濮良貴機(jī)械設(shè)計課件完整版

1、 本章論述了機(jī)械設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容總綱、設(shè)計基本知識和一些共性問題。一、一、機(jī)械（機(jī)器）的組成二、機(jī)械設(shè)計步驟三、零件的設(shè)計步驟四、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）我們以洗衣機(jī)為例，來說明機(jī)械的組成：電動機(jī)進(jìn)水排水渦輪皮帶傳動控制部分：正轉(zhuǎn)時間 反轉(zhuǎn)時間圖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）原動機(jī)傳動機(jī)工作機(jī)輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng) 原動機(jī)部分原動機(jī)部分是驅(qū)動整部機(jī)器以完成預(yù)定功能的動力源； 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； 傳動部分傳動部分是把原動機(jī)的運(yùn)動形式、運(yùn)動及動力參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行部分所需的運(yùn)動形式、運(yùn)動及動力參數(shù)。 以上

2、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）計劃階段計劃階段提出要求洗衣機(jī)自動進(jìn)水洗 滌甩干（脫水）方案設(shè)計方案設(shè)計提出盡可能多的解決方法篩選、決策、評價（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)計技術(shù)設(shè)計目的：確定機(jī)械中各個零部件的結(jié)構(gòu)尺寸（量化）繪圖、對方案具體實(shí)施，出圖。技術(shù)文件編制技術(shù)文件編制：編制設(shè)計計算說明書。三、零件的設(shè)計步驟三、零件的設(shè)

3、計步驟失效的定義：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，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)計千斤頂立柱為例，來說明機(jī)械零件的設(shè)計步驟：dl車自重w=2000kg=2噸s為屈服極限min24sdws由此可求出d；其中smin根據(jù)工作環(huán)境來定。 機(jī)械零件的設(shè)計大體要經(jīng)過以下幾個步驟： 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

4、#鋼、40crs（手冊查到）5、確定計算準(zhǔn)則：（依據(jù)防止斷裂失效）6、計算零件的主要尺寸： 7、結(jié)構(gòu)設(shè)計l：（根據(jù)人體的情況，操作情況）其他尺寸 8、制圖：設(shè)計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)計的一般步驟，而且也是講課的順序。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：本書討論的具體內(nèi)容是：（設(shè)計方法、步驟、原理） 1） 傳動部分帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動以及螺旋傳動等； 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） 軸系部分滑動軸承、滾動軸承、聯(lián)軸器與離合器以及軸等； 4） 其他部分彈

5、簧、機(jī)座與箱體、減速器等；零件通用零件專用零件傳動件連接件軸系件其 他（如螺釘、齒輪、鏈輪等）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、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，具體時間待定。考核 20%+80% 平時作業(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

6、用時是1：2。七、水平七、水平1）掌握通用機(jī)械零件的設(shè)計原理、方法和機(jī)械設(shè)計的一般規(guī)律，具有設(shè)計機(jī)械傳動裝置和簡單機(jī)械的能力；2）樹立正確的設(shè)計思想，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、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力；機(jī)械設(shè)計手冊其中的一個標(biāo)準(zhǔn)是查手冊的能力；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）對機(jī)械設(shè)計的新發(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？什么是專用零件？試各舉三個實(shí)例？3、一臺完整的機(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算準(zhǔn)則？它們是針對什么

7、失效形式而建立的？6、機(jī)械零件設(shè)計的一般步驟有哪些？ 第一章結(jié)束習(xí)習(xí) 題題一、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（對稱循環(huán)變應(yīng)力的n曲線）五、（非對稱循環(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)度計算八、復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計算（彎扭聯(lián)合作用）周期時間ta）穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力a）隨時間按一定規(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 稱脈 動非對稱隨機(jī)變應(yīng)力（非周期）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

8、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所示。 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)系為規(guī)定：1、a總為正值； 2、a的符號要與m的符號保持一致。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

9、由max、min、m、a及r五個參數(shù)中的任意兩個來確定。a0tmaxmmina0tmaxmmin圖2-2穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力三、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對稱循環(huán)變應(yīng)力max=min=am=0r=-10tmaxmmin脈動循環(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（對稱循環(huán)應(yīng)力）疊加而成。例例1 已知：max=200n/mm2，r =0.5，求：min、a、m。解：a0tmaxmmin20050-100例2 已知：a=

10、80n/mm2，m=40n/mm2 求：max、min、r、繪圖。解：a0tmaxmmin40-40-120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a0tm100-150-4000ta0tm= 穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力r=1對稱循環(huán)r=1靜應(yīng)力解：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)力解：pr a：對稱循環(huán)變應(yīng)力px a：靜壓力 =0tbpr（對稱循環(huán)）0tcpx（靜應(yīng)力）a0tm34.472-3636-1.528-37.528合成后（穩(wěn)

11、定循環(huán)變應(yīng)力）第二章第二章 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算（習(xí)題）機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算（習(xí)題）一、選擇題1、機(jī)械設(shè)計課程研究的內(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。343、發(fā)動機(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

12、；（3）-4.17；（4）4.17。4、發(fā)動機(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等五個參數(shù)中的任意 來描述。（1）一個；（2）兩個；（3）三個；（4）四個。t31.2n/mm2-130n/mm202226、機(jī)械零件的強(qiáng)度條件可以寫成 。（1） ， 或 ，（2） ， 或 ，（3） ， 或 ，（4） ，

13、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)度計算時，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、脈動循環(huán)變應(yīng)力和對稱循環(huán)變應(yīng)力的r值各是多少？ ss ss ss ss ss ss ss ss 332 靜應(yīng)力r靜=1 ； 脈動循環(huán)r脈=0 ；對稱循環(huán)變應(yīng)力r=-1 。解：2、圖示各應(yīng)力隨時間變化的圖形分別表示什么類型的應(yīng)力？它

14、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）非對稱（或穩(wěn)定）循環(huán)變應(yīng)力 0 r +1；c）脈動循環(huán)r = 0；d）對稱循環(huán)r=1。四、疲勞曲線（對稱循環(huán)變應(yīng)力的四、疲勞曲線（對稱循環(huán)變應(yīng)力的 n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fr 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，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

15、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）為對數(shù)坐標(biāo)上的疲勞曲線圖2 疲勞曲線（n） 疲勞曲線可分成兩個區(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)不會產(chǎn)生破壞。 在有限壽命區(qū)的疲勞曲線上，nn0所對應(yīng)的各點(diǎn)的應(yīng)力值，為有限壽命條件下的疲勞極限。 對低碳鋼而言，循環(huán)基數(shù)n0=106107； 對合金鋼及有色金屬，循環(huán)基數(shù)n0=108或（5108）；變應(yīng)力與在此應(yīng)力作用下斷裂時的循環(huán)次數(shù)n之間

16、有以下關(guān)系式：此式稱為疲勞曲線方程（或n曲線方程）。其中：1n r=-1時有限壽命疲勞極限應(yīng)力； n 與1n對應(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)通過數(shù)理統(tǒng)計得到)。 1 r=-1時持久疲勞極限應(yīng)力； n0 循環(huán)基數(shù)； 由上式，對于不同的應(yīng)力水平，可寫出下式：因而材料的有限壽命（即壽命為n時）的疲勞極限1n則為： 利用上式，可求得不同循環(huán)次數(shù)n時的疲勞極限值1n，kn稱為壽命系數(shù)。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

17、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： n0=107n=106-1=268300346n240300max當(dāng) 時：將會失效。五、（非對稱循環(huán)變應(yīng)力的）極限應(yīng)力圖五、（非對稱循環(huán)變應(yīng)力的）極限應(yīng)力圖 以上所討論的n曲線，是指對稱應(yīng)力時的失效規(guī)律。對于非對稱的變應(yīng)力，必須考慮循環(huán)特性r對疲勞失效的影響。 在作材料試驗(yàn)時，通常是求出對稱循環(huán)及脈動循環(huán)的疲勞極限1及0，把這兩個極限應(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，所以對稱循環(huán)疲勞極限在圖中

18、以縱坐標(biāo)軸上的a點(diǎn)來表示。 由于脈動循環(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。 連接a、d得直線ad。由于這條直線與不同循環(huán)特性時進(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

19、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)）：=0t-10ta0tm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)非對稱循環(huán)變應(yīng)力時機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算式： 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)度計算時所用的極限應(yīng)力應(yīng)是零件的極限應(yīng)力曲線（agc）上的某一個點(diǎn)所代表的應(yīng)

20、力。到底用哪一個點(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：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)）；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，需找到一個循環(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)引射線通過工作應(yīng)力點(diǎn)m（或n

21、），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點(diǎn)所代表的應(yīng)力循環(huán)都具有相同的循環(huán)特性。0amadgcma mnm1n1圖6 r = c時的極限應(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，就可以求出對應(yīng)于m點(diǎn)的試件的極限應(yīng)力max： 于是，安全系數(shù)計算值sca及強(qiáng)度條件為： 對應(yīng)于n點(diǎn)的極限應(yīng)力點(diǎn)n1位于直線cg上。此時的極限應(yīng)力即為屈服極限s。這就是說，工作應(yīng)力為n點(diǎn)時，首先可能發(fā)生的是屈服失效，故只需進(jìn)行靜強(qiáng)度計算，其強(qiáng)度計算式為： 分析圖6得知，凡是工作應(yīng)力點(diǎn)位于ogc區(qū)域內(nèi)時，在循環(huán)特性等于常數(shù)的條件下，極限應(yīng)力統(tǒng)為

22、屈服極限，都只需進(jìn)行靜強(qiáng)度計算。2、m=c的情況 當(dāng)m=c時，需找到一個其平均應(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時的極限應(yīng)力3、min=c的情況 當(dāng)min=c時，需找到一個其最小應(yīng)力與工作應(yīng)力的最小應(yīng)力相同的極限應(yīng)力。0amadgcmnm3n3i45minmminn圖8 min=c時的極限應(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)度的因素六

23、、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。計算時用應(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；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)，見表1-6、8 以上三個系數(shù)都是對極限應(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。計算時用強(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

24、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。 對稱循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力 （r = c）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：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：m0/2=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-

25、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。例2-3： 在圖2-10的極限應(yīng)力圖中，求r=-0.4時的a和m值。m0/2=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：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：0amadgcmnm2n2h疲勞區(qū)靜 強(qiáng) 度區(qū)靜強(qiáng)度區(qū)：疲勞區(qū)：如果工作應(yīng)

26、力點(diǎn)在極限應(yīng)力曲線以內(nèi)，說明零件是合格，不會失效。七、不穩(wěn)定變應(yīng)力的強(qiáng)度計算七、不穩(wěn)定變應(yīng)力的強(qiáng)度計算1應(yīng)力譜1nn1n2n323231123tn1n2n3圖2-9不穩(wěn)定變應(yīng)力示意圖 圖2-9為一不穩(wěn)定變應(yīng)力的示意圖。變應(yīng)力1（對稱循環(huán)變應(yīng)力的最大應(yīng)力，或不對稱循環(huán)變應(yīng)力的等效對稱循環(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，材料即造成破壞；c）小于持久疲勞極限

27、，不會對材料造成損傷；d）變應(yīng)力大小作用的次序?qū)p傷沒有多大影響。 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)一次都對材料的破壞起相同的作用，則應(yīng)力1每循環(huán)一次對材料的損傷率即為1/n1，而循環(huán)了n1次的1對材料的損傷率即為n1/n1。如此類推，循環(huán)n2次的2對材料的損傷率為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n 因?yàn)楫?dāng)損傷率達(dá)到100%時，材料即發(fā)生疲勞破壞，故對

28、應(yīng)于極限狀況有：是極限狀態(tài)一般地寫成： 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，以驗(yàn)證此假說的正確性。試驗(yàn)表明，當(dāng)各個作用的應(yīng)力幅無巨大的差別時，這個規(guī)律是正確的。 當(dāng)各級應(yīng)力是先作用最大的，然后依次降低時，上式中的等號右邊將不等于1，而小于1（起斷裂作用）; 當(dāng)各級應(yīng)力是先作用最小的，然后依次升高時，則式中等號右邊要大于1（起強(qiáng)化作用）。 通過大量的試驗(yàn)，可以有以下的關(guān)系：說明miner法則有一定的局限性。3疲勞強(qiáng)度計算 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)椋篶nimi將上式的分子、分母同乘以im，則：

29、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)力作為計算的基本應(yīng)力。 引入ks后，則安全系數(shù)計算值sca及強(qiáng)度條件則為：例題：45號鋼經(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)，以對稱循環(huán)變應(yīng)力1=500mpa作用104次，2=400mpa作用105次，試計算該試件在此條件下的安全系數(shù)計算值。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)計算值

30、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的對稱循環(huán)變應(yīng)力的作用下，估計尚可再承受0.97106次應(yīng)力循環(huán)。八、復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計算（彎曲、扭轉(zhuǎn)聯(lián)合作用）八、復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度計算（彎曲、扭轉(zhuǎn)聯(lián)合作用） 對于試件在彎曲扭轉(zhuǎn)聯(lián)合作用的交變應(yīng)力下進(jìn)行疲勞試驗(yàn)時，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)力時的極限應(yīng)力線圖對于鋼材，經(jīng)過試驗(yàn)得出的極限應(yīng)力關(guān)系式為： 由于是對稱循環(huán)變應(yīng)力，故應(yīng)力幅即為最大應(yīng)力。圓弧amb上任何一個點(diǎn)即代表一對極限應(yīng)

31、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)計算值； s只有剪應(yīng)力作用下的安全系數(shù)計算值； s復(fù)合應(yīng)力作用下的安全系數(shù)計算值；亦即解決了簡單和復(fù)合的問題?？偪?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： 疲勞曲線解決對稱循環(huán)變應(yīng)力的強(qiáng)度計算問題； 極限應(yīng)力圖對稱非對稱的關(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

32、ner法則穩(wěn)定和非穩(wěn)定應(yīng)力的關(guān)系；4強(qiáng)度計算式變應(yīng)力穩(wěn)定不穩(wěn)定簡單復(fù)合對 稱非對稱cmcmincr 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（安全系數(shù)）。解：1）這屬于不穩(wěn)定變應(yīng)力下的強(qiáng)度計算問題，應(yīng)用疲勞損傷累積假說的數(shù)學(xué)表達(dá)式。2）3）第二章第二章 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度設(shè)計（習(xí)題續(xù)

33、）機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度設(shè)計（習(xí)題續(xù)）一、選擇題一、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，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)、絕對尺寸、應(yīng)力集中；（4

34、）零件的材料、熱處理方法、絕對尺寸。1132-4 繪制設(shè)計零件的ma極限應(yīng)力簡圖時， 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）不變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力；（2）變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力；（3）脈動循環(huán)變應(yīng)力；（4）對稱循環(huán)變應(yīng)力；045135amangcm232-6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，則該零件受的是 。（1）脈動循環(huán)變應(yīng)力；（2）對稱循環(huán)變應(yīng)力；（3

35、）變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力；（4）不變號的不對稱循環(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)212-8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在上題中若對零件加載的過程中保持應(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；

36、（2）m2；（3）m3（4）m4；045135amagcm45m1m2m3m4232-102-8題中若對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/k0/2k0/2s045amadbc122-12 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

37、，則該零件受的是 。（1）脈動循環(huán)變應(yīng)力；（2）對稱循環(huán)變應(yīng)力；（3）變號的不對稱循環(huán)變應(yīng)力；（4）不變號的不對稱循環(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，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

38、=450mpa作用于零件 。（1）0.39104；（2）1.46104；（3）2.58104；（4）7.45104；3232-15若材料疲勞曲線方程的冪指數(shù)m=9，則以對稱循環(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數(shù)m=9，若用此材料做成的試件進(jìn)行試驗(yàn)，以對稱循環(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

39、）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）4.52106123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物體受切向外

40、力的影響而發(fā)生相對滑動，或有相對滑動趨勢時，在接觸表面上就會產(chǎn)生抵抗滑動的阻力，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，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。二、摩擦的種類二、摩擦的種類530 . 34 . 04 . 0厚的油膜完全隔開，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）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 兩個無潤滑

41、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：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后則為液體摩擦。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，另一平板b靜止不動，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

42、動；而貼近板b的油層則靜止不動。由于層與層之間速度不同，于是形成各油層間的相對滑移，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：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“”號表示v隨y的增大而減?。?比例常數(shù)，即流體的動力粘度。摩擦學(xué)中把凡是服從這個粘性定律的液體都叫牛頓液體。四、液體動壓潤滑的條件（楔形承載機(jī)理）四、液體動壓潤滑的條件（楔形承載機(jī)理）（1）

43、兩個運(yùn)動的表面要有楔形間隙；（2）被油膜分開的兩表面有一定相對滑動速度，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 度分布壓力油膜h0p/x0 p/x=0 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

44、有一定的相對滑動速度； 由式（3-10）可知，若將速度v降低，則p/x亦將降低，此時油膜各點(diǎn)的壓力強(qiáng)度也會隨之降低。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）有足夠充足的供油量。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 兩相對滑動的接觸表面，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

45、的膜厚比=0.43時，其摩擦狀態(tài)為 ； 兩摩擦表面間的膜厚比35時，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與時間t的關(guān)系曲線）， 圖中 是正確的。tqtqtqtqa)b)c)d)3-6 根據(jù)牛頓液體粘性定律，大多數(shù)潤滑油油層間相對滑動時所產(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 動力粘度的國際單位制(si)單位為 。（1

46、）泊(p)；（2）厘斯(cst)；（3）恩氏度(e)；（4）帕.秒(pa.s)；3-8 運(yùn)動粘度是動力粘度與同溫下潤滑油 的比值。（1）密度；（2）質(zhì)量m；（3）相對密度d；（4）速度v；yv2yvyv2yv3-9 運(yùn)動粘度的國際單位制(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，潤滑油的粘度 。 （1）隨之加大；（2）保持不變；（3）隨之減小；（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，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；

47、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)系如何？2、按摩擦面間的潤滑狀況，滑動摩擦可分哪幾種？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？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：起傳動作用的螺紋;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； 工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動； 螺紋線：轉(zhuǎn)動與直線運(yùn)動； 螺紋牙：某一個形狀小面積沿螺旋線運(yùn)動就形成；3、螺紋的種類牙型形狀：三角=30矩形=0梯形=15鋸

48、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。 常用的聯(lián)接螺紋要求自鎖性，故多用單線螺紋；傳動螺紋要求傳動效率高，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)度計算中常作為螺桿危險截面的計算直徑；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

49、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；ttsd2sd27）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)用二、各種螺紋的特點(diǎn)、應(yīng)用自鎖條件：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p2023、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；p2144、螺紋零件精度等級a、b、c：a級精度最高，通常用c級；材料熱處理尺寸系列化標(biāo)準(zhǔn)化m10100（三角、中徑、長度）四、擰緊四、擰緊 在使用

50、上，絕大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時都必須擰緊；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螺栓的公稱直徑； 對于一定公稱直徑d的螺栓，當(dāng)所要求的預(yù)緊力 qp已知時，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

51、下幾種方法：1、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、伸長、圈數(shù)來判斷擰緊力的大小；2、用測力矩扳手、定力矩扳手；圖9-6 測力矩扳手 書p204圖9-6定力矩扳手 書p204五、設(shè)計螺栓的方法五、設(shè)計螺栓的方法 成組使用， ，應(yīng)力均勻分布。qpspfmax=?螺栓組受力分析求fmax ;單個螺栓的受力分析求q；1、受力分析spf總 2、應(yīng)力分析 3、失效分析 4、材料選擇 5、計算準(zhǔn)則 6、主要參數(shù)計算：d查標(biāo)準(zhǔn)螺栓、螺母、墊片； 7、結(jié)構(gòu)設(shè)計l（螺桿長度）根據(jù)被聯(lián)接件的厚度；習(xí)題： 第四章第四章 螺紋零件螺紋零件一、選擇題1、在常用的螺旋傳動中，傳動效率最高的螺紋是 。（1）三角形螺紋；（2）梯形螺紋；（3）鋸齒形螺

52、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)兩個被聯(lián)接件不太厚時，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)兩個被聯(lián)接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要經(jīng)常拆裝時，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；41235、當(dāng)兩個被聯(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，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，控制擰緊力矩有很多方法，例如 。

53、（1）增加擰緊力；（2）增加扳手力臂；（3）使用測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）對稱循環(huán)變應(yīng)力；（2）脈動循環(huán)變應(yīng)力；（3）非對稱循環(huán)變應(yīng)力；（4）非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力；2313六、螺栓組的受力分析六、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。下面針對幾種典型的受載情況，分別加以討論。1、受軸向

54、載荷的螺栓組聯(lián)接、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，每個螺栓所受的軸向工作載荷為：z螺栓個數(shù)；pf=ps圖1 汽缸蓋螺栓組聯(lián)接2、受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接qpffffa）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，靠聯(lián)接預(yù)緊后在結(jié)合面間產(chǎn)生的摩擦力來抵抗橫向載荷。 對于普通螺栓聯(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

55、載荷平衡）：ks防滑系數(shù)，1.11.3;qpffffi結(jié)合面數(shù)；b）緊配（鉸制孔螺栓聯(lián)接）f 當(dāng)采用緊配螺栓聯(lián)接時，靠螺栓桿受剪切和擠壓來抵抗橫向載荷。因此，每個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tr1r3r4r2qpfqpf松配tr1r3r4r2qpfqpf緊配機(jī)架地基a）松配 當(dāng)采用普通螺栓時，靠聯(lián)接預(yù)緊后在結(jié)合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉(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個螺栓的軸線到螺栓組對稱中心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，在轉(zhuǎn)矩t的作用下，

56、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稱中心o的距離成正比。即距螺栓組對稱中心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個螺栓和受力最大螺栓的軸線到螺栓組對稱中心o的距離；fi、fmax分別表示第i個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機(jī)架地基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

57、力也與這個距離成正比，于是有：各螺栓的工作拉力即可通過聯(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： 一般來說，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。總總 結(jié)結(jié)螺栓組 單個螺栓軸向軸向力松配：軸向力qp緊配：橫向力（假定每個螺栓所受力相同）松配：軸向力qp緊配：橫向力（單個螺栓所受力是不等的）（rmax）軸向力橫向力橫向轉(zhuǎn)矩對于單個螺栓來講只受兩個方向的載荷傾覆力矩軸向力（rmax）翻轉(zhuǎn)半徑最大的地方;例題例題1 平行，均勻分布f支架 吊環(huán)解：例題例題2 某鋼制吊架用螺栓組固定在水平鋼梁上，螺栓組由四個普通螺栓組成。吊 架fqfqm

58、r1r2r3r2解：找中心線，向中心簡化，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，試問哪個方案較好？哪種螺栓布局更合理？rrraaa ar =af1f2f1f2rf1tf1-f2f1 解：(1) a）松配b）緊配f1f2f1f2rt（2）第二種方案 半徑為arf1f2f1f2fmax（3）第三種半徑為a，最合理。同時由三個螺栓來承受轉(zhuǎn)矩t，每個螺栓f2。f2是有兩個螺栓起作用。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

59、示電動機(jī)螺栓聯(lián)接中受哪幾種基本載荷？rvhhvmhvvmvhht解：左、右翻，前、后翻。同時受橫向、軸向、轉(zhuǎn)矩和翻轉(zhuǎn)力矩的作用。七、失效分析、計算準(zhǔn)則七、失效分析、計算準(zhǔn)則軸向、橫向載荷無論受何種形式；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 pp失效計算準(zhǔn)則對單個螺栓聯(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)計準(zhǔn)則是保證螺栓的靜力拉伸強(qiáng)度；對于受剪螺栓，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、單個螺栓的受力分析八、單個螺栓的受力分析1、受軸

60、向載荷a)松螺栓聯(lián)接 松螺栓聯(lián)接裝配時，螺母不需要擰緊。在承受工作載荷之前，螺栓不受力。例如起重吊鉤等的螺紋連接均屬此類。圖9-18起重吊鉤的松螺栓聯(lián)接書p214 現(xiàn)以起重吊鉤的螺紋聯(lián)接為例，說明松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算方法。如圖9-18所示，當(dāng)聯(lián)接承受工作載荷f時，螺栓所受的工作拉力為f，則螺栓危險截面的拉伸強(qiáng)度條件為：f（拉應(yīng)力）或式中：d1螺栓危險截面的直徑，mm； 螺栓材料的許用應(yīng)力，mpa；b)只受預(yù)緊力 緊螺栓聯(lián)接裝配時，螺母需要擰緊，在擰緊力矩作用下，螺栓除受預(yù)緊力qp的拉伸而產(chǎn)生拉伸應(yīng)力外，還受螺紋摩擦力矩t1的扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，使螺栓處于拉伸與扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下。螺栓危險截