点，Sca。（1）N=N0 （2）N=106解：第31页 N0=107N=106-1=268300346N240当 时：将会失效。第32页五、（非对称循环变应力）极限应力图五、（非对称循环变应力）极限应力图 以上所讨论N曲线，是指对称应力时失效规律。对于非对称变应力，必须考虑循环特征r对疲劳失效影响。在作材料试验时，通常是求出对称循环及脉动循环疲劳极限1及0，把这两个极限应力标在ma坐标上（图2-3）。0/2s04545amADGC-10/2图3材料极限应力线图 因为对称循环变应力平均应力m=0，最大应力等于应力幅，所以对称循环疲劳极限在图中以纵坐标轴上A点来表示。因为脉动循环变应力平均应力及应力幅均为m=a=0/2，所以脉动循环疲劳极限以由原点0所作45射线上D点来表示。第33页 连接A、D得直线AD。因为这条直线与不一样循环特征时进行试验所求得疲劳极限应力曲线非常靠近，所以直线AD上任何一点都代表了一定循环特征时疲劳极限。横轴上任何一点都代表应力幅等于零应力，即静应力。取C点坐标值等于材料屈服极限s，并自C点作一直线与直线C0成45夹角，交AD延长线于G，则CG上任何一点均代表 变应力情况。-10/2s04545amADGC0/2图3 材料极限应力线图0/2s045amADGC-1e=-1/K0/2K图4 零件极限应力线图 于是，零件材料（试件）极限应力曲线即为折线AGC。材料中发生应力如处于OAGC区域以内，则表示不发生破坏；直线AG方程，由已知两点坐标A（0，1）及D（0/2，0/2）求得为（疲劳区）：第34页=0t-10ta0tm令试件材料特征（等效系数、折算系数）；直线GC方程为（静强度区）：第35页 下面推导非对称循环变应力时机械零件疲劳强度计算式：在极限应力线图坐标上即可标示出对应于m及a一个工作应力点M（或者N）见图5。0amADGCmaMN图5 零件工作应力在极限应力线图坐标上位置 显然，强度计算时所用极限应力应是零件极限应力曲线（AGC）上某一个点所代表应力。到底用哪一个点来表示极限应力才算适当，这要依据应力改变规律来决定。可能发生经典应力改变规律通常有下述三种：第36页a）变应力循环特征保持不变，即r=C（比如绝大多数转轴中应力状态）；Fr0tr=C0tm=Cm=CGFb）变应力平均应力保持不变，即m=C（比如振动着受载弹簧中应力状态）；第37页C）变应力最小应力保持不变，即min=C（比如紧螺栓联接中螺栓受轴向变载时应力状态）。P=0a0tmin=Cmin 以下分别讨论这三种情况：1、r=C情况 当r=C时，需找到一个循环特征与工作应力点循环特征相同极限应力值。因为：第38页 所以，在图6中，从坐标原点引射线经过工作应力点M（或N），与极限应力曲线交于M1（或N1），得到0M1（或0N1），则在此射线上任何一个点所代表应力循环都含有相同循环特征。0amADGCma MNM1N1图6 r=C时极限应力 联解OM及AG两直线方程式，能够求出M1点坐标值m及a，把它们加起来，就能够求出对应于M点试件极限应力max：第39页 于是，安全系数计算值Sca及强度条件为：对应于N点极限应力点N1位于直线CG上。此时极限应力即为屈服极限s。这就是说，工作应力为N点时，首先可能发生是屈服失效，故只需进行静强度计算，其强度计算式为：分析图6得知，凡是工作应力点位于OGC区域内时，在循环特征等于常数条件下，极限应力统为屈服极限，都只需进行静强度计算。第40页2、m=C情况 当m=C时，需找到一个其平均应力与工作应力平均应力相同极限应力。在图7中，经过M（或N）点作纵轴平行线MM2（或NN2），则此线上任何一点代表应力循环都含有相同平均应力值。0amADGCMNM2 N2 H图7 m=C时极限应力第41页3、min=C情况 当min=C时，需找到一个其最小应力与工作应力最小应力相同极限应力。0amADGCMNM3N3I45minMminN图8 min=C时极限应力 所以在图8中，经过M（或N）点，作与横坐标轴夹角为45直线，则此直线上任何一个点所代表应力均含有相同最小应力。第42页六、影响疲劳强度原因六、影响疲劳强度原因1、应力集中影响定义：几何形状突然改变产生应力。零件上应力集中源如键槽、过渡圆角、小孔等以及刀口划痕存在，使疲劳强度降低。计算时用应力集中系数k（见表1-2、3、4）。2、尺寸与形状影响 尺寸效应对疲劳强度影响，用尺寸系数来考虑。尺寸与形状系数，见表1-5；第43页3、表面质量影响 表面粗糙度越低，应力集中越小，疲劳强度也越高。表面质量系数，见表1-6、8 以上三个系数都是对极限应力有所减弱。4、表面强化影响 能够大幅度地提升零件疲劳强度，延长零件疲劳寿命。计算时用强化系数q考虑其影响。q强化系数，能够加大极限应力，见表1-7。因为零件几何形状改变，尺寸大小、加工质量及强化原因等影响，使得零件疲劳强度极限要小于材料试件疲劳极限。我们用疲劳强度综合影响系数K来考虑其影响。第44页 K K 只对变应力有影响，对静应力无影响，和疲劳强度相关，与只对变应力有影响，对静应力无影响，和疲劳强度相关，与只对变应力有影响，对静应力无影响，和疲劳强度相关，与只对变应力有影响，对静应力无影响，和疲劳强度相关，与静强度无关静强度无关静强度无关静强度无关。对称循环变应力非对称循环变应力 （r=C）第45页试验、试件 d=10mm，光杆。04545amADGC45试件零件-1-1/K(0/2,0/2)(0/2,0/2K)试件：零件：第46页例2-2:一铬镍合金钢，-1=460N/mm2，s=920N/mm2。试绘制此材料试件简化m a极限应力图。解：按合金钢，=0.20.3，取=0.2，由式（29a）得：m0/2=383s=920045135aADGC图2-10 一铬镍合金钢m a极限应力图0/2=383-1如图2-10所表示，取D点坐标为(0/2=383,0/2=383)，A点坐标为(0,-1=460)。过C点(s=920,0)与横坐标成135 作直线，与AD延长线相交于G，则直线化极限应力图为ADG。第47页例2-3：在图2-10极限应力图中，求r=-0.4时a和m值。m0/2=383s=920045135aADGCM(182,424)6640图2-10 一铬镍合金钢m a极限应力图0/2=383-1从而得又由式（3-9a）：得联立以上两式解得：即图上M点。解：由式（2-8）得：第48页作业：1-1、1-2、1-5习题分析：0amADGCMNM2N2H疲劳区静 强 度区静强度区：疲劳区：假如工作应力点在极限应力曲线以内，说明零件是合格，不会失效。第49页七、不稳定变应力强度计算七、不稳定变应力强度计算1应力谱1nn1n2n323231123tn1n2n3图2-9不稳定变应力示意图第50页 图2-9为一不稳定变应力示意图。变应力1（对称循环变应力最大应力，或不对称循环变应力等效对称循环变应力应力幅）作用了n1次，2作用了n2次，等等。2、疲劳损伤累积假说曼耐尔（Miners rule法则）a）金属材料在一定变应力作用下都有一定寿命；b）每增加一次过载应力（超出材料持久疲劳极限），就对材料造成一定损伤，当这些损伤逐步积累其总和到达其寿命相当寿命时，材料即造成破坏；c）小于持久疲劳极限，不会对材料造成损伤；d）变应力大小作用次序对损伤没有多大影响。第51页 把图2-9中所表示应力图放在材料N坐标上，如图2-10所表示。依据N曲线，能够找出仅有1作用时使材料发生疲劳破坏应力循环次数N1。假使应力每循环一次都对材料破坏起相同作用，则应力1每循环一次对材料损伤率即为1/N1，而循环了n1次1对材料损伤率即为n1/N1。如这类推，循环n2次2对材料损伤率为n2/N2，。123n1n2n3N1 N2 N3N0图2-10 不稳定变应力在N坐标上N第52页 因为当损伤率到达100%时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限情况有：是极限状态普通地写成：上式是疲劳损伤线性累积假说数学表示式。自从此假说提出后，曾作了大量试验研究，以验证此假说正确性。试验表明，当各个作用应力幅无巨大差异时，这个规律是正确。第53页 当各级应力是先作用最大，然后依次降低时，上式中等号右边将不等于1，而小于1（起断裂作用）;当各级应力是先作用最小，然后依次升高时，则式中等号右边要大于1（起强化作用）。经过大量试验，能够有以下关系：说明Miner法则有一定不足。第54页3疲劳强度计算 不稳定应力，寻找相当应力，稳定应力。第55页 假如材料在上述应力作用下还未到达破坏，则上式变为：将上式分子、分母同乘以im，则：又因为 ，所以：将上式代入式得：第56页 上式又可变形为：上式右边根号部分表示了变应力参数改变情况。令：其中，ks为应力折算系数；1为任选，普通取最大工作应力或循环次数最多应力作为计算基本应力。引入ks后，则安全系数计算值Sca及强度条件则为：第57页例题：45号钢经过调质后性能为：-1=307Mpa，m=9，N0=5106。现以此材料作试件进行试验，以对称循环变应力1=500Mpa作用104次，2=400Mpa作用105次，试计算该试件在此条件下安全系数计算值。若以后再以3=350Mpa作用于试件，还能再循环多少次才会使试件破坏？解：依据式（2-46）：依据式（2-47），试件安全系数计算值为：第58页又依据式（2-19）：第59页若要使试件破坏，则由式（2-42）得：即该试件在3=350Mpa对称循环变应力作用下，预计尚可再承受0.97106次应力循环。第60页八、复合应力状态下强度计算（弯曲、扭转联合作用）八、复合应力状态下强度计算（弯曲、扭转联合作用）对于试件在弯曲扭转联合作用交变应力下进行疲劳试验时，其数据基本上符合图2-11中椭圆弧规律。其疲劳破坏条件可近似地直接用椭圆方程表示：a-10a-1m(a,a)n(a,a)AB图2-11 复合应力时极限应力线图对于钢材，经过试验得出极限应力关系式为：第61页 因为是对称循环变应力，故应力幅即为最大应力。圆弧AmB上任何一个点即代表一对极限应力a及a。假如作用于零件上应力幅a及a在坐标上用n表示，引直线on与AB交于m点，则安全系数计算值S为：将式（1）变形为：第62页则：其中，S只有正应力作用下安全系数计算值；S只有剪应力作用下安全系数计算值；S复合应力作用下安全系数计算值；亦即处理了简单和复合问题。第63页总总 结结1、在处理变应力下零件强度问题叫疲劳强度。零件里通常作用都是变应力，所以其应用更为广泛。2、疲劳强度和哪些原因相关=f（N，r，K，材料，形式）疲劳强度比静强度复杂得多。3三大理论一假说：疲劳曲线处理对称循环变应力强度计算问题；极限应力图对称非对称关系；复合极限应力图复合和简单应力关系；Miner法则稳定和非稳定应力关系；第64页4强度计算式变应力稳定不稳定简单复合对 称非对称第65页例题：一零件采取塑性材料-1=275Mpa（N0=106，m=9），K=11）看成用一工作应力1，n1=4103（N1=8103）后，又作用一工作应力2=275Mpa，试求其工作寿命n2=?2）看成用1=410Mpa，n1=4103后，若使n2=106，则工作应力2=?3）若工作应力1=410Mpa，n1=4103，2=275Mpa，n2=5105求：S（安全系数）。解：1）这属于不稳定变应力下强度计算问题，应用疲劳损伤累积假说数学表示式。第66页2）3）第67页第二章第二章 机械零件疲劳强度设计（习题续）机械零件疲劳强度设计（习题续）一、选择题一、选择题2-145钢持久疲劳极限-1=270Mpa，设疲劳曲线方程幂指数m=9，应力循环基数N0=5106次，当实际应力循环次数N=104次时，有限寿命疲劳极限为 Mpa。（1）539；（2）135；（3）175；（4）417；2-2零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后，其疲劳强度 。（1）增高 （2）降低 （3）不变 （4）增高或降低视处理方法而定2-3影响零件疲劳强度综合影响系数K与 等原因相关。（1）零件应力集中、加工方法、过载；（2）零件应力循环特征、应力集中、加载状态；（3）零件表面状态、绝对尺寸、应力集中；（4）零件材料、热处理方法、绝对尺寸。113第68页2-4 绘制设计零件ma极限应力简图时，所必须已知数据是 。（1）-1，0，s，k；（2）-1，0，s，K;（3）-1，s，K;（4）-1，0，K;2-5在图示设计零件ma极限应力简图中，如工作应力点M所在0N线与横轴间夹角=45，则该零件受是 。（1）不变号不对称循环变应力；（2）变号不对称循环变应力；（3）脉动循环变应力；（4）对称循环变应力；045135amANGCM23第69页2-6在题2-5图所表示零件极限应力简图中，如工作应力点M所在0N线与横轴之间夹角=90时，则该零件受是 。（1）脉动循环变应力；（2）对称循环变应力；（3）变号不对称循环变应力；（4）不变号不对称循环变应力；2-7已知一零件最大工作应力max=180Mpa，最小工作应力min=-80Mpa。则在图示极限应力简图中，该应力点M与原点连线0M与横轴间夹角为 。（1）685744；（2）21215；（3）66215；（4）742833；0135amANGCM(m,a)21第70页2-8在图示零件极限应力简图上，M为零件工作应力点，若加载于零件过程中保持最小应力min为常数。则该零件极限应力点应为 。（1）M1；（2）M2；（3）M3（4）M4；2-9在上题中若对零件加载过程中保持应力比r等于常数。则该零件极限应力点应为 。（1）M1；（2）M2；（3）M3（4）M4；045135amAGCM45M1M2M3M423第71页2-102-8题中若对零件加载过程中保持平均应力m等于常数。则该零件极限应力点应为 。（1）M1；（2）M2；（3）M3（4）M4；2-11零件材料为45钢，b=600Mpa，s=355Mpa，-1=270Mpa，=0.2，零件疲劳强度综合影响系数K=1.4。则在图示零件极限应力简图中角为 。（1）365535；（2）411422；（3）484538；（3）6786；-1/K0/2K0/2s045amADBC12第72页2-12 在题2-5图所表示零件极限应力简图中，如工作应力点M所在0N线与横轴间夹角=50，则该零件受是 。（1）脉动循环变应力；（2）对称循环变应力；（3）变号不对称循环变应力；（4）不变号不对称循环变应力；2-13一零件由40Cr制成，已知材料b=980Mpa，s=785Mpa，-1=440Mpa，=0.3。零件最大工作应力max=240Mpa，最小工作应力min=-80Mpa，疲劳强度综合影响系数K=1.44。则当应力比r=常数时，该零件疲劳强度工作安全系数S为 。（1）3.27;（2）1.73;（3）1.83;（4）1.27;2-14若材料疲劳曲线方程幂指数m=9，则以对称循环应力1=500Mpa作用于零件n1=104次以后，它所造成疲劳损伤，相当 于应力2=450Mpa作用于零件 。（1）0.39104；（2）1.46104；（3）2.58104；（4）7.45104；323第73页2-15若材料疲劳曲线方程幂指数m=9，则以对称循环应力1=400Mpa作用于零件n1=105次所造成疲劳损伤，相当于 2=Mpa作用于零件n2=104次所造成疲劳损伤。(1)517；（2）546；（3）583；（4）615；2-1645钢经调质后疲劳极限-1=300Mpa，应力循环基数N0=5106次，疲劳曲线方程幂指数m=9，若用此材料做成试件进行试验，以对称循环应力1=450Mpa作用104次，2=400Mpa作用2104次。则工作安全系数为 。（1）1.14；（2）1.25；（3）1.47；（4）1.65；2-1745钢经调质后疲劳极限-1=300Mpa，应力循环基数N0=5106次，疲劳曲线方程幂指数m=9，若用此材料做成试件进行试验，以对称循环 应 力 1=450Mpa作 用 104次，2=400Mpa作 用 2104次，再 以3=350Mpa作用于此试件，直到它破坏为止，试件还能承受应力循环次数为 次。（1）6.25105（2）9.34105（3）1.09106（4）4.52106123第74页第三章第三章 摩擦、磨损及润滑理论摩擦、磨损及润滑理论一、摩擦、磨损及润滑三者关系一、摩擦、磨损及润滑三者关系 当在正压力作用下相互接触两个物体受切向外力影响而发生相对滑动，或有相对滑动趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑动阻力，这一自然现象叫做摩擦。其结果必定有能量损耗和摩擦表面物质丧失或转移，即磨损。据预计，世界上在工业方面约有30%能量消耗于摩擦过程中。所以人们为了控制零件在摩擦中损坏，在摩擦面间加入润滑剂来降低摩擦，减小磨损产生，所以说三者互为因果关系。第75页二、摩擦种类二、摩擦种类干摩擦NVN边界摩擦VN液体摩擦V没有润滑剂很薄油膜被 厚 油膜 完 全隔开第76页 两个无润滑物体之间摩擦，主要是由两种原因所组成：一是摩擦面实际接触区内出现粘着；二是较硬表面上微凸体在较软表面上所起犁刨作用。那么，怎么样来区分边界摩擦、混合摩擦和液体摩擦界限呢？可用膜厚比来划分：式中：hmin两粗糙面间最小公称油膜厚度，m；Ra两表面综合粗糙度；m；Ra1、Ra2分别为两表面轮廓算术平均偏差，m；当 35后则为液体摩擦。第77页三、牛顿流体定律三、牛顿流体定律yx0V=0ABVhN0S(面积)如图3-6所表示，在两个平行平板间充满含有一定粘度润滑油，若平板A以速度V移动，另一平板B静止不动，则因为油分子与平板表面吸附作用，将使贴近板A油层以一样速度V随板移动；而贴近板B油层则静止不动。因为层与层之间速度不一样，于是形成各油层间相对滑移，在各层界面上就存在有对应剪应力。第78页 牛顿在1687年提出一个粘性液摩擦定律（简称粘性定律），即在流体中任意点处剪应力均与其剪切率（或速度梯度）成正比。若用数学形式表示这一定律，即为：式中：流体单位面积上剪切阻力，即剪应力；dv/dy流体沿垂直于运动方向（即沿图3-6中y轴方向或流体膜厚度方向）速度梯度，式中“”号表示v随y增大而减小；百分比常数，即流体动力粘度。摩擦学中把凡是服从这个粘性定律液体都叫牛顿液体。第79页四、液体动压润滑条件（楔形承载机理）四、液体动压润滑条件（楔形承载机理）（1）两个运动表面要有楔形间隙；（2）被油膜分开两表面有一定相对滑动速度，且大口向小口；（3）润滑油必须有一定粘度。（4）有足够充分供油量。Pmax油压P分布曲线a b cVxy各油层速度分布压力油膜h0p/x0 p/x=0 p/xh0 h=h0 hh0)段，p/x0，即压力沿x方向逐步增大；而在bc(hh0)段，即p/x0，这表明压力沿x方向逐步降低。在a和c之间必有一处（b点）油流速度改变规律不变，即p/x=0，因而压力p到达最大值。因为油膜沿着x方向各处油压都大于入口和出口油压，且压力形成如图3-9b上部曲线所表示分布，因而能承受一定外载荷。b）被油膜分开两表面必须有一定相对滑动速度；由式（3-10）可知，若将速度V降低，则p/x亦将降低，此时油膜各点压力强度也会随之降低。如V降低过多，油膜将无法支持外载荷，而使两表面直接接触，致使油膜破裂，液体摩擦也就消失。c）润滑油必须有一定粘性。d）有足够充分供油量。第83页习题：第三章第三章 摩擦、磨损及润滑理论摩擦、磨损及润滑理论一、选择题3-1 现在把研究相关摩擦、磨损与润滑科学与技术统称为 。（1）摩擦理论；（2）磨损理论；（3）润滑理论；（4）摩擦学；3-2 两相对滑动接触表面，依靠吸附油膜进行润滑摩擦状态称为 。（1）液体摩擦；（2）干摩擦；（3）混合摩擦；（4）边界摩擦；3-3 两摩擦表面间膜厚比=0.43时，其摩擦状态为 ；两摩擦表面间膜厚比35时，其摩擦状态为 。（1）液体摩擦；（2）干摩擦；（3）混合摩擦；（4）边界摩擦；第84页3-4 采取含有油性和极压添加剂润滑剂，主要是为了减小 。（1）粘着磨损；（2）表面疲劳磨损；（3）磨粒磨损；（4）腐蚀磨损；3-5 经过大量试验，得出摩擦副磨损过程图（磨损量q与时间t关系曲线），图中 是正确。tqtqtqtqa)b)c)d)第85页3-6 依据牛顿液体粘性定律，大多数润滑油油层间相对滑动时所产生切应力与偏导数v/y之间关系是 。（1）；（2）；（3）；（4）;3-7 动力粘度国际单位制(SI)单位为 。（1）泊(p)；（2）厘斯(cst)；（3）恩氏度(E)；（4）帕.秒(Pa.s)；3-8 运动粘度是动力粘度与同温下润滑油 比值。（1）密度；（2）质量m；（3）相对密度d；（4）速度v；第86页3-9 运动粘度国际单位制(SI)单位为 。（1）m2/s；（2）厘斯(cst)；（3）厘泊(cp);(4)帕.秒(Pa.s);3-10 当压力加大时，润滑油粘度 。（1）随之加大；（2）保持不变；（3）随之减小；（4）增大还是减小或不变，视润滑油性质而定；3-11 当温度升高时，润滑油粘度 。（1）随之升高；（2）随之降低；（3）保持不变；（4）升高或降低视润滑油性质而定；第87页二、分析题二、分析题1、何谓摩擦、磨损和润滑？它们之间相互关系怎样？2、按摩擦面间润滑情况，滑动摩擦可分哪几个？3、按照磨损机理分，磨损有哪几个基本类型？它们各有什么主要特点？怎样预防或减轻这些类型磨损发生？4、取得流体动压润滑必要条件是什么？5、润滑剂作用是什么？惯用润滑剂有哪几个？第88页第四章第四章 螺纹零件螺纹零件一、概述一、概述 1、作用联接：起联接作用螺纹;传动：起传动作用螺纹;外螺纹内螺纹圆柱圆锥母体2、螺纹形成 刀具做直线运动；工件做旋转运动；螺纹线：转动与直线运动；螺纹牙：某一个形状小面积沿螺旋线运动就形成；3、螺纹种类第89页牙型形状：三角=30矩形=0梯形=15锯齿=30、3右旋多数用右旋左旋旋向单线螺纹：沿一根螺旋线形成螺纹；双线螺纹：沿二根螺旋线形成螺纹；多线螺纹：沿三根以上螺旋线形成螺纹；线数 惯用螺纹类型见表9-1，P201。第90页 惯用联接螺纹要求自锁性，故多用单线螺纹；传动螺纹要求传动效率高，故多用双线或三线螺纹。米制：我国多采取米制螺纹；英制（管螺纹）；标准制4、主要尺寸、参数（看图P199，图9-1a）1）外径d螺纹最大直径，在标准中定为公称直径；2）内径d1螺纹最小直径，在强度计算中常作为螺杆危险截面计算直径；3）中径d2近似等于螺纹平均直径；4）螺距t相邻两牙中径线上对应轴线间距离;第91页5）导程S同一条螺旋线相邻两牙轴向距离；单线：S=t双线：S=2t多线：S=ntn头数；右旋6）升角：螺旋线与水平线夹角；ttSd2Sd27）牙型角 牙型斜角8）牙工作高度h第92页二、各种螺纹特点、应用二、各种螺纹特点、应用自锁条件：升角轴松配 （受拉应力）铰制孔螺栓联接 孔=轴紧配 （受剪应力）从受力来分析图9-4地脚螺栓联接书P202第97页3、安装形式紧螺栓拧紧；螺母需要拧紧，处于拉伸与扭转复合应力状态下；松螺栓不拧紧；螺母不需要拧紧，在承受工作载荷之前，螺栓不受力。比如起重吊钩等；P2144、螺纹零件精度等级A、B、C：A级精度最高，通惯用C级；材料热处理尺寸系列化标准化M10100（三角、中径、长度）第98页四、拧紧四、拧紧 在使用上，绝大多数螺纹联接在装配时都必须拧紧；预紧目标在于增强联接可靠性和紧密性。预紧力大小是经过拧紧力矩来控制。所以，应从理论上找出预紧力和拧紧力矩之间关系。端面摩擦力矩T2摩擦力矩T1拧紧力矩TQp 如图所表示，因为拧紧力矩T（T=FL）作用，使螺栓和被联接件之间产生预紧力 Qp。由机械原理可知，拧紧力矩T等于螺旋副间摩擦阻力矩T1和螺母环形端面和被联接件（或垫圈）支撑面间摩擦阻力矩T2之和，即：第99页其中：kt拧紧系数，0.10.3；Qp预紧力；d螺栓公称直径；对于一定公称直径d螺栓，当所要求预紧力 Qp已知时，即可按上式确定扳手拧紧力矩T。控制预紧力方法很多，有以下几个方法：1、依据经验、伸长、圈数来判断拧紧力大小；2、用测力矩扳手、定力矩扳手；图9-6 测力矩扳手 书P204图9-6定力矩扳手 书P204第100页五、设计螺栓方法五、设计螺栓方法 成组使用，应力均匀分布。QpSPFmax=?螺栓组受力分析求Fmax;单个螺栓受力分析求Q；1、受力分析第101页 2、应力分析 3、失效分析 4、材料选择 5、计算准则 6、主要参数计算：d查标准螺栓、螺母、垫片；7、结构设计l（螺杆长度）依据被联接件厚度；习题：第四章第四章 螺纹零件螺纹零件一、选择题第102