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西工大机械设计课件完整版.ppt

西工大机械设计课件完整版

18*******82@sina.cn
2014-02-26 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《西工大机械设计课件完整版ppt》,可适用于工程科技领域

第一章机械及机械零件设计概要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)一、机械(机器)的组成我们以洗衣机为例来说明机械的组成: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: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。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)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。机械零件的设计大体要经过以下几个步骤:、载荷分析(受力分析):W、应力分析:、失效分析:断裂、材料的选择:#钢、Cr>s(手册查到)、确定计算准则:(依据防止断裂失效)、计算零件的主要尺寸:、结构设计l:(根据人体的情况操作情况)其他尺寸、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。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))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)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)轴系部分滑动轴承、滚动轴承、联轴器与离合器以及轴等)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)五、特点、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。、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》、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。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。考核平时作业质量、出席情况、实验数目占期末考试占要求课内:课外用时是:。七、水平)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)树立正确的设计思想了解国家当前的有关技术经济政策)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)掌握典型机械零件的实验方法获得实验技术的基本训练)对机械设计的新发展有所了解。、机器的基本组成要素是什么?、什么是通用零件?什么是专用零件?试各举三个实例?、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?、机械零件有哪些主要的失效形式?、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?、机械零件设计的一般步骤有哪些?第一章结束习题第二章机械零件的疲劳强度计算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)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a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)图变应力的分类b)若变化幅度也是按一定规律周期性变化如图b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c所示。二、变应力参数图给出了一般情况下稳定循环变应力谱的应力变化规律。图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它们之间的关系为规定:、a总为正值、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r。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。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在与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。例已知:max=Nmmr=-求:min、a、m。解:例已知:a=Nmmm=-Nmm求:max、min、r、绘图。解:例已知:A截面产生max=-Nmmmin=Nmm求:a、mr。解:例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:静压力第二章机械零件的疲劳强度计算(习题)第二章机械零件的疲劳强度计算(习题)一、选择题、机械设计课程研究的内容只限于。()专用零件和部件()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()在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件()标准化的零件和部件。、下列四种叙述中是正确的。()变应力只能由变载荷产生()静载荷不能产生变应力()变应力是由静载荷产生()变应力是由变载荷产生也可能由静载荷产生。、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。()()()()。、发动机连杆横截面上的应力变化规律如题图所示则其应力幅a和平均应力m分别为。()a=-Mpam=Mpa()a=Mpam=Mpa()a=Mpam=-Mpa()a=-Mpam=-Mpa。、变应力特性max、min、m、a及r等五个参数中的任意来描述。()一个()两个()三个()四个。、机械零件的强度条件可以写成。()或()或()或()或、一直径d=mm的等截面直杆杆长为mm受静拉力F=kN杆材料的屈服点s=Mpa取许用安全系数S=则该杆的强度。()不足()刚好满足要求()足够。、在进行疲劳强度计算时其极限应力应为材料的。()屈服点()疲劳极限()强度极限:()弹性极限。二、分析与思考题、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?静应力r静=+脉动循环r脉=对称循环变应力r=。解:、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=b)非对称(或稳定)循环变应力<r<c)脉动循环r=d)对称循环r=-。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。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N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-(或r)。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-工作应力总循环次数可大于N零件将永远不会产生破坏。在有限寿命区的疲劳曲线上N<N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N=~对合金钢及有色金属循环基数N=或(×)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:-Nr=时有限寿命疲劳极限应力N与s-N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)。s-r=时持久疲劳极限应力N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s-N则为:利用上式可求得不同循环次数N时的疲劳极限值-NkN称为寿命系数。例题:某零件采用塑性材料s-=Nmm(N=m=)当工作应力smax=(或)Nmmr=-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。()N=N()N=解:当时:将会失效。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s-及s把这两个极限应力标在smsa坐标上(图)。由于对称循环变应力的平均应力sm=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=s所以脉动循环疲劳极限以由原点所作射线上的D点来表示。连接A、D得直线AD。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AD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C成夹角交AD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AGC。材料中发生的应力如处于OAGC区域以内则表示不发生破坏直线AG的方程由已知两点坐标A(s-)及D(ss)求得为(疲劳区):令试件的材料特性(等效系数、折算系数)直线GC方程为(静强度区):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。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: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)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:、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:因此在图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M(或N)得到M(或N)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AG两直线的方程式可以求出M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: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N位于直线CG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。、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。在图中通过M(或N)点作纵轴的平行线MM(或NN)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。、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。因此在图中通过M(或N)点作与横坐标轴夹角为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。六、影响疲劳强度的因素、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、、)。、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、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、以上三个系数都是对极限应力有所削弱的。、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。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。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)实验、试件d=mm光杆。试件:零件:例:一铬镍合金钢=Nmms=Nmm。试绘制此材料试件的简化的ma极限应力图。解:按合金钢=~取=由式(a)得:如图所示取D点坐标为(=,=)A点坐标为(,=)。过C点(s=,)与横坐标成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。例:在图的极限应力图中求r=时的a和m值。从而得又由式(a):得联立以上两式解得:即图上M点。解:由式()得:作业:、、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。七、不稳定变应力的强度计算.应力谱图为一不稳定变应力的示意图。变应力(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n次作用了n次……等等。、疲劳损伤累积假说曼耐尔(Miner’srule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。把图中所示的应力图放在材料的N坐标上如图所示。根据N曲线可以找出仅有作用时使材料发生疲劳破坏的应力循环次数N。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每循环一次对材料的损伤率即为N而循环了n次的对材料的损伤率即为nN。如此类推循环n次的对材料的损伤率为nN……。因为当损伤率达到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。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而小于(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(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。.疲劳强度计算不稳定应力寻找相当应力稳定应力。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: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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:例题:号钢经过调质后的性能为:=Mpam=N=×。现以此材料作试件进行试验以对称循环变应力=Mpa作用次=Mpa作用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=Mpa作用于试件还能再循环多少次才会使试件破坏?解:根据式():根据式()试件的安全系数计算值为:又根据式():若要使试件破坏则由式()得:即该试件在=Mpa的对称循环变应力的作用下估计尚可再承受×次应力循环。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: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()变形为: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。总结总结、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。、疲劳强度和哪些因素有关=f(NrK材料形式)疲劳强度比静强度复杂得多。.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.强度计算式变应力稳定不稳定简单复合对称非对称例题:一零件采用塑性材料=Mpa(N=m=)K=)当作用一工作应力n=×(N=×)后又作用一工作应力=Mpa试求其工作寿命n=)当作用=Mpan=×后若使n=则工作应力=)若工作应力=Mpan=×=Mpan=×求:S(安全系数)。解:)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。))第二章机械零件的疲劳强度设计(习题续)第二章机械零件的疲劳强度设计(习题续)一、选择题.钢的持久疲劳极限=Mpa设疲劳曲线方程的幂指数m=应力循环基数N=×次当实际应力循环次数N=次时有限寿命疲劳极限为Mpa。()()()().零件表面经淬火、渗氮、喷丸、滚子碾压等处理后其疲劳强度。()增高()降低()不变()增高或降低视处理方法而定.影响零件疲劳强度的综合影响系数K与等因素有关。()零件的应力集中、加工方法、过载()零件的应力循环特性、应力集中、加载状态()零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中()零件的材料、热处理方法、绝对尺寸。.绘制设计零件的ma极限应力简图时所必须的已知数据是。()sk()sK()sK()K.在图示设计零件的ma极限应力简图中如工作应力点M所在的N线与横轴间夹角=则该零件受的是。()不变号的不对称循环变应力()变号的不对称循环变应力()脉动循环变应力()对称循环变应力.在题图所示零件的极限应力简图中如工作应力点M所在的N线与横轴之间的夹角=时则该零件受的是。()脉动循环变应力()对称循环变应力()变号的不对称循环变应力()不变号的不对称循环变应力.已知一零件的最大工作应力max=Mpa最小工作应力min=Mpa。则在图示的极限应力简图中该应力点M与原点的连线M与横轴间的夹角为。()()()().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。()M()M()M()M.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。()M()M()M()M.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。()M()M()M()M.零件的材料为钢b=Mpas=Mpa=Mpa=零件的疲劳强度综合影响系数K=。则在图示的零件极限应力简图中角为。()()()().在题图所示零件的极限应力简图中如工作应力点M所在的N线与横轴间夹角=则该零件受的是。()脉动循环变应力()对称循环变应力()变号的不对称循环变应力()不变号的不对称循环变应力.一零件由Cr制成已知材料的b=Mpas=Mpa=Mpa=。零件的最大工作应力max=Mpa最小工作应力min=Mpa疲劳强度综合影响系数K=。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。()()()().若材料疲劳曲线方程的幂指数m=则以对称循环应力=Mpa作用于零件n=次以后它所造成的疲劳损伤相当于应力=Mpa作用于零件。()×()×()×()×.若材料疲劳曲线方程的幂指数m=则以对称循环应力=Mpa作用于零件n=次所造成的疲劳损伤相当于=Mpa作用于零件n=次所造成的疲劳损伤。()()()().钢经调质后的疲劳极限=Mpa应力循环基数N=×次疲劳曲线方程的幂指数m=若用此材料做成的试件进行试验以对称循环应力=Mpa作用次=Mpa作用×次。则工作安全系数为。()()()().钢经调质后的疲劳极限=Mpa应力循环基数N=×次疲劳曲线方程的幂指数m=若用此材料做成的试件进行试验以对称循环应力=Mpa作用次=Mpa作用×次再以=Mpa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。()×()×()×()×第三章摩擦、磨损及润滑理论第三章摩擦、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。二、摩擦的种类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mRa两表面的综合粗糙度mRa、Ra分别为两表面的轮廓算术平均偏差m当<时为边界摩擦当时为混合摩擦当>~后则为液体摩擦。三、牛顿流体定律如图所示在两个平行的平板间充满具有一定粘度的润滑油若平板A以速度V移动另一平板B静止不动则由于油分子与平板表面的吸附作用将使贴近板A的油层以同样的速度V随板移动而贴近板B的油层则静止不动。由于层与层之间速度不同于是形成各油层间的相对滑移在各层的界面上就存在有相应的剪应力。牛顿在年提出一个粘性液的摩擦定律(简称粘性定律)即在流体中任意点处的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:流体单位面积上的剪切阻力即剪应力dvdy流体沿垂直于运动方向(即沿图中y轴方向或流体膜厚度方向)的速度梯度式中的“-”号表示v随y的增大而减小比例常数即流体的动力粘度。摩擦学中把凡是服从这个粘性定律的液体都叫牛顿液体。四、液体动压润滑的条件(楔形承载机理)()两个运动的表面要有楔形间隙()被油膜分开的两表面有一定相对滑动速度且大口向小口()润滑油必须有一定的粘度。()有足够充足的供油量。流体动压润滑是依靠摩擦副的两滑动表面作相对运动时把油带入两表面之间形成具有足够压力的油膜从而将两表面隔开。然而动压油膜的形成必须满足一定的条件。为此首先讨论图中相对运动的平板完全被一层油膜分开的情形。设板A沿x轴方向以速度V移动另一板B为静止。现从层流运动的油膜中取一微单元体进行分析。由图可见作用在此微单元体右面和左面的压力分别为p及(ppxdx)作用在单元体上、下两面的剪切力分别为及(ydy)。根据x方向的平衡条件得:整理后得:该式为一维雷诺方程的一般表达式。根据上面分析可知相对滑动的两平板间形成的压力油膜能够承受外载荷的基本条件是:a)相对运动表面间必须形成油楔由上式可见若两平板平行时任何截面处的油膜厚度h=h亦即px=这表示油压沿x轴方向无变化。如果不提供压力油的话则油膜对外载荷无承载能力。若各油层的速度分布规律如图b中的虚线所示那么进入间隙的油量必然大于流出间隙的油量。则进入此楔形空间的过剩油量必将由进口a及出口c两处截面被挤出即产生一种因压力而引起的流动。结果便形成如图中实线所示的速度分布规律。在ab(h>h)段px>即压力沿x方向逐渐增大而在bc(h<h)段即px<这表明压力沿x方向逐渐降低。在a和c之间必有一处(b点)的油流速度变化规律不变即px=因而压力p达到最大值。由于油膜沿着x方向各处的油压都大于入口和出口的油压且压力形成如图b上部曲线所示的分布因而能承受一定的外载荷。b)被油膜分开的两表面必须有一定的相对滑动速度由式()可知若将速度V降低则px亦将降低此时油膜各点的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)润滑油必须有一定的粘性。d)有足够充足的供油量。习题:第三章摩擦、磨损及润滑理论一、选择题现在把研究有关摩擦、磨损与润滑的科学与技术统称为。()摩擦理论()磨损理论()润滑理论()摩擦学两相对滑动的接触表面依靠吸附的油膜进行润滑的摩擦状态称为。()液体摩擦()干摩擦()混合摩擦()边界摩擦两摩擦表面间的膜厚比=~时其摩擦状态为两摩擦表面间的膜厚比<时其摩擦状态为两摩擦表面间的膜厚比>~时其摩擦状态为。()液体摩擦()干摩擦()混合摩擦()边界摩擦采用含有油性和极压添加剂的润滑剂主要是为了减小。()粘着磨损()表面疲劳磨损()磨粒磨损()腐蚀磨损通过大量试验得出的摩擦副的磨损过程图(磨损量q与时间t的关系曲线)图中是正确的。根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的切应力与偏导数vy之间的关系是。()()()()动力粘度的国际单位制(SI)单位为。()泊(p)()厘斯(cst)()恩氏度(E)()帕秒(Pas)运动粘度是动力粘度与同温下润滑油的比值。()密度()质量m()相对密度d()速度v运动粘度的国际单位制(SI)单位为。()ms()厘斯(cst)()厘泊(cp)()帕秒(Pas)当压力加大时润滑油的粘度。()随之加大()保持不变()随之减小()增大还是减小或不变视润滑油性质而定当温度升高时润滑油的粘度。()随之升高()随之降低()保持不变()升高或降低视润滑油性质而定二、分析题、何谓摩擦、磨损和润滑?它们之间的相互关系如何?、按摩擦面间的润滑状况滑动摩擦可分哪几种?、按照磨损机理分磨损有哪几种基本类型?它们各有什么主要特点?如何防止或减轻这些类型的磨损发生?、获得流体动压润滑的必要条件是什么?、润滑剂的作用是什么?常用润滑剂有哪几种?第四章螺纹零件第四章螺纹零件一、概述、作用联接:起联接作用的螺纹传动:起传动作用的螺纹外螺纹内螺纹圆柱圆锥母体、螺纹的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、螺纹的种类牙型形状:右旋多数用右旋左旋旋向单线螺纹:沿一根螺旋线形成的螺纹双线螺纹:沿二根螺旋线形成的螺纹多线螺纹:沿三根以上螺旋线形成的螺纹线数常用螺纹的类型见表P。常用的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:我国多采用米制螺纹英制(管螺纹)标准制、主要尺寸、参数(看图P图a))外径d螺纹的最大直径在标准中定为公称直径)内径d螺纹的最小直径在强度计算中常作为螺杆危险截面的计算直径)中径d近似等于螺纹的平均直径)螺距t相邻两牙中径线上对应轴线间的距离)导程S同一条螺旋线相邻两牙的轴向距离单线:S=t双线:S=t多线:S=ntn头数右旋)升角:螺旋线与水平线夹角)牙型角牙型斜角)牙的工作高度h二、各种螺纹的特点、应用自锁条件:升角<v(摩擦角)牙型斜角越小越不容易加工。综合摩擦系数:牙型斜角大cos小f大v大用于联接、、很少用联接v矩形、梯形传动丝杠三、螺纹联接、类型表图螺杆与孔之间有一定的间隙普通螺栓联接表图螺杆与孔之间无间隙有配合铰制孔螺栓联接表图这种联接适用于结构上不能采用螺栓联接的场合例如被联接件之一太厚不宜制成通孔且需要经常拆装时往往采用双头螺柱联接表图这种联接在结构上比双头螺柱联接简单、紧凑。其用途和双头螺柱联接相似但如经常拆装时易使螺纹孔磨损故多用于受力不大或不需要经常拆装的场合。把轴上零件与轴联接在一起联接强度不大时:表图拧紧后与轴紧贴则与轴表面有摩擦力联接力不大表图在轴上挖一凹槽头部有顶尖比第一个联接力要大些不会转动也不会轴向移动。图将机架固定在地基上坑里放石子、水泥等干后对好孔拧紧后就固定住了。、装配形式普通螺栓联接孔>轴松配(受拉应力)铰制孔螺栓联接孔=轴紧配(受剪应力)从受力来分析图地脚螺栓联接书P、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。例如起重吊钩等P、螺纹零件精度等级A、B、C:A级精度最高通常用C级材料热处理尺寸系列化标准化M×(三角、中径、长度)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的目的在于增强联接的可靠性和紧密性。预紧力的大小是通过拧紧力矩来控制的。因此应从理论上找出预紧力和拧紧力矩之间的关系。如图所示由于拧紧力矩T(T=FL)的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等于螺旋副间的摩擦阻力矩T和螺母环形端面和被联接件(或垫圈)支撑面间的摩擦阻力矩T之和即:其中:kt拧紧系数~Qp预紧力d螺栓的公称直径对于一定公称直径d的螺栓当所要求的预紧力Qp已知时即可按上式确定扳手的拧紧力矩T。控制预紧力的方法很多有以下几种方法:、根据经验、伸长、圈数来判断拧紧力的大小、用测力矩扳手、定力矩扳手五、设计螺栓的方法成组使用应力均匀分布。螺栓组受力分析求Fmax单个螺栓的受力分析求Q、受力分析、应力分析、失效分析、材料选择、计算准则、主要参数计算:d查标准螺栓、螺母、垫片、结构设计l(螺杆长度)根据被联接件的厚度习题:第四章螺纹零件一、选择题、在常用的螺旋传动中传动效率最高的螺纹是。()三角形螺纹()梯形螺纹()锯齿形螺纹()矩形螺纹、在常用的螺纹联接中自锁性最好的螺纹是。()三角形螺纹()梯形螺纹()锯齿形螺纹()矩形螺纹、当两个被联接件不太厚时宜采用。()双头螺柱联接()螺栓联接()螺钉联接()紧定螺钉联接、当两个被联接件之一太厚不宜制成通孔且需要经常拆装时往往采用。()螺栓联接()螺钉联接()双头螺柱联接()紧定螺钉联接、当两个被联接件之一太厚不宜制成通孔且联接不需要经常拆装时往往采用。()螺栓联接()螺钉联接()双头螺柱联接()紧定螺钉联接、在拧紧螺栓联接时控制拧紧力矩有很多方法例如。()增加拧紧力()增加扳手力臂()使用测力矩扳手或定力矩扳手、螺纹联接预紧的目的之一是。()增强联接的可靠性和紧密性()增加被联接件的刚性()减小螺栓的刚性、有一汽缸盖螺栓联接若汽缸内气体压力在~Mpa之间循环变化则螺栓中的应力变化规律为。()对称循环变应力()脉动循环变应力()非对称循环变应力()非稳定循环变应力六、螺栓组的受力分析绝大多数情况下螺栓都是成组使用的在这一组中螺栓规格完全一致。进行螺栓组受力分析的目的是:求出受力最大的螺栓及其所受的力。下面针对几种典型的受载情况分别加以讨论。、受轴向载荷的螺栓组联接图为一受轴向总载荷F的汽缸盖螺栓组联接。F的作用线与螺栓轴线平行根据螺栓的静力平衡及变形协调条件每个螺栓所受的轴向工作载荷为:Z螺栓个数、受横向载荷的螺栓组联接a)松配(普通螺栓联接)上图所示为一由螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接。横向载荷的作用线与螺栓轴线垂直当采用普通螺栓联接时靠联接预紧后在结合面间产生的摩擦力来抵抗横向载荷。对于普通螺栓联接应保证联接预紧后结合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷。假设各螺栓所需要的预紧力均为Qp螺栓数目为z则其平衡条件为(靠摩擦力与外载荷平衡):ks防滑系数~i结合面数B)紧配(铰制孔螺栓联接)当采用紧配螺栓联接时靠螺栓杆受剪切和挤压来抵抗横向载荷。因此每个螺栓所受的横向工作剪力为:z螺栓数目、受转矩的螺栓组联接A)松配当采用普通螺栓时靠联接预紧后在结合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。根据作用在底板上的力矩平衡的条件得:由上式可得各螺栓所需的预紧力为:式中:f结合面的摩擦系数ri第i个螺栓的轴线到螺栓组对称中心O的距离z螺栓数目ks防滑系数同前。b)紧配当采用紧配螺栓时在转矩T的作用下各螺栓受到剪切和挤压作用则各螺栓的剪切变形量与各该螺栓轴线到螺栓组对称中心O的距离成正比。即距螺栓组对称中心O越远螺栓的剪切变形量越大其所受的工作剪力也越大。如图所示用ri、rmax分别表示第i个螺栓和受力最大螺栓的轴线到螺栓组对称中心O的距离Fi、Fmax分别表示第i个螺栓和受力最大螺栓的工作剪力则得:上式可变形为:根据作用在底板上的力矩平衡的条件得:把代入联解以上两式可求得受力最大的螺栓的工作剪力为:、受倾覆力矩M在M的作用下轴线左边的螺栓将受到工作拉力F而轴线右边的螺栓的预紧力将减小。根据底板的静力平衡条件有:根据螺栓的变形协调条件得知各螺栓的工作拉力也与这个距离成正比于是有:各螺栓的工作拉力即可通过联立以上两式求出。在图中左边距底板翻转轴线最远的螺栓和的工作拉力最大为:一般来说其他型式的螺栓受力也可这样分析其中有些还是上述四种的特例或组合。总结螺栓组单个螺栓轴向轴向力松配:轴向力Qp紧配:横向力(假定每个螺栓所受力相同)松配:轴向力Qp紧配:横向力(单个螺栓所受力是不等的)(rmax)轴向力横向力横向转矩对于单个螺栓来讲只受两个方向的载荷倾覆力矩轴向力(rmax)翻转半径最大的地方例题平行均匀分布解:例题某钢制吊架用螺栓组固定在水平钢梁上螺栓组由四个普通螺栓组成。解:找中心线向中心简化向联接中心平移。有两种基本外载荷:轴向力和倾覆力矩在倾覆力矩作用下一边受拉另一边受力减小力臂最大处载荷最大。例题螺栓组联接的的三种方案如图示试问哪个方案较好?哪种螺栓布局更合理?解:()a)松配b)紧配()第二种方案半径为a()第三种半径为a最合理。同时由三个螺栓来承受转矩T每个螺栓F。F是有两个螺

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