机械设计提高(1)

1、主要内容主要内容一、机械设计总论一、机械设计总论二、螺纹连接与键连接二、螺纹连接与键连接三、带传动与链传动三、带传动与链传动四、齿轮传动与蜗杆传动四、齿轮传动与蜗杆传动五、滑动轴承与滚动轴承五、滑动轴承与滚动轴承六、轴、联轴器和离合器六、轴、联轴器和离合器七、综合题七、综合题八、模拟测试八、模拟测试教学内容与考核方式教学内容与考核方式1 1、内容提要、内容提要2 2、要点分析、要点分析3 3、题型概括、题型概括4 4、典型题解析、典型题解析5 5、课后练习、课后练习教学内容教学内容:考核方式考核方式:1、期末闭卷考试、期末闭卷考试2、平时、平时40%，期末，期末60%第一讲：机械设计总论第一讲

2、：机械设计总论主讲人：谭晓兰1 1、机器的组成和机械设计的一般程序、机器的组成和机械设计的一般程序2 2、对机器的主要要求以及机械零件设计的一般步骤和方法、对机器的主要要求以及机械零件设计的一般步骤和方法3 3、机械零件的失效形式和设计准则机械零件的失效形式和设计准则4 4、标准化的内容和重要意义、标准化的内容和重要意义5 5、机械零、部件所受载荷和应力的类型、变应力的种类和特点机械零、部件所受载荷和应力的类型、变应力的种类和特点6 6、静应力下机械零件的强度判断方式。单向应力状态及复合应力状态下、静应力下机械零件的强度判断方式。单向应力状态及复合应力状态下 危险剖面上计算应力和表面接触应力的

3、计算危险剖面上计算应力和表面接触应力的计算7 7、变应力作用下机械零件的强度问题：（、变应力作用下机械零件的强度问题：（1 1） 变应力作用下机械零件的变应力作用下机械零件的 失效特征及影响疲劳强度的主要因素失效特征及影响疲劳强度的主要因素（2 2）疲劳曲线（）疲劳曲线（s sN曲线曲线）、）、 极限应力图（极限应力图（ 图）、图）、疲劳损伤累积假说的含义和极限应力的确定疲劳损伤累积假说的含义和极限应力的确定 方法；（方法；（3 3）变应力作用下机械零件的强度计算）变应力作用下机械零件的强度计算8 8、干摩擦、边界摩擦、混合摩擦和液体摩擦的特点干摩擦、边界摩擦、混合摩擦和液体摩擦的特点，干摩擦

4、的机理，干摩擦的机理 9 9、摩擦和磨损的相互关系，磨损对机器寿命和性能的影响，磨损的实质、摩擦和磨损的相互关系，磨损对机器寿命和性能的影响，磨损的实质 和基本规律，磨损分类，各类磨损的影响因素，减少磨损的各种措施和基本规律，磨损分类，各类磨损的影响因素，减少磨损的各种措施1010、润滑的作用，润滑材料的分类，润滑剂的选用原则等。、润滑的作用，润滑材料的分类，润滑剂的选用原则等。1111、流体动力润滑的楔效应承载机理。流体动力润滑的楔效应承载机理。1.1、内容提要、内容提要第一讲：机械设计总论第一讲：机械设计总论amss关于机械零件所受应力类型及其相应的强关于机械零件所受应力类型及其相应的强度

5、计算公式度计算公式关于疲劳曲线和极限应力线图的含义与应关于疲劳曲线和极限应力线图的含义与应用用关于影响机械零件疲劳强度的主要因素关于影响机械零件疲劳强度的主要因素学习常见的摩擦状态时，要注意其形成条学习常见的摩擦状态时，要注意其形成条件和特点件和特点1.2、要点分析、要点分析第一讲：机械设计总论第一讲：机械设计总论1 1、零件设计中的载荷及其分类、零件设计中的载荷及其分类 静载荷静载荷：不随时间变化或变化缓慢的载荷：不随时间变化或变化缓慢的载荷. .变载荷变载荷：随时间作周期性或非周期性变化的载荷：随时间作周期性或非周期性变化的载荷. . 载荷可分为静载荷和变载荷两类。 注意注意: :在设计计

6、算中，载荷又可分为名义载荷和计在设计计算中，载荷又可分为名义载荷和计算载荷，计算载荷等于载荷系数乘以名义载荷。算载荷，计算载荷等于载荷系数乘以名义载荷。 1.2、要点分析、要点分析关于机械零件所受应力类型及其相应的强度计算公式关于机械零件所受应力类型及其相应的强度计算公式一、载荷和应力的分类2应力的分类应力的分类 静应力静应力：不随时间变化或变化缓慢的应力。：不随时间变化或变化缓慢的应力。变应力变应力: : 随时间变化的应力。随时间变化的应力。一、载荷和应力的分类 变应力又可分为稳定循环变应力、非稳定循环变应力以变应力又可分为稳定循环变应力、非稳定循环变应力以及随机变应力等。最基本的变应力为及

7、随机变应力等。最基本的变应力为稳定循环变应力稳定循环变应力。 描述稳定循环变应力有5个参量，应力幅a、平均应力m 、最小应力min 、最大应力max和循环特性系数r。但其中只有两个参数是独立的。1.2、要点分析、要点分析关于机械零件所受应力类型及其相应的强度计算公式关于机械零件所受应力类型及其相应的强度计算公式两种类别sm平均应力； sa应力幅值smax最大应力； smin最小应力r 循环特性（应力比）2minmaxmsss2minmaxasssmaxminssr上述参数中只有两个参数是独立的。 一、载荷和应力的分类2应力的分类应力的分类 r = -1对称循环应力r=0脉动循环应力r=1静应力

8、非对称循环应力应力分类图示：应力分类图示： 稳定循环变应力可分为对称循环变应力对称循环变应力、脉脉动循环变应力动循环变应力和非对称循环变应力非对称循环变应力三种。 2应力的分类应力的分类 强度可分为静应力强度和变应力强度强度可分为静应力强度和变应力强度 a静应力强度静应力强度： 二、机械零件强度的基本概念 在静应力下工作的零件，其失效形式将是断裂在静应力下工作的零件，其失效形式将是断裂或塑性变形。因此需要计算静强度。或塑性变形。因此需要计算静强度。 b变应力强度变应力强度： 在变应力下工作的零件，其失效形式将是疲劳在变应力下工作的零件，其失效形式将是疲劳断裂。因此需要计算其疲劳强度。断裂。因此

9、需要计算其疲劳强度。 1.2、要点分析、要点分析关于机械零件所受应力类型及其相应的强度计算公式关于机械零件所受应力类型及其相应的强度计算公式 零件在变应力作用下的破坏，称为疲劳破坏，零件在变应力作用下的破坏，称为疲劳破坏，一般也称为疲劳失效。一般也称为疲劳失效。 疲劳破坏：疲劳破坏：1.2、要点分析、要点分析关于机械零件所受应力类型及其相应的强度计算公式关于机械零件所受应力类型及其相应的强度计算公式二、机械零件强度的基本概念特点：特点： 1在某类变应力多次作用后突然断裂；在某类变应力多次作用后突然断裂； 2断裂时变应力的最大应力远小于材料的屈服极限断裂时变应力的最大应力远小于材料的屈服极限 3

10、即使是塑性材料，断裂时也无明显的塑性变形。即使是塑性材料，断裂时也无明显的塑性变形。 由此可见，疲劳破坏不仅仅与由此可见，疲劳破坏不仅仅与应力的大小应力的大小有关，而有关，而且还与且还与应力循环次数应力循环次数和和应力循环特性应力循环特性有关。有关。 循环特性循环特性r r一定时，应力循环一定时，应力循环N N次后，材料不发生疲次后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力，称为劳破坏时的最大应力，称为疲劳极限疲劳极限。1.2、要点分析、要点分析关于机械零件所受应力类型及其相应的强度计算公式关于机械零件所受应力类型及其相应的强度计算公式二、机械零件强度的基本概念疲劳曲线CD段段( (有限寿命区间有限寿命

11、区间): ):)(DCmrNNNNCNs)DrrNNN （ssD点以后点以后(无限寿命区间无限寿命区间): 用用N N0 0及其相对应的疲劳极限及其相对应的疲劳极限 r来近来近似代表似代表N NDD和和 r,r,有：有：CNN0mrmrNss1 1、 s sN疲劳曲线疲劳曲线sN疲劳曲线表示循环次数N和疲劳极限间关系的曲线称s sN疲劳曲线rNs1.2、要点分析、要点分析关于疲劳曲线和极限应力线图的含义与应用关于疲劳曲线和极限应力线图的含义与应用有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为：式中， N0为循环基数； sr为与N0相对应的疲劳极限m为材料常数，值由材料试验确定。rNrKNNm

12、sss0rNsN疲劳曲线1 1、 s sN疲劳曲线疲劳曲线1.2、要点分析、要点分析关于疲劳曲线和极限应力线图的含义与应用关于疲劳曲线和极限应力线图的含义与应用2、极限应力线图、极限应力线图（等寿命疲劳曲线）（等寿命疲劳曲线） 机械零件材料的疲劳特性除用sN曲线表示外，还可用极限应力线图，即等寿命曲线来描述。该曲线表达了材料在不同循环特性下疲劳极限的特性。1.2、要点分析、要点分析关于疲劳曲线和极限应力线图的含义与应用关于疲劳曲线和极限应力线图的含义与应用在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。A直线的方程为：ma1sssssmasssC直线

13、的方程为：0012ssss为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由试验及下式决定：对于碳钢，0.10.2，对于合金钢，0.20.3。在不对称循环时，是试件与零件极限应力幅的比值。1s材料对称循环弯曲疲劳极限e1s零件对称循环弯曲疲劳极限sssKe11零件的对称循环弯曲疲劳极限为: eK11sss如设弯曲疲劳极限的综合影响系数 ，且 零件的极限应力线图零件的极限应力线图机械零件的疲劳强度计算1 n材料性能材料性能n应力循环特性应力循环特性n应力循环次数应力循环次数n应力集中应力集中n绝对尺寸绝对尺寸n表面状态等表面状态等1.2、要点分析、要点分析关于影响机械零件疲劳强度的主要因素关于影响机械零件

14、疲劳强度的主要因素 种滑动摩擦状态种滑动摩擦状态. . 干摩擦干摩擦是指表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。是指表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。. . 边界摩擦边界摩擦是指摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，其摩擦性质取决于是指摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，其摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦。边界膜和表面的吸附性能时的摩擦。 流体摩擦流体摩擦是指摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间是指摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。流体摩擦时的摩擦系数最小，且不会有磨损产生，是理想粘性阻力的摩擦。流体摩擦时的摩擦系数最小

15、，且不会有磨损产生，是理想的摩擦状态。的摩擦状态。混合摩擦混合摩擦是指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状态。混合摩是指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状态。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为不完全液体摩擦。边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为不完全液体摩擦。基本概念题基本概念题机械零件疲劳强度的计算机械零件疲劳强度的计算绘制零件的极限应力图，并用图解法求极绘制零件的极限应力图，并用图解法求极限应力值限应力值1.3、题型概括、题型概括第一讲：机械

16、设计总论第一讲：机械设计总论1.4、典型题解析、典型题解析第一讲：机械设计总论第一讲：机械设计总论1、判断题、判断题1）只有静载荷产生静强度；只有变载荷产生只有静载荷产生静强度；只有变载荷产生 疲劳破坏；疲劳破坏；2）机械零件在静载荷作用下，则均为静强度机械零件在静载荷作用下，则均为静强度破坏。破坏。1.4、典型题解析、典型题解析第一讲：机械设计总论第一讲：机械设计总论2、填空题、填空题1）在静载荷作用下的机械零件，不仅可以产生在静载荷作用下的机械零件，不仅可以产生（ ）应力，也可能产生（）应力，也可能产生（ ）应力。）应力。2）若一零件的应力循环特性若一零件的应力循环特性r=+0.5，应力幅

17、，应力幅a=70N/mm2，则，则m=（ ）, min =（ ）max =（ ）。 3) 在任一给定循环特性的条件下，表示应力循在任一给定循环特性的条件下，表示应力循环次数环次数N与疲劳极限与疲劳极限 的关系的曲线称为的关系的曲线称为（ ），其高周疲劳阶段的方程为（），其高周疲劳阶段的方程为（ ）。4 材料的疲劳特性可用（材料的疲劳特性可用（ ）、（）、（ ）和（）和（ ）来描述。来描述。 rNs1.4、典型题解析、典型题解析第一讲：机械设计总论第一讲：机械设计总论3、选择题、选择题1）零件受变零件受变载荷作用时，在其内部（载荷作用时，在其内部（ ），），零件受变零件受变载荷作用时，则在其内部

18、（载荷作用时，则在其内部（ ）。）。 A、只会产生静应力，、只会产生静应力，B、只会产生变应力、只会产生变应力 C、可能、可能产生静应力也可能产生变应力产生静应力也可能产生变应力2) 零件的工作安全系数为（零件的工作安全系数为（ ） 。 A、零件的极限应力比许用应力、零件的极限应力比许用应力 B、零件的工作应力比许用应力、零件的工作应力比许用应力 C、零件的极限应力比零件的工作应力零件的极限应力比零件的工作应力 D、零件的工作应力比零件的极限应力、零件的工作应力比零件的极限应力4、图示、图示40钢的极限应力线图。已知用此材料钢的极限应力线图。已知用此材料制成的转动心轴，工作时危险截面最大弯制成

19、的转动心轴，工作时危险截面最大弯曲应力曲应力b b=110N/mm=110N/mm，综合影响系数，综合影响系数K K=1.5=1.5，求轴的计算安全系数，求轴的计算安全系数1.4、典型题解析、典型题解析第一讲：机械设计总论第一讲：机械设计总论5、在图示零件极限应力图上，工作点、在图示零件极限应力图上，工作点C和和D为斜齿轮轴上两种应力工作点。试在图中为斜齿轮轴上两种应力工作点。试在图中标出对应的极限应力点，并说明分别会出标出对应的极限应力点，并说明分别会出现什么形式的破坏？现什么形式的破坏？1.4、典型题解析、典型题解析第一讲：机械设计总论第一讲：机械设计总论不同应力变化时极限应力的确定不同应

20、力变化时极限应力的确定不同应力变化规律时疲劳安全不同应力变化规律时疲劳安全区域塑性安全区的划分区域塑性安全区的划分四、机械零件的疲劳强度计算在不对称循环时，是试件与零件极限应力幅的比值。1s材料对称循环弯曲疲劳极限e1s零件对称循环弯曲疲劳极限sssKe11零件的对称循环弯曲疲劳极限为: 1、零件的极限应力线图eK11sss如设弯曲疲劳极限的综合影响系数 ，且 机械零件的疲劳强度计算1 机械零件的疲劳强度计算22、单向稳定变应力时的疲劳强度计算工作应力点:M N。机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种： 应力比为常数：r=C (如大多数转轴中的应力状态)详细分析平均应力为常数m=C (如震动着的受载弹簧中的应力状态) 最小应力为常数min=C （如今螺栓联接中螺栓受轴向变载荷时的 应力状态）机械零件的疲劳强度计算33、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算用统计方