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1、機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì) 主講人：項(xiàng)忠霞 聯(lián)系電話：27401009 E-mail：,,,主要內(nèi)容,,參 考 書 1、機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)第1版 張策主編，2004 2、機(jī)械設(shè)計(jì)（機(jī)械零件）類教材 答疑時(shí)間 課前、課后、實(shí)習(xí)中心模型室（根據(jù)需要安排） 交作業(yè)時(shí)間 每周五 考試成績(jī)分配 平時(shí)10；實(shí)驗(yàn)10；期末80 考試時(shí)間 第15周周五,注意事項(xiàng),,本課程所涉及的先修課程,工程材料：非金屬材料、金屬材料及熱處理,工程制圖：設(shè)計(jì)的圖形表達(dá),機(jī)械制造基礎(chǔ)：冷加工工藝，熱加工工藝,互換性與技術(shù)測(cè)量：解決精度設(shè)計(jì)問(wèn)題,理論力學(xué)：解決力分析與動(dòng)力計(jì)
2、算,材料力學(xué)：解決強(qiáng)度分析問(wèn)題,機(jī)械原理：解決機(jī)械的方案設(shè)計(jì),,第十三章 機(jī)械零件設(shè)計(jì)基礎(chǔ),,13-1 機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則,一、機(jī)械零件的失效及其類型,失效,機(jī)械零件喪失了規(guī)定的功能或達(dá)不到 設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)。,,工作能力,在不發(fā)生失效的條件下，零件所能 安全工作的標(biāo)準(zhǔn)。,,計(jì)算準(zhǔn)則,針對(duì)各種不同的失效形式得到的判 定零件工作能力的條件。,,二、機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則, 強(qiáng)度準(zhǔn)則, 剛度準(zhǔn)則, 振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則, 可靠性準(zhǔn)則,確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過(guò)大的 塑性變形，是最基本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則， 分為靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度,確保零件不發(fā)生過(guò)大的彈性變形,高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)應(yīng)注重 此項(xiàng)準(zhǔn)則,當(dāng)計(jì)及隨機(jī)因素影響
3、時(shí)，仍應(yīng)確 保上述各項(xiàng)準(zhǔn)則,,,三、強(qiáng)度準(zhǔn)則,載荷在零件內(nèi)引起的應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)允許的限度，該限度 稱為許用應(yīng)力。,（一）靜強(qiáng)度,1、塑性材料零件的靜強(qiáng)度,1）簡(jiǎn)單應(yīng)力條件下,2）復(fù)合應(yīng)力條件下,極限應(yīng)力為屈服點(diǎn) 、,2、脆性材料零件的靜強(qiáng)度,1）簡(jiǎn)單應(yīng)力條件下,2）復(fù)合應(yīng)力條件下,極限應(yīng)力為強(qiáng)度極限 、,3、擠壓強(qiáng)度,,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,一、應(yīng)力的種類,,,,脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力,r =0,靜應(yīng)力: =常數(shù),變應(yīng)力: 隨時(shí)間變化,平均應(yīng)力:,應(yīng)力幅:,循環(huán)變應(yīng)力,變應(yīng)力的循環(huán)特性:,對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力,r =-1,脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力,對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力,靜應(yīng)力,,,
4、,min,,r =+1,靜應(yīng)力是變應(yīng)力的特例,（二）疲勞強(qiáng)度,,潘存云教授研制,變應(yīng)力下，零件的損壞形式是疲勞斷裂。, 疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限 低，甚至比屈服極限低, 疲勞斷口均表現(xiàn)為無(wú)明顯塑性變形的脆性突然斷裂, 疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結(jié)果,不管脆性材料或塑性材料，,,,,,零件表層產(chǎn)生微小裂紋,疲勞斷裂過(guò)程：,隨著循環(huán)次數(shù)增加，微裂 紋逐漸擴(kuò)展,,,,,,當(dāng)剩余材料不足以承受載 荷時(shí)，突然脆性斷裂,疲勞斷裂是與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(即使用壽命)有關(guān)的斷裂。,疲勞斷裂具有以下特征：, 斷裂面累積損傷處表面光滑，而折斷區(qū)表面粗糙,表面光滑,表面粗糙,,潘存云教授
5、研制,潘存云教授研制,二、 s N疲勞曲線,用參數(shù)max表征材料的疲勞極限，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可得出如圖所示的疲勞曲線。稱為：,,s N疲勞曲線,在原點(diǎn)處，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為N=1/4，意味著在加載到最大值時(shí)材料被拉斷。顯然該值為強(qiáng)度極限B 。,,在AB段，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)<103 max變化很小，可以近似看作為靜應(yīng)力強(qiáng)度。,BC段，N=103104，隨著N max ,疲勞現(xiàn)象明顯。,因N較小，特稱為,低周疲勞。,,潘存云教授研制,由于ND很大，所以在作疲勞試驗(yàn)時(shí)，常規(guī)定一個(gè)循環(huán)次數(shù)N0(稱為循環(huán)基數(shù))，N0與材質(zhì)有關(guān)。r稱為循環(huán)特性r下的疲勞極限。,max,N,,D點(diǎn)以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著
6、無(wú)限壽命區(qū)。式中m稱為壽命指數(shù)，其值與受載方式和材質(zhì)有關(guān)。,實(shí)踐證明，機(jī)械零件的疲勞大多發(fā)生在CD段。,該段可用下式方程描述,,104,103,,疲勞極限曲線,,壽命因子,,材料的疲勞極限曲線也可用特定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N下，極限應(yīng)力幅與平均應(yīng)力之間的關(guān)系曲線來(lái)表示，特稱為等壽命曲線。,,,,簡(jiǎn)化曲線之一,簡(jiǎn)化曲線之二,三、等壽命疲勞曲線,實(shí)際應(yīng)用時(shí)常有兩種簡(jiǎn)化方法。,,潘存云教授研制,,簡(jiǎn)化等壽命曲線（極限應(yīng)力線圖）：,已知A(0，-1) D (0 /2，0 /2)兩點(diǎn)坐標(biāo)，求得A直線的方程為,A直線上任意點(diǎn)代表了一定循環(huán)特性時(shí)的疲勞極限。,對(duì)稱循環(huán) m=0,脈動(dòng)循環(huán) m=a =0 /2,說(shuō)
7、明C直 線上任意點(diǎn)的最大應(yīng)力達(dá)到了屈服極限應(yīng)力。,C直線上任意點(diǎn)N 的坐標(biāo)為（m ，a ）,由三角形中兩條直角邊相等可求得 C直線的方程為,,,潘存云教授研制,,O,而正好落在AGC折線上時(shí)，表示應(yīng)力狀況達(dá)到疲勞破壞的極限值。,對(duì)于碳鋼，y0.10.2，對(duì)于合金鋼，y0.20.3。,公式 中的參數(shù)y為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時(shí)的材料常數(shù)，其值由下式?jīng)Q定,當(dāng)應(yīng)力點(diǎn)落在OAGC以外時(shí)，一定會(huì)發(fā)生疲勞破壞。,當(dāng)循環(huán)應(yīng)力參數(shù)（ m，a ）落在OAGC以內(nèi)時(shí)，表示不會(huì)發(fā)生疲勞破壞。,（1）受單向恒幅循環(huán)應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度,疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的極限應(yīng)力與零件工作應(yīng)力可能的增長(zhǎng)方式有關(guān),1）,,,,2）
8、,3）,4）許用安全系數(shù),,（2）受復(fù)合恒幅循環(huán)應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度,（3）受變幅循環(huán)應(yīng)力時(shí)零件的疲勞強(qiáng)度,三、剛度準(zhǔn)則,機(jī)器零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力稱為剛度。,四、穩(wěn)定性準(zhǔn)則,零件在其平衡位置附近作往復(fù)運(yùn)動(dòng)稱為機(jī)械振動(dòng)。,或,五、耐熱性準(zhǔn)則,六、可靠性準(zhǔn)則,,,串聯(lián),并聯(lián),13-2 摩擦學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ),一、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和主要內(nèi)容,二、摩擦學(xué)失效,三、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ),（一）摩擦狀態(tài)（潤(rùn)滑狀態(tài)）,,,,干 摩 擦,邊 界 摩 擦,流 體 摩 擦,,混 合 摩 擦,（二）摩擦力,1、固體滑動(dòng)摩擦的摩擦力及其性質(zhì),（最大）靜摩擦力,動(dòng)摩擦力,2、固體滑動(dòng)摩擦摩擦力的計(jì)算,3、液體摩擦的摩擦
9、力,4、滾動(dòng)摩擦的摩擦力,局部靜摩擦力,,磨粒磨損,（三）磨損及其控制,1、磨合,2、磨損類型,疲勞磨損,粘附磨損,腐蝕磨損,,按磨損機(jī)理分,,,,,粘附磨損,磨粒磨損,,疲勞磨損,腐蝕磨損,,按磨損機(jī)理分,,,（四）潤(rùn)滑與潤(rùn)滑設(shè)計(jì),1、無(wú)潤(rùn)滑,2、固體潤(rùn)滑,3、流體潤(rùn)滑,（五）潤(rùn)滑劑及其特性,1、潤(rùn)滑劑的基本類型,分類,液體潤(rùn)滑劑,半固體潤(rùn)滑劑,固體潤(rùn)滑劑,,氣體潤(rùn)滑劑,空氣,潤(rùn)滑油,潤(rùn)滑脂,,,,,石墨,2、潤(rùn)滑劑的使用性能,3、潤(rùn)滑油,1）粘度,,是選擇潤(rùn)滑油的主要依據(jù),2）粘度指數(shù),3）閃點(diǎn)與燃點(diǎn),4）酸值,5）傾點(diǎn),4、潤(rùn)滑脂,1）稠度,2）機(jī)械安定性,3）膠體安定性,4）滴點(diǎn),5）抗水性,6）極壓性,（六）潤(rùn)滑方法和潤(rùn)滑裝置,,針閥式油杯,旋蓋式油杯,壓注式油杯,芯捻油杯,,,,,,油杯,,,,,,,,,,,,油環(huán),13-3 機(jī)械零件材料選用原則,13-4 機(jī)械零部件的標(biāo)準(zhǔn)化,
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