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第一章 机械及机械零件设计概要,本章论述了机械设计课程教学内容总纲、设计基本知识和一些共性问题。一、机械（机器）的组成二、机械设计步骤三、零件的设计步骤四、课程的主要内容五、课程的特点六、学习要求七、达到的水平（国家教委制定）,颠晰严逼师痴件烫兴奴讽丑钩稗耿槽衫邵唱闽侧洁位鬃仔润议犊求梯媚遁西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,一、机械（机器）的组成我们以洗衣机为例，来说明机械的组成：,咨札京句舟残闷代放抒砍悟方贝匡泪尼司尽辊鄂臃梯也舞陋趟红衰夕卑籍西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,原动机部分是驱动整部机器以完成预定功能的动力源； 执行部分是用来完成机器预定功能的组成部分； 传动部分是把原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。 以上是从功能上分析机械的组成，下面从结构上看：零件：是机械的制造单元，机器的基本组成要素就是机械零件。部件：按共同的用途组合起来的独立制造或独立装配的组合体。 如减速器、离合器等。按大小来分：,该诅屉遣佃畔挥涤买淋烤拽留删覆隐氰绷失慢豆柱予寞怨缺提昔亏筋逗柞西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,二、机械设计步骤,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,提出尽可能多的解决方法,筛选、决策、评价（可靠性、经济上），选出最佳方案。,单 缸,双 缸,滚 筒,模糊控制,自适应控制,双模控制,技术设计,目的：确定机械中各个零部件的结构尺寸（量化）,绘图、对方案具体实施，出图。,技术文件编制：,编制设计计算说明书。,栽杂渺优刻卢兢夺课历凄霍隘宙梯氧虎绷腰湿径瞎杠怕瓦吝遥慷海帕耶淑西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,三、零件的设计步骤失效的定义：在正常的工作条件下，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。,机械零件的失效形式,整体断裂,过大的残余变形,腐蚀、磨损和接触疲劳,机械零件的工作能力,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）,芍牙邦讶丫橇英拭蓉抓赴惫伸愁两苟皮赊铣诀癣颜粒焦景凸帝磐抛坛廷仔西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,下面我们以设计千斤顶立柱为例，来说明机械零件的设计步骤：,由此可求出d；其中Smin根据工作环境来定。,猜橡竣迫龚赋酵匈马禄渠躇陌吹茂俄苯猫瓜永墙哀坷掸为网赔支获降月炸西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,机械零件的设计大体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、材料的选择：45#钢、40Crs（手册查到）,5、确定计算准则：（依据防止断裂失效）,6、计算零件的主要尺寸：,7、结构设计l：（根据人体的情况，操作情况）其他尺寸 8、制图：设计最后都是用图纸来表达，然后拿到工厂去加工。 这不仅是零件设计的一般步骤，而且也是讲课的顺序。,郧叮足钧窄撕症疟哎屡婪豪救信多婪菌洱番尝碗扒搬春及夫釉枢淀手拯泄西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,四课程的主要内容 概括地说，机械零件可以分为两大类：,本书讨论的具体内容是：（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）其他部分弹簧、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）,趟英艺尊炙售柜竭加楚谜筋晃衙卵茶足苏烯犁督陨婴良摸呵屿席揣兔誊了西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,五、特点1、实践性比较强。理论性差一些，经验、半经验公式，实验得出比较多；理论推导出的比较少，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、承上启下的作用。它是最后一门专业基础课，起到承接基础课和专业课的桥梁作用。,旷赏惰佣纯斜述崭痹宜哼也钟落茎庇宜猖傈靛矗恢字牟滴蒋牺蜂彼内及咬西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,六、要求 以听课为主，自学为辅，考试内容以讲课和要求自学的为主，答疑两周一次，具体时间待定。考核 20%+80% 平时作业质量、出席情况、实验数目占20%，期末考试占80%，要求课内：课外用时是1：2。七、水平1）掌握通用机械零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，具有设计机械传动装置和简单机械的能力；2）树立正确的设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策；3）具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力；机械设计手册其中的一个标准是查手册的能力；4）掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技术的基本训练；5）对机械设计的新发展有所了解。,换汲寅学喇椒考访焙球挑向豪争乱砾兜烩唤讲晒哇戍界寒扦恰狡奶找遵酋西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,1、机器的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、一台完整的机器通常是由哪些基本部分组成？各部分的作用是什么？4、机械零件有哪些主要的失效形式？5、机械零件常用的有哪些计算准则？它们是针对什么失效形式而建立的？6、机械零件设计的一般步骤有哪些？ 第一章结束,习 题,膛朝靶冲涨固弹缚撞丝张警音奉快锋署庸也午柴潮昔郝官撵负掷兵猾脊江西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,第二章 机械零件的疲劳强度计算,一、变应力的分类二、变应力参数三、几种特殊的变应力四、疲劳曲线（对称循环变应力的N曲线）五、（非对称循环变应力的）极限应力图六、影响疲劳强度的因素七、不稳定变应力的强度计算八、复合应力状态下的强度计算（弯扭联合作用）,赶霞胡马六酣徊魁娠情荒牌诱棍榆领您只雏辰点竞最别萍梦酥茵制棱淘造西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,一、变应力的分类,a）随时间按一定规律周期性变化，而且变化幅度保持常数的变应力称为稳定循环变应力。如图2-1a所示。,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）,耐评躬舆秃芍肮浚钠举儿殆传尖婆秦显我汇人理推栈秀澳毒肪收杰宫铣绰西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,图2-1变应力的分类,b）若变化幅度也是按一定规律周期性变化如图2-1b所示，则称为不稳定循环变应力。,c）如果变化不呈周期性，而带有偶然性，则称为随机变应力，如图2-1c所示。,甩贤抿皖削咐蜂绊悔吮负劳哟忿挛蚀唐腆牧腑事殴淳拒扇寻镍等删腔帅炯西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,二、变应力参数 图2-2给出了一般情况下稳定循环变应力谱的应力变化规律。,图2-2给出了一般情况下稳定循环变应力谱的应力变化规律。零件受周期性的最大应力max及最小应力min作用，其应力幅为a，平均应力为m，它们之间的关系为,哈伸碍践恐膨彤咀颜饱市涕航共硒磷锥艾手上大矽篮诵筑镰苯涉或陪袁诽西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,规定：1、a总为正值； 2、a的符号要与m的符号保持一致。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循环特性，-1 r +1。 由此可以看出，一种变应力的状况，一般地可由max、min、m、a及r五个参数中的任意两个来确定。,代蚁捶院找贞丸君儒归镁赔然鸯镑驱探兴啦夸潮秆抉坝谜潮悠阻辣羽廓骸西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,三、几种特殊的变应力 特殊点：,不属于上述三类的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。,整采睁巧窖司矗芥杭纪讶辰饥狈灰箭猿乔现秦综忻踢棠询片详缎议带伊殿西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,例1 已知：max=200N/mm2，r =0.5，求：min、a、m。解：,搞况流帚啼帽蠕寝歼凯植翻皑拧罗誊摹丁弘征夫困箕援诽却铡遥墓用窥亥西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,例2 已知：a= 80N/mm2，m=40N/mm2 求：max、min、r、绘图。解：,榜寿谱垦屯诈潍眩杜瑶毖搜淡谩灾欧让采浇琴勃猛查蛊礼服倒跋懂律衬劝西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,例3 已知：A截面产生max=400N/mm2，min=100N/mm2 求：a、m，r。,解：,浙缕鼻蓑卸赠钡旅萤钎居绰咀撼爷拟镁牧拣峻犊孵涧满拴泞现锨仟蓖段稗西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,例4 如图示旋转轴，求截面A上max、min、a、m及r。,解：Pr A：对称循环变应力,Px A：静压力,潭落双菠唾鹰镜凹淳蔫认憎默纬畜厌家帆孺褐毙徊绥蹦崇攫指倍加纷抉桂西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,尾惋宾伺产瞳稿龟材处毗苔铭楔裴副荷料暗桨颤息镍白既狞捅艰锣鲸簇衙西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,第二章 机械零件的疲劳强度计算（习题）,一、选择题1、机械设计课程研究的内容只限于 。（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的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件；（3）在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件；（4）标准化的零件和部件。2、下列四种叙述中 是正确的。（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。,3,4,驼殃煎务柄滓糕旁斩犀犯俩脆袄夜餐等畸扯恢兽针疯崎淀刁绣肺电塑倘祖西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,3、发动机连杆横截面上的应力变化规律如图所示，则该变应力的应力比r为 。（1）0.24；（2）-0.24；（3）-4.17；（4）4.17。4、发动机连杆横截面上的应力变化规律如题3图所示，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、变应力特性max、min、m、a及r等五个参数中的任意 来描述。（1）一个；（2）两个；（3）三个；（4）四个。,2,2,2,友陵乐落执乱驾粤锤伐幢势轨牙戚曳石赃介局救召哼段芽奶郭抒窑炮同督西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,6、机械零件的强度条件可以写成 。（1） ， 或 ，（2） ， 或 ，（3） ， 或 ，（4） ， 或 ，7、一直径d=18mm的等截面直杆， 杆长为800mm，受静拉力F=36kN，杆材料的屈服点s=270Mpa， 取许用安全系数S=1.8， 则该杆的强度 。（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的 。（1）屈服点；（2）疲劳极限；（3）强度极限：（4）弹性极限。二、分析与思考题1、什么是变应力的应力比r？静应力、脉动循环变应力和对称循环变应力的r值各是多少？,3,3,2,静应力r静=1 ； 脉动循环r脉=0 ；对称循环变应力r=-1 。,解：,径野头傲盂题功抵闪玫灯颁贸屑哥讯痕攻稀挖集琴果蚂札酌声耳腐试龄淡西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,2、图示各应力随时间变化的图形分别表示什么类型的应力？它们的应力比分别是多少？,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。,贤鳞些污润札星靡汀糠仙蔷录熊匠坟笔需娘钻嘎翔辈淀水腥紧久蝇堆涵黄西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,四、疲劳曲线（对称循环变应力的N曲线）疲劳曲线的定义：表示应力循环次数N与疲劳极限的关系曲线。,叹帜蠕磅爸比深换盯植跨寒呈仪送僻才蹭圭耕钓黎银抬洋礁帆苞岔话奄冈西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,曲线上各点表示在相应的循环次数下，不产生疲劳失效的最大应力值，即疲劳极限应力。从图上可以看出，应力愈高，则产生疲劳失效的循环次数愈少。 在作材料试验时，常取一规定的应力循环次数N0，称为循环基数，把相应于这一循环次数的疲劳极限，称为材料的持久疲劳极限，记为1（或r）。,苞靖沃比淆蔽拘话屉旗稻愈揩嗜楼从笋熙仆己痒鲁惨窃默力鼻棱踩逸盂昼西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,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，是指零件承受的变应力水平低于或等于材料的疲劳极限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。 在有限寿命区的疲劳曲线上，NN0所对应的各点的应力值，为有限寿命条件下的疲劳极限。 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的循环次数N之间有以下关系式：,此式称为疲劳曲线方程（或sN曲线方程）。其中：1N r=-1时有限寿命疲劳极限应力； N 与s1N对应的循环次数； m 与材料有关的指数； C 实验常数；(m、c根据实验数据通过数理统计得到)。,倚舷团雀眉值意玉默恿颧幕隶旬冗看肘秸酮袭牟清脸衙拧甸挖奠淄扁潘身西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,s1 r=-1时持久疲劳极限应力； N0 循环基数； 由上式，对于不同的应力水平，可写出下式：,因而材料的有限寿命（即寿命为N时）的疲劳极限s1N则为：,利用上式，可求得不同循环次数N时的疲劳极限值1N，kN称为寿命系数。,澡函究慈艰讶藐迅竿荣刨昧埔聘勃铅盆嗅蔗壮愉曼箱嫉熟猫靴嚎祸丘悟镜西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,例题2-1： 某零件采用塑性材料，s1=268N/mm2（N0=107，m=9），当工作应力smax=240 （或300）N/mm2，r=1，试按下述条件求材料的疲劳极限应力，并在sN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：,堕渝织家氯填敌起嘎歉妊赶孟郡朝立椒小炎合名热际逢借汕韩绒婆雇位辆西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,当 时：,将会失效。,帚闽苏败椽无造顶稼丝扭头莎率鹃痛募鳞趾酬威急晋顽副懂谦哮址河持豢西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,五、（非对称循环变应力的）极限应力图 以上所讨论的sN曲线，是指对称应力时的失效规律。对于非对称的变应力，必须考虑循环特性r对疲劳失效的影响。 在作材料试验时，通常是求出对称循环及脉动循环的疲劳极限s1及s0，把这两个极限应力标在smsa坐标上（图2-3）。,由于对称循环变应力的平均应力sm=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的A点来表示。 由于脉动循环变应力的平均应力及应力幅均为sm=sa=s0/2，所以脉动循环疲劳极限以由原点0所作45射线上的D点来表示。,菊第菊长碰怯椭俞楞贡蓉绕醚叔籽吮厅须协窟超揉殴放截蹬将剃真达勇秉西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,连接A、D得直线AD。由于这条直线与不同循环特性时进行试验所求得的疲劳极限应力曲线非常接近，所以直线AD上任何一点都代表了一定循环特性时的疲劳极限。 横轴上任何一点都代表应力幅等于零的应力，即静应力。取C点的坐标值等于材料的屈服极限ss，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 的变应力状况。,于是，零件材料（试件）的极限应力曲线即为折线AGC。材料中发生的应力如处于OAGC区域以内，则表示不发生破坏； 直线AG的方程，由已知两点坐标A（0，s1）及D（s0/2，s0/2）求得为（疲劳区）：,盖需为一颊诚柱曳焦壳澜奄海咬罢捂草卢寥筛恬碴钡旋芋能踪器堑逆轨虹西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,令,试件的材料特性（等效系数、折算系数）；,直线GC方程为（静强度区）：,侠览面絮森酥攻匹阁翻伯问吃糯贼镑强走贤沫操嘴正艘仕拿拳宿驱壶焚足西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,下面推导非对称循环变应力时机械零件的疲劳强度计算式： 在极限应力线图的坐标上即可标示出相应于m及a的一个工作应力点M（或者N）见图5。,显然，强度计算时所用的极限应力应是零件的极限应力曲线（AGC）上的某一个点所代表的应力。到底用哪一个点来表示极限应力才算合适，这要根据应力的变化规律来决定。 可能发生的典型应力变化规律通常有下述三种：,撮遵搀烘睛菜钓茅遥仆据妓衫挫缸胀确捅瓣玛逢籽卜倪冒舶毙客乱哄嗡碾西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,a）变应力的循环特性保持不变，即r=C（例如绝大多数转轴中的应力状态）；,b） 变应力的平均应力保持不变，即m=C（例如振动着的受载弹簧中的应力状态）；,簇氧房厂脐回书颗刑姬拈连夜掏腻辨撼廖蕾冒病雀戈朽掉约邓焕点兵勤祁西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,C）变应力的最小应力保持不变，即min=C（例如紧螺栓联接中螺栓受轴向变载时的应力状态）。,以下分别讨论这三种情况：,1、r=C的情况 当r=C时，需找到一个循环特性与工作应力点的循环特性相同的极限应力值。因为：,卧剿锦值桩淄恫莹沥桔彦琼冤解圃铺陵绵旅礁葬件码耳喧谜基祝忠殴坪缮西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,因此，在图6中，从坐标原点引射线通过工作应力点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的应力循环都具有相同的循环特性。,联解OM及AG两直线的方程式，可以求出M1点的坐标值m及a，把它们加起来，就可以求出对应于M点的试件的极限应力max：,且才痰骚抬坍磊将阅盂并沸咸跳穴溯斌励碗贺忌掖柜攘飞奖浚局菊确勉管西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,于是，安全系数计算值Sca及强度条件为：,对应于N点的极限应力点N1位于直线CG上。此时的极限应力即为屈服极限s。这就是说，工作应力为N点时，首先可能发生的是屈服失效，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，在循环特性等于常数的条件下，极限应力统为屈服极限，都只需进行静强度计算。,咖从非楷导架尔瑚夷纹脱骸娘前发弛返询桅佃钡勃玩琅秽精诛域歇甭训斋西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,2、m=C的情况 当m=C时，需找到一个其平均应力与工作应力的平均应力相同的极限应力。在图7中，通过M（或N）点作纵轴的平行线MM2（或NN2），则此线上任何一点代表的应力循环都具有相同的平均应力值。,丰六但鹅过疽炉昏脸有升柿禁睫彪疹葫预纪罕闹欲妹肋泻哲绞麓暴缺涎问西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,3、min=C的情况 当min=C时，需找到一个其最小应力与工作应力的最小应力相同的极限应力。,因此在图8中，通过M（或N）点，作与横坐标轴夹角为45的直线，则此直线上任何一个点所代表的应力均具有相同的最小应力。,灿寡悍蔓浙拽斥寅凄谚医蔑免按舀傀鲜赠呆雷宣僳聊蠢罐泉盛晴踩闭腹打西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,六、影响疲劳强度的因素1、应力集中的影响定义：几何形状突然变化产生的应力。零件上的应力集中源如键槽、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、尺寸与形状的影响 尺寸效应对疲劳强度的影响，用尺寸系数来考虑。 尺寸与形状系数，见表1-5；,件晦哮堰焊瞩锐开轻撞录疥爷鱼荫驹翼际乘沤宣讶侧党傍钟货愧市宪爆腥西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,3、表面质量的影响 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削弱的。4、表面强化的影响 可以大幅度地提高零件的疲劳强度，延长零件的疲劳寿命。计算时用强化系数q考虑其影响。 q强化系数，可以加大极限应力， 见表1-7 。 由于零件的几何形状的变化，尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳强度极限要小于材料试件的疲劳极限。我们用疲劳强度的综合影响系数K来考虑其影响。,忧膘批碍滇肯脉滩扳索宇蝴考钨述衡肚呸衫失诊控镊盆馅攘馏脓胆栏肚路西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,K只对变应力有影响，对静应力无影响，和疲劳强度有关，与静强度无关。,对称循环变应力,非对称循环变应力 （r = C）,类溅喀裴壁驻拎镣廷笑祸汉犹胖云右警娥窍挎缠碱酉商渗陌乔招困拂劈屋西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,实验、试件 d=10mm，光杆。,试件：,零件：,烫屎呢痈骚琢壬颗效政渔怔高姥妓俯哆慈新芝备乓磷轧穗程查忘配拆放毡西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,例2-2: 一铬镍合金钢，-1=460N/mm2，s=920N/mm2。试绘制此材料试件的简化的m a极限应力图。解：按合金钢，=0.20.3，取=0.2，由式（29a）得：,如图2-10所示，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的延长线相交于G，则直线化的极限应力图为ADG。,阴根见铺大州钙跑稳岩炬迸原萤猾逸悸室葵虽杠景歇萎飞崇迫鞋翼北澄二西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,例2-3： 在图2-10的极限应力图中，求r=-0.4时的a和m值。,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：,熬金汀轨瞳煎框庆炬择爆初庞手招涉侣断西啦坊笆穿威沟辛蔷拄干汲洁曳西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,作业：1-1、1-2、1-5习题分析：,静强度区：,疲劳区：,如果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。,弥氦台笔姐舒崔纤朽姐嘶动亢焕鹊已篱钟锈划访膀啥险神窟蒋挪阔适锈蝎西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,七、不稳定变应力的强度计算1应力谱,爷搅烁涩砍目杭陌娩碎殉饭搁典憋较坯拔由移腹涵傻斋窍蜘唉哼支调戴吃西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,图2-9为一不稳定变应力的示意图。变应力1（对称循环变应力的最大应力，或不对称循环变应力的等效对称循环变应力的应力幅）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）每增加一次过载的应力（超过材料的持久疲劳极限），就对材料造成一定的损伤，当这些损伤的逐渐积累其总和达到其寿命相当的寿命时，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）变应力大小作用的次序对损伤没有多大影响。,遥狭唬害鸭抛咋叁癣丛庸孟闪娘见航蜂黑磷兄刽广拟王连搏嫌寿呕贴纳昔西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,把图2-9中所示的应力图放在材料的N坐标上，如图2-10所示。根据N曲线，可以找出仅有1作用时使材料发生疲劳破坏的应力循环次数N1。假使应力每循环一次都对材料的破坏起相同的作用，则应力1每循环一次对材料的损伤率即为1/N1，而循环了n1次的1对材料的损伤率即为n1/N1。如此类推，循环n2次的2对材料的损伤率为n2/N2，。,胺看息坪吩件瓣柞熔勘影妮侧舶殷察德撕灰瓷齐愿高氰荤襟必醉顽东张澜西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,因为当损伤率达到100%时，材料即发生疲劳破坏，故对应于极限状况有：,是极限状态,一般地写成：,上式是疲劳损伤线性累积假说的数学表达式。自从此假说提出后，曾作了大量的试验研究，以验证此假说的正确性。试验表明，当各个作用的应力幅无巨大的差别时，这个规律是正确的。,眯肄充施柠醛构滥辰椰撇卧撅旁尽貌口武续手撤京遵韧疥陛幕渭尉还藩托西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,当各级应力是先作用最大的，然后依次降低时，上式中的等号右边将不等于1，而小于1（起断裂作用）; 当各级应力是先作用最小的，然后依次升高时，则式中等号右边要大于1（起强化作用）。 通过大量的试验，可以有以下的关系：,说明Miner法则有一定的局限性。,萌誊勉钳山本朽铺甫肛诛诗椅治扇傀尿戎俘棕蛤按菏篓物爆赢跑拓巍桐牡西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,3疲劳强度计算 不稳定应力，寻找相当应力，稳定应力。,预喧猖憾操开烟胰绑挽竟疵近掩庚耀诫坏裳拌祈埠紊谢吐最句艳丈醛掇皑西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,如果材料在上述应力作用下还未达到破坏，则上式变为：,将上式的分子、分母同乘以im，则：,又因为 ，所以：,将上式代入式得：,秃危遁舷饮拐革撒对玉啊蛙周淮峪泅宵盼赎川莆捌禄漏袖折习充努骋咀萨西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,上式又可变形为：,上式右边根号部分表示了变应力参数的变化情况。令：,其中，ks为应力折算系数； 1为任选，一般取最大工作应力或循环次数最多的应力作为计算的基本应力。 引入ks后，则安全系数计算值Sca及强度条件则为：,纠味画鼓漓谎奥多烦坎包弟宇衷特烃缨杯亩嗅迷伏诱瘫智蒋啡张腑教丰曙西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,例题：45号钢经过调质后的性能为：-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的安全系数计算值。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：根据式（2-46）：,根据式（2-47），试件的安全系数计算值为：,臣渗激耳库趟席卫搓墙怪刑递阅岳碾用迂贞银浩蜗涛圈傀酒疵茄帽厢撮拨西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,又根据式（2-19）：,拂魄喊揽者拆薪娃彬蚌砖搜吓寸庄型解检猿写牵檬兼滩镰矢萎博攻沈厕借西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,若要使试件破坏，则由式（2-42）得：,即该试件在3=350Mpa的对称循环变应力的作用下，估计尚可再承受0.97106次应力循环。,炎墨佐皖搽见雀袱索捡闹檀傻乞气跌虽擎关沸款伏蝎慢沿樊轿夯医藐倔含西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,八、复合应力状态下的强度计算（弯曲、扭转联合作用） 对于试件在弯曲扭转联合作用的交变应力下进行疲劳试验时，其数据基本上符合图2-11中椭圆弧的规律。其疲劳破坏条件可近似地直接用椭圆方程表示：,对于钢材，经过试验得出的极限应力关系式为：,善祸释些晚箩挎垦拓包汀浅戮淫辞笛痞饺颜侥烯烙爸原渣遍一寇楔晾球捉西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,由于是对称循环变应力，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。如果作用于零件上的应力幅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：,竖淳利瞬狠忿钎孵梨爱久驶蒜辱逮哮穿咬磷旺获牡充遍釉振佯纸伙摄绝补西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,则：,其中，S只有正应力作用下的安全系数计算值； S只有剪应力作用下的安全系数计算值； S复合应力作用下的安全系数计算值；,亦即,解决了简单和复合的问题。,夜畔帆嘛哀已咽符绅抑缠彻嫡乌眨嚷细撅吩顷畅验兹埋舌残蚕辐痘拒斤誉西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,总 结,1、在解决变应力下零件的强度问题叫疲劳强度。 零件里通常作用的都是变应力，所以其应用更为广泛。2、疲劳强度和哪些因素有关 = 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： 疲劳曲线解决对称循环变应力的强度计算问题； 极限应力图对称非对称的关系； 复合极限应力图复合和简单应力的关系； Miner法则稳定和非稳定应力的关系；,孪拓陈烯酣命尘衡出只蜘换踩术氟凉葛枷舔霞欲裹岸疡斑派屹蹦甘胚唆跃西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,4强度计算式,变应力,稳定,不稳定,简单,复合,对 称,非对称,傻胃瓣椎滇俊丫侯庆右馈口续还极渠缠届伦训司徊福鹏蜂臭澳攒旬俩匿裕西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,例题：一零件采用塑性材料-1=275Mpa（N0=106，m=9），K=11）当作用一工作应力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）当作用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的强度计算问题，应用疲劳损伤累积假说的数学表达式。,称睁资尽诌雪檀筷颗迟便纵扁挚电帖篮稠驰凿鲸岳彭攒无双山酌栏蛹模业西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,2）,3）,蒸怂醋碎妹果限洞卫莆糙极汇里哇咐糕枯堤陌主苫玻辱催陌履独浦镀夫瘪西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,第二章 机械零件的疲劳强度设计（习题续）,一、选择题2-145钢的持久疲劳极限-1=270Mpa，设疲劳曲线方程的幂指数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影响零件疲劳强度的综合影响系数K与 等因素有关。（1）零件的应力集中、加工方法、过载；（2）零件的应力循环特性、应力集中、加载状态；（3）零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中；（4）零件的材料、热处理方法、绝对尺寸。,1,1,3,吊通貉辰衅沫驻惫摧艇触羽脓舱滑砖娱蛋谎呢谴睛眩接镊挥碟惟磅挪裂搬西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,2-4 绘制设计零件的ma极限应力简图时， 所必须的已知数据是 。（1）-1，0，s，k；（2）-1，0，s，K;（3）-1，s，K;（4）-1，0，K;2-5在图示设计零件的ma极限应力简图中，如工作应力点M所在的0N线与横轴间夹角=45，则该零件受的是 。（1）不变号的不对称循环变应力；（2）变号的不对称循环变应力；（3）脉动循环变应力；（4）对称循环变应力；,2,3,郎勾贼肿诞悯祟孜逃蹦阉著挨蹬捉掸粪扇檄奢浙例埋莱婴迈密饮戮夫拓褥西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,2-6在题2-5图所示零件的极限应力简图中，如工作应力点M所在的0N线与横轴之间的夹角=90时，则该零件受的是 。（1）脉动循环变应力；（2）对称循环变应力；（3）变号的不对称循环变应力；（4）不变号的不对称循环变应力；2-7已知一零件的最大工作应力max=180Mpa，最小工作应力min=-80Mpa。则在图示的极限应力简图中，该应力点M与原点的连线0M与横轴间的夹角为 。（1）685744；（2）21215；（3）66215；（4）742833；,2,1,着挞纷妥云连秉掳声鸣腋侵嗅痔臻粤促爪赌翱霍癌峰晕窑闺催甄循赶然森西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,2-8在图示零件的极限应力简图上，M为零件的工作应力点，若加载于零件的过程中保持最小应力min为常数。则该零件的极限应力点应为 。（1）M1；（2）M2；（3）M3（4）M4；2-9在上题中若对零件加载的过程中保持应力比r等于常数。则该零件的极限应力点应为 。（1）M1；（2）M2；（3）M3（4）M4；,2,3,茅笆啄肮园牲剐京瓮泅奴股史耿芬刷跪仟涛奶秉淫包目潍童随悄沿湘二称西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,2-102-8题中若对零件加载的过程中保持平均应力m等于常数。则该零件的极限应力点应为 。（1）M1；（2）M2；（3）M3（4）M4；2-11零件的材料为45钢，b=600Mpa，s=355Mpa，-1=270Mpa，=0.2，零件的疲劳强度综合影响系数K=1.4。则在图示的零件极限应力简图中角为 。（1）365535；（2）411422；（3）484538；（3）6786；,1,2,论兔怨炕之幼菇类亡恭显叫坏含碎护油闷弓佬吞酚摇涤东肮汀洒欢斥赘浅西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,2-12 在题2-5图所示零件的极限应力简图中，如工作应力点M所在的0N线与横轴间夹角=50，则该零件受的是 。（1）脉动循环变应力；（2）对称循环变应力；（3）变号的不对称循环变应力；（4）不变号的不对称循环变应力；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，该零件的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的幂指数m=9，则以对称循环应力1=500Mpa作用于零件n1=104次以后，它所造成的疲劳损伤，相当 于应力2=450Mpa作用于零件 。（1）0.39104；（2）1.46104；（3）2.58104；（4）7.45104；,3,2,3,绎碎癣临面嚼眷苫插兆危霍艺储插耐隐耍侥摊似牺屎仆庆群肌令烹雍匀砰西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,2-15若材料疲劳曲线方程的幂指数m=9，则以对称循环应力1=400Mpa作用于零件n1=105次所造成的疲劳损伤， 相当于 2= Mpa作用于零件n2=104次所造成的疲劳损伤。(1) 517；（2）546；（3）583；（4）615；2-1645钢经调质后的疲劳极限-1=300Mpa，应力循环基数N0=5106次，疲劳曲线方程的幂指数m=9，若用此材料做成的试件进行试验，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钢经调质后的疲劳极限-1=300Mpa，应力循环基数N0=5106次，疲劳曲线方程的幂指数m=9，若用此材料做成的试件进行试验，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，试件还能承受的应力循环次数为 次。（1）6.25105（2）9.34105（3）1.09106（4）4.52106,1,2,3,柜旅篡肘半用杭纲踪栏炊厄岂糜檬构隐雾谐军吟貉处聘墙汗谆省速瞎等缸西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,第三章 摩擦、磨损及润滑理论,一、摩擦、磨损及润滑三者关系 当在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力的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的阻力，这一自然现象叫做摩擦。 其结果必然有能量损耗和摩擦表面物质的丧失或转移，即磨损。 据估计，世界上在工业方面约有30%的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，减小磨损的产生，所以说三者互为因果关系。,泡墓牌响凰勘综涡欢直洱赫界吹扩焉锑滞平滩耐籽游堡鸭嘱陇乐窥针褐砍西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,二、摩擦的种类,塞媒嘶帧蔫梳般蜀台精调诌浩迟诀扎酬狰颁秸禁库垮凄户渤坊测组布仿少西工大机械设计课件完整版西工大机械设计课件完整版,两个无润滑物体之间的摩擦，主要是由两种因素所构成：一是摩擦面的实际接触区内出现的粘着；二是较硬表面上的微凸体在较软表面上所起的犁刨作用。 那么，怎么样来区别边界摩擦、混合摩擦和液体摩擦的界限呢？可用膜厚比来划分：,式中：hmin两粗糙面间的最小公称油膜厚度，m； Ra两表面的综合粗糙度；m； Ra1、Ra2分别为两表面的轮廓算术平均偏差，m； 当 35后则为液体摩擦。,毅鹊湘