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1、機械原理與機械設(shè)計 主講人：項忠霞 聯(lián)系電話：27401009 E-mail：,,,主要內(nèi)容,,參 考 書 1、機械原理與機械設(shè)計第1版 張策主編，2004 2、機械設(shè)計（機械零件）類教材 答疑時間 課前、課后、實習中心模型室（根據(jù)需要安排） 交作業(yè)時間 每周五 考試成績分配 平時10；實驗10；期末80 考試時間 第15周周五,注意事項,,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)計的圖形表達,機械制造基礎(chǔ)：冷加工工藝，熱加工工藝,互換性與技術(shù)測量：解決精度設(shè)計問題,理論力學：解決力分析與動力計
2、算,材料力學：解決強度分析問題,機械原理：解決機械的方案設(shè)計,,第十三章 機械零件設(shè)計基礎(chǔ),,13-1 機械零件的計算準則,一、機械零件的失效及其類型,失效,機械零件喪失了規(guī)定的功能或達不到 設(shè)計要求的標準。,,工作能力,在不發(fā)生失效的條件下，零件所能 安全工作的標準。,,計算準則,針對各種不同的失效形式得到的判 定零件工作能力的條件。,,二、機械零件的計算準則, 強度準則, 剛度準則, 振動穩(wěn)定性準則, 可靠性準則,確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的 塑性變形，是最基本的設(shè)計準則， 分為靜強度和疲勞強度,確保零件不發(fā)生過大的彈性變形,高速運轉(zhuǎn)機械的設(shè)計應(yīng)注重 此項準則,當計及隨機因素影響
3、時，仍應(yīng)確 保上述各項準則,,,三、強度準則,載荷在零件內(nèi)引起的應(yīng)力不應(yīng)超過允許的限度，該限度 稱為許用應(yīng)力。,（一）靜強度,1、塑性材料零件的靜強度,1）簡單應(yīng)力條件下,2）復合應(yīng)力條件下,極限應(yīng)力為屈服點 、,2、脆性材料零件的靜強度,1）簡單應(yīng)力條件下,2）復合應(yīng)力條件下,極限應(yīng)力為強度極限 、,3、擠壓強度,,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,,,,脈動循環(huán)變應(yīng)力,r =0,靜應(yīng)力: =常數(shù),變應(yīng)力: 隨時間變化,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:,對稱循環(huán)變應(yīng)力,r =-1,脈動循環(huán)變應(yīng)力,對稱循環(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)力遠比靜應(yīng)力下材料的強度極限 低，甚至比屈服極限低, 疲勞斷口均表現(xiàn)為無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,疲勞斷裂過程：,隨著循環(huán)次數(shù)增加，微裂 紋逐漸擴展,,,,,,當剩余材料不足以承受載 荷時，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，通過實驗，可得出如圖所示的疲勞曲線。稱為：,,s N疲勞曲線,在原點處，對應(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材料被拉斷。顯然該值為強度極限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，所以在作疲勞試驗時，常規(guī)定一個循環(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點以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著
6、無限壽命區(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)。,實踐證明，機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)系曲線來表示，特稱為等壽命曲線。,,,,簡化曲線之一,簡化曲線之二,三、等壽命疲勞曲線,實際應(yīng)用時常有兩種簡化方法。,,潘存云教授研制,,簡化等壽命曲線（極限應(yīng)力線圖）：,已知A(0，-1) D (0 /2，0 /2)兩點坐標，求得A直線的方程為,A直線上任意點代表了一定循環(huán)特性時的疲勞極限。,對稱循環(huán) m=0,脈動循環(huán) m=a =0 /2,說
7、明C直 線上任意點的最大應(yīng)力達到了屈服極限應(yīng)力。,C直線上任意點N 的坐標為（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，表示應(yīng)力狀況達到疲勞破壞的極限值。,對于碳鋼，y0.10.2，對于合金鋼，y0.20.3。,公式 中的參數(shù)y為試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的材料常數(shù)，其值由下式?jīng)Q定,當應(yīng)力點落在OAGC以外時，一定會發(fā)生疲勞破壞。,當循環(huán)應(yīng)力參數(shù)（ m，a ）落在OAGC以內(nèi)時，表示不會發(fā)生疲勞破壞。,（1）受單向恒幅循環(huán)應(yīng)力時零件的疲勞強度,疲勞強度設(shè)計中的極限應(yīng)力與零件工作應(yīng)力可能的增長方式有關(guān),1）,,,,2）
8、,3）,4）許用安全系數(shù),,（2）受復合恒幅循環(huán)應(yīng)力時零件的疲勞強度,（3）受變幅循環(huán)應(yīng)力時零件的疲勞強度,三、剛度準則,機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)定性準則,零件在其平衡位置附近作往復運動稱為機械振動。,或,五、耐熱性準則,六、可靠性準則,,,串聯(lián),并聯(lián),13-2 摩擦學設(shè)計基礎(chǔ),一、摩擦學設(shè)計的目標和主要內(nèi)容,二、摩擦學失效,三、摩擦學設(shè)計基礎(chǔ),（一）摩擦狀態(tài)（潤滑狀態(tài)）,,,,干 摩 擦,邊 界 摩 擦,流 體 摩 擦,,混 合 摩 擦,（二）摩擦力,1、固體滑動摩擦的摩擦力及其性質(zhì),（最大）靜摩擦力,動摩擦力,2、固體滑動摩擦摩擦力的計算,3、液體摩擦的摩擦
9、力,4、滾動摩擦的摩擦力,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,,按磨損機理分,,,,,粘附磨損,磨粒磨損,,疲勞磨損,腐蝕磨損,,按磨損機理分,,,（四）潤滑與潤滑設(shè)計,1、無潤滑,2、固體潤滑,3、流體潤滑,（五）潤滑劑及其特性,1、潤滑劑的基本類型,分類,液體潤滑劑,半固體潤滑劑,固體潤滑劑,,氣體潤滑劑,空氣,潤滑油,潤滑脂,,,,,石墨,2、潤滑劑的使用性能,3、潤滑油,1）粘度,,是選擇潤滑油的主要依據(jù),2）粘度指數(shù),3）閃點與燃點,4）酸值,5）傾點,4、潤滑脂,1）稠度,2）機械安定性,3）膠體安定性,4）滴點,5）抗水性,6）極壓性,（六）潤滑方法和潤滑裝置,,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 機械零件材料選用原則,13-4 機械零部件的標準化,
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