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一级 摆线 齿轮 减速器 设计 掘进机

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内容简介：

故障的分析、尺寸的决定以及凸轮的分析和应用凸轮是被应用的最广泛的机械结构之一。凸轮是一种仅仅有两个组件构成的设备。主动件本身就是凸轮，而输出件被称为从动件。通过使用凸轮，一个简单的输入动作可以被修改成几乎可以想像得到的任何输出运动。常见的一些关于凸轮应用的例子有：凸轮轴和汽车发动机工程的装配专用机床自动电唱机印刷机自动的洗衣机自动的洗碗机高速凸轮(凸轮超过1000 rpm的速度)的轮廓必须从数学意义上来定义。无论如何，大多数凸轮以低速(少于500 rpm)运行而中速的凸轮可以通过一个大比例的图形表示出来。一般说来，凸轮的速度和输出负载越大，凸轮的轮廓在被床上被加工时就一定要更加精密。材料的设计属性当他们与抗拉的试验有关时，材料的下列设计特性被定义如下。静强度：一个零件的强度是指零件在不会失去它被要求的能力的前提下能够承受的最大应力。因此静强度可以被认为是大约等于比例极限，从理论上来说，我们可以认为在这种情况下，材料没有发生塑性变形和物理破坏。刚度：刚度是指材料抵抗变形的一种属性。这条斜的模数线以及弹性模数是一种衡量材料的刚度的一种方法。弹性：弹性是指零件能够吸收能量但并没有发生永久变形的一种材料的属性。吸收的能量的多少可以通过下面弹性区域内的应力图表来描述出来。韧性：韧性和弹性是两种相似的特性。无论如何，韧性是一种可以吸收能量并且不会发生破裂的能力。因此可以通过应力图里面的总面积来描述韧性，就像用图2.8 b 描绘的那样。显而易见，脆性材料的韧性和弹性非常低，并且大约相等。脆性：一种脆性的材料就是指在任何可以被看出来的塑性变形之前就发生破裂的材料。脆性的材料一般被认为不适合用来做机床的零部件，因为当遇到由轴肩，孔，槽，或者键槽等几何应力集中源引起的高的应力时，脆性材料是无法来产生局部屈服的现象以适应高的应力环境的。延展性：一种延展性材料会在破裂之前表现出很大程度上的塑性变形现象。延展性是通过可延展的零件在发生破裂前后的面积和长度的百分比来测量的。一个在发生破裂的零件，其伸长量如果为5%，则认为该伸长量就是可延展性和脆性材料分界线。可锻性：可锻性从根本上来说是指材料的一种在承受挤压或压缩是可以发生塑性变形的能力，同时，它也是一种在金属被滚压成钢板时所需金属的重要性能。硬度：一种材料的硬度是指它抵抗挤压或者拉伸它的能力。一般说来，材料越硬，它的脆性也越大，因此，弹性越小。同样，一种材料的极限强度粗略与它的硬度成正比。机械加工性能（或切削性）：机械加工性能是指材料的一种容易被加工的性能。通常，材料越硬，越难以加工。压应力和剪应力除抗拉的试验之外，还有其它一些可以提供有用信息的静载荷的实验类型。压缩测试：大多数可延展材料大约有相同特性，当它们处于受压状态的紧张状态时。极限强度，无论如何，不能够被用于评价压力状态。当一件具有可延展性的样品受压发生塑性变形时，材料的其它部分会凸出来，但是在这种紧张的状态下，材料通常不会发生物理上的破裂。因此，一种可延展的材料通常是由于变形受压而损坏的，并不是压力的原因。剪应力测试：轴，螺钉，铆钉和焊接件被用这样一种方式定位以致于生产了剪应力。一张抗拉试验的试验图纸就可以说明问题。当压力大到可以使材料发生永久变形或发生破坏时，这时的压力就被定义为极限剪切强度。极限剪切强度，无论如何，不等于处于紧张状态的极限强度。例如，以钢的材料为例，最后的剪切强度是处于紧张状态大约极限强度的75%。当在机器零部件里遇到剪应力时，这个差别就一定要考虑到了。动力载荷不会在各种不同的形式的力之间不停发生变化的作用力被叫作静载荷或者稳定载荷。此外，我们通常也把很少发生变化的作用力叫作静载荷。在拉伸实验中，被分次、逐渐的加载的作用力也被叫作静载荷。另一方面，在大小和方向上经常发生变化的力则被称为动载荷。动载荷可以被再细分为以下的3种类型。变载荷：所谓变载荷，就是说载荷的大小在变，但是方向不变的载荷。比如说，变载荷会产生忽大忽小的张应力，但不会产生压应力。周期性载荷：像这样的话，如果大小和方向同时改变，则就是说这种载荷会反复周期性的产生变化的拉应力和压应力，这种现象往往就伴随着应力在方向和大小上的周期性变化。冲击载荷：这类载荷是由于冲击作用产生的。一个例子就是一台升降机坠落到位于通道底部的一套弹簧装置上，这套装置产生的力会比升降机本身的重量大上好几倍。当汽车的一个轮胎碰撞到道路上的一个突起或者路上的一个洞时，相同的冲击荷载的类型也会在汽车的减震器弹簧上发生。疲劳失效疲劳极限线图正如图2.10a所示，如果材料的某处经常会产生大量的周期性作用力，那么在材料的表面就很可能会出现裂缝。裂缝最初是在应力超过它极限压力的地方开始出现的，而通常这往往是有微小的表面缺陷的地方，例如有一处材料出现瑕疵或者一道极小的划痕。当循环的次数增加时，最初的裂缝开始在轴的周围的逐渐产生许多类似的裂缝。所以说，第一道裂缝的意义就是指应力集中的地方，它会加速其它裂缝的产生。一旦整个的外围斗出现了裂缝，裂缝就会开始向轴的中心转移。最后，当剩下的固体的内部地区变得足够小，且当压力超过极限强度时，轴就会突然发生断裂。对断面的检查可以发现一种非常有趣的图案，如图2.13中所示。外部的一个环形部分相对光滑一些，因为原来表面上相互交错的裂缝之间不断地发生磨擦导致了这种现象的产生。无论如何，中心部分是粗糙的，表明中心是突然发生了断裂，类似于脆性材料断裂时的现象。这就表明了一个有趣的事实。当正在使用的机器零件由于静载荷的原因出现问题时，由于材料具有的延展性，他们通常会发生一定程度的变形。尽管许多地由于静压力导致的零件故障可以通过频繁的做实际的观察并且替换全部发生变形的零件来避免。不管怎样，疲劳失效有助于起到警告的作用。汽车中发生故障的零件中的90%的原因都是因为疲劳的作用。一种材料的疲劳强度是指在压力的反复作用下的抵抗产生裂缝的能力。持久极限是用来评价一种材料的疲劳强度的一个重要参数。进一步说明就是，持久极限就是指在无限循环的作用力下不引起失效的压力值。让我们回头来看在图2.9 所示的疲劳试验机器的。试验是这样被进行的：一件小的重物被插入，电动机被启动。在试样的失效过程中，由计算寄存器记录下循环的次数N，并且弯曲压力的相应最大量由第2.5 方程式计算。然后用一个新的样品替换掉被毁坏的样品，并且将另一个重物插入以增加负荷量。压力的新的数值再次被计算，并且相同的程序再次被重复进行，直到零件的失效只需要一个完整周期时为止。然后根据压力值和所需的循环的次数来绘制一个图。正如图表2.14a所示图形，该图被称为持久极限曲线或者S-N 曲线。由于这需要的前提是要进行无限次的循环，所以我们可以以100万个循环用来作循环参考单位。因此，持久极限可以从图表2.14a那里看到，该材料是在承受了100万个循环后而没有发生失效的。用图2.14 描绘的关系对于钢的材料来说更为典型，因为当N 接近非常大的数字时，曲线就会变得水平。因此持久极限等于曲线接近一条水平的切线时的压力水平。由于包含了大量的循环，在绘图时，N通常会被按照对数标度来画，如图2.14 b中所示。当采用这样的方法做时，水平的直线就可以更容易发现材料的持久极限值。对于钢的材料来说，持久极限值大约等于极限强度的50%。无论如何，已经加工完成的表面如果不是一样的光滑，持久极限的值就会被降低。例如，对于钢材料的零件来说，63 微英寸（ in ）的机械加工的表面，零件的持久极限占理论的持久极限的百分比降低到了大约40%。而对于粗糙的表面来说 （300in，甚至更多），百分比可能降低到25%左右的水平。最常见的疲劳损坏的类型通常是由于弯曲应力所引起的。其次就是扭应力导致的失效，而由于轴向负载引起的疲劳失效却极少发生。弹性材料通常使用从零到最大值之间变化的剪应力值来做实验，以此来模拟材料实际的受力方式。就一些有色金属而论，当循环的次数变得非常大时，疲劳曲线不会随着循环次数的增大而变得水平。，而疲劳曲线的继续变小，表明不管作用力有多么的小，多次的应力反复作用都会引起零件的失效。这样的一种材料据说没有持久极限。对于大多数有色金属来说，它们都有一个持久极限，数值大小大约是极限强度的25%。温度对屈服强度和弹性模数的影响一般说来，当在说明一种拥有特殊的属性的材料时，如弹性模数和屈服强度，表示这些性能在室温环境下就可以存在。在低的或者较高的温度下，材料的特性可能会有很大的不同。例如，很多金属在低温时会变得更脆。此外，当温度升高时，材料的