第九章機械零件設(shè)計概論

1、Northwest A&F University機械設(shè)計基礎(chǔ)（下）機械設(shè)計基礎(chǔ)（下）電子教案電子教案機械與電子工程學院機械與電子工程學院 潘天麗潘天麗北校區(qū)北校區(qū)9311(O) 西林西林26322(H)65/wangluokecheng/2007/jxsjjc/jxzy/dzkj.asphttp:/ A&F University 一個機械系統(tǒng)一般包含機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、驅(qū)動動力系統(tǒng)、檢測與控制系統(tǒng)。一個機械系統(tǒng)一般包含機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、驅(qū)動動力系統(tǒng)、檢測與控制系統(tǒng)。 一臺機器的機械結(jié)構(gòu)總是由一些機構(gòu)組成的，每個機構(gòu)又是由若干零件

2、組一臺機器的機械結(jié)構(gòu)總是由一些機構(gòu)組成的，每個機構(gòu)又是由若干零件組 成的。有些零件是在各種機器中常用的，稱之為通用零件；有些零件只有成的。有些零件是在各種機器中常用的，稱之為通用零件；有些零件只有 在特定的機器中才用到，稱之為專用零件。在特定的機器中才用到，稱之為專用零件。 通用零件包括：通用零件包括：齒輪、鏈傳動、帶傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動；齒輪、鏈傳動、帶傳動、蝸桿傳動、螺旋傳動； 軸、聯(lián)軸器、離合器；滾動軸承、滑動軸承；軸、聯(lián)軸器、離合器；滾動軸承、滑動軸承； 螺栓、鍵、花鍵、銷；鉚、焊、膠結(jié)構(gòu)件；螺栓、鍵、花鍵、銷；鉚、焊、膠結(jié)構(gòu)件；彈簧、機架、箱體等。彈簧、機架、箱體等。 專用零件例

3、如：葉片、犁鏵、槍栓等。專用零件例如：葉片、犁鏵、槍栓等。 通用零件是本課程的主要學習對象，而專用零件的設(shè)計方法應(yīng)在有關(guān)專業(yè)通用零件是本課程的主要學習對象，而專用零件的設(shè)計方法應(yīng)在有關(guān)專業(yè) 課中學習。課中學習。1.1.本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù)本課程的內(nèi)容、性質(zhì)與任務(wù)Northwest A&F University第三節(jié)第三節(jié) 本課程的主要本課程的主要內(nèi)容內(nèi)容是：學習機械系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)知識；是：學習機械系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)知識；學習一般尺寸和參數(shù)的通用零件設(shè)計方法。學習一般尺寸和參數(shù)的通用零件設(shè)計方法。具體內(nèi)容包括具體內(nèi)容包括:1、總論部分、總論部分機器及零件設(shè)計的基本原則、設(shè)計計算理論、機器

4、及零件設(shè)計的基本原則、設(shè)計計算理論、材料選擇、結(jié)構(gòu)要求以及摩擦、磨損、潤滑等方面的基本知識；材料選擇、結(jié)構(gòu)要求以及摩擦、磨損、潤滑等方面的基本知識；2、連接部分、連接部分螺紋、鍵、銷、鉚、焊接、膠接、過盈連接等；螺紋、鍵、銷、鉚、焊接、膠接、過盈連接等；3、傳動部分、傳動部分螺旋、帶、鏈、齒輪、蝸桿等傳動；螺旋、帶、鏈、齒輪、蝸桿等傳動；4、軸系部分、軸系部分滾動、滑動軸承，聯(lián)軸器、離合器以及軸等；滾動、滑動軸承，聯(lián)軸器、離合器以及軸等；5、其他部分、其他部分彈簧、機座和箱體，減速器和變速器等。彈簧、機座和箱體，減速器和變速器等。Northwest A&F University工程材料

5、：非金屬材料，金屬材料及熱處理。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。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。機械制造基礎(chǔ)：冷加工工藝，熱加工工藝。公差配合與技術(shù)測量：解決精度設(shè)計問題。公差配合與技術(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算。理論力學：解決力分析與動力計算。材料力學：解決強度分析問題。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。機械原理：解決機械的方案設(shè)計。 本課程所涉及的先修課程有：本課程所涉及的先修課程有： 機械機械設(shè)計結(jié)果的表現(xiàn)形式為：機械工程圖、說明書和計算機程序設(shè)計結(jié)果的表現(xiàn)形式為：機械工

6、程圖、說明書和計算機程序。 本課程的本課程的性質(zhì)性質(zhì)是：以通用零件的設(shè)計為核心的設(shè)計性課程。是：以通用零件的設(shè)計為核心的設(shè)計性課程。而且是論述它們的基本設(shè)計理論與方法的技術(shù)基礎(chǔ)課程。而且是論述它們的基本設(shè)計理論與方法的技術(shù)基礎(chǔ)課程。Northwest A&F University本課程的主要本課程的主要任務(wù)任務(wù)是培養(yǎng)學生：是培養(yǎng)學生：1、有正確的設(shè)計思想并勇于創(chuàng)新探索；、有正確的設(shè)計思想并勇于創(chuàng)新探索；2、掌握通用零件的設(shè)計原理、方法和機械設(shè)計的一般規(guī)律，進、掌握通用零件的設(shè)計原理、方法和機械設(shè)計的一般規(guī)律，進而具有綜合運用所學的知識，改進和開發(fā)基礎(chǔ)件及設(shè)計簡單機械而具有綜合運用所學的

7、知識，改進和開發(fā)基礎(chǔ)件及設(shè)計簡單機械的能力。的能力。3、具有運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能、具有運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力；力；4、掌握典型機械零件的試驗方法，獲得實驗技能的基本訓練；、掌握典型機械零件的試驗方法，獲得實驗技能的基本訓練；5、了解國家當前的有關(guān)技術(shù)政策，并了解機械設(shè)計的新發(fā)展。、了解國家當前的有關(guān)技術(shù)政策，并了解機械設(shè)計的新發(fā)展。Northwest A&F University本課程的幾個特點本課程的幾個特點 涉及面廣涉及面廣 關(guān)系多關(guān)系多因與諸多先修課關(guān)系密切。因與諸多先修課關(guān)系密切。 要求多要求多強度、剛度、壽命、工藝、重量

8、、安全、經(jīng)濟性。強度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、經(jīng)濟性。 門類多門類多各類零件，各有特點，設(shè)計方法各異。各類零件，各有特點，設(shè)計方法各異。 公式多公式多計算多，有解析式、半解析式、經(jīng)驗的、半經(jīng)驗的及定義式。計算多，有解析式、半解析式、經(jīng)驗的、半經(jīng)驗的及定義式。 圖表多圖表多結(jié)構(gòu)圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線圖、標準、經(jīng)驗數(shù)表。結(jié)構(gòu)圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線圖、標準、經(jīng)驗數(shù)表。 實踐性強實踐性強不僅讀懂書就行，要多聯(lián)系實際，要注重實踐性環(huán)節(jié)。不僅讀懂書就行，要多聯(lián)系實際，要注重實踐性環(huán)節(jié)。 無重點無重點又都是重點，設(shè)計工作必須詳盡，細小的疏忽也會導致嚴重事故。又都是重點，設(shè)計工作必須

9、詳盡，細小的疏忽也會導致嚴重事故。 設(shè)計問題無統(tǒng)一答案設(shè)計問題無統(tǒng)一答案更多地談?wù)撜l設(shè)計得更好，要注意發(fā)展求異思維。更多地談?wù)撜l設(shè)計得更好，要注意發(fā)展求異思維。第三節(jié)第三節(jié) 2Northwest A&F University注意處理好幾個關(guān)系注意處理好幾個關(guān)系 零件的設(shè)計與選用零件的設(shè)計與選用零件設(shè)計的兩個主要途徑。零件設(shè)計的兩個主要途徑。 設(shè)計計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計決非只是計算，同學更應(yīng)重視結(jié)構(gòu)設(shè)計的學習。設(shè)計決非只是計算，同學更應(yīng)重視結(jié)構(gòu)設(shè)計的學習。 性能要求與經(jīng)濟性性能要求與經(jīng)濟性 永遠是一對矛盾，應(yīng)學會合理地解決這一對矛盾。永遠是一對矛盾，應(yīng)學會合理地解決這一對

10、矛盾。 經(jīng)驗設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計經(jīng)驗設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計 二者均重要，前者是后者的基礎(chǔ)。二者均重要，前者是后者的基礎(chǔ)。 具體的設(shè)計方法與一般的設(shè)計能力具體的設(shè)計方法與一般的設(shè)計能力 前者是學習的形式，后者是學習的目的。前者是學習的形式，后者是學習的目的。Northwest A&F University 總之，通過本課程的學習，逐步提高自己的總之，通過本課程的學習，逐步提高自己的理論水平，構(gòu)思能力，特別是提高分析問題和解理論水平，構(gòu)思能力，特別是提高分析問題和解決問題的決問題的 能力，為順利過渡到專業(yè)課程的學習能力，為順利過渡到專業(yè)課程的學習及進行專業(yè)產(chǎn)品和設(shè)備的設(shè)計打下寬廣和堅實的及進行專業(yè)產(chǎn)品和

11、設(shè)備的設(shè)計打下寬廣和堅實的基礎(chǔ)?；A(chǔ)。Northwest A&F University楊可楨等主編楊可楨等主編.機械設(shè)計基礎(chǔ)（第五版）北京：機械設(shè)計基礎(chǔ)（第五版）北京：高等教育出版社，高等教育出版社，2006 濮良貴，紀名剛主編的濮良貴，紀名剛主編的機械設(shè)計機械設(shè)計（第（第8 8版）版）高等教育出版社，高等教育出版社，2006 邱宣懷邱宣懷 主編主編 機械設(shè)計（第四版），高教出版機械設(shè)計（第四版），高教出版社社 2000 殷玉楓主編殷玉楓主編.機械設(shè)計課程設(shè)計，機械工業(yè)機械設(shè)計課程設(shè)計，機械工業(yè)出版社，出版社，2006 潘天麗、胡國田編潘天麗、胡國田編機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)（甲）（甲

12、）實驗指導書實驗指導書 2. 推薦教材及參考書目推薦教材及參考書目Northwest A&F University3. 學時數(shù)與學分：學時數(shù)與學分： 總學時總學時48，其中有三個實驗，其中有三個實驗6學時。學時。學分學分3分。分。 另外還有三周課程設(shè)計單獨計另外還有三周課程設(shè)計單獨計3學分。學分。4. 考核方式：考核方式：（1）閉卷筆試：主要檢查對所學內(nèi)容的掌握情況，占總）閉卷筆試：主要檢查對所學內(nèi)容的掌握情況，占總評成績的評成績的70%；（2）考查：主要考查上課出勤情況、課堂回答問題情況、）考查：主要考查上課出勤情況、課堂回答問題情況、實驗情況、作業(yè)等，占總評成績的實驗情況、作業(yè)等，

13、占總評成績的30%。5. 課外自學要求課外自學要求(包含作業(yè)要求包含作業(yè)要求)： 要求自學教材中課堂講授沒有講到的內(nèi)容及參考書要求自學教材中課堂講授沒有講到的內(nèi)容及參考書相應(yīng)的內(nèi)容，完成每章后的復習題，課外自學大約需要相應(yīng)的內(nèi)容，完成每章后的復習題，課外自學大約需要4550學時！學時！Northwest A&F University第第9 9章章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論（4 4）第第1010章章 連接連接（6）第第1111章章 齒輪傳動齒輪傳動(6)(6)第第1212章章 蝸桿傳動蝸桿傳動（3 3）第第1313章章 帶傳動和鏈傳動帶傳動和鏈傳動(6)(6)實驗一機械傳動效率的

14、測試實驗一機械傳動效率的測試 （2）第第1414章章 軸軸（4 4）第第1515章章 滑動軸承滑動軸承（3 3）實驗二、滾動軸承的類型、結(jié)構(gòu)、代號和軸的結(jié)構(gòu)、分析和測繪實驗二、滾動軸承的類型、結(jié)構(gòu)、代號和軸的結(jié)構(gòu)、分析和測繪 （2）第第1616章章 滾動軸承滾動軸承（6）第第1717章章 聯(lián)軸器、離合器和制動器聯(lián)軸器、離合器和制動器（2 2）第第1818章章 彈簧彈簧（1）第第1919章章 機架和箱體、減速器與變速器簡介機架和箱體、減速器與變速器簡介（1 1）實驗三、減速器的拆裝（實驗三、減速器的拆裝（2） 6、各章課時分配、各章課時分配Northwest A&F University

15、第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論 前面前面8章主要講述了常用機構(gòu)和機器動力學的基章主要講述了常用機構(gòu)和機器動力學的基本知識，即機械原理部分。從本章開始主要講述常本知識，即機械原理部分。從本章開始主要講述常用連接、機械傳動、軸系零部件和彈簧即通用機械用連接、機械傳動、軸系零部件和彈簧即通用機械零件的設(shè)計問題。具體內(nèi)容包括：零件的設(shè)計問題。具體內(nèi)容包括： 1) 怎樣合理確定零件的形狀和尺寸；怎樣合理確定零件的形狀和尺寸； 2) 怎樣適當選擇零件的材料；怎樣適當選擇零件的材料； 3) 怎樣使零件具有良好的工藝性等。怎樣使零件具有良好的工藝性等。第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計

16、概論Northwest A&F University機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 機械零件設(shè)計概述機械零件設(shè)計概述第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度 第三節(jié)第三節(jié) 機械零件的接觸強度機械零件的接觸強度第四節(jié)第四節(jié) 機械零件的耐磨性機械零件的耐磨性第五節(jié)第五節(jié) 機械制造常用材料及其選擇機械制造常用材料及其選擇第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論第六節(jié)第六節(jié) 極限與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數(shù)極限與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數(shù)第七節(jié)第七節(jié) 機械零件的工藝性及標準化機械零件的工藝性及標準化Northwest A&F University第一節(jié)第一節(jié) 機械零件設(shè)計概述

17、機械零件設(shè)計概述 一、機械設(shè)計應(yīng)滿足的要求：一、機械設(shè)計應(yīng)滿足的要求： 在滿足預期功能的前提下，性能好、效率高、在滿足預期功能的前提下，性能好、效率高、成本低；在預定使用期限內(nèi)安全可靠，操作方便、成本低；在預定使用期限內(nèi)安全可靠，操作方便、維修簡單和造型美觀等。維修簡單和造型美觀等。 概括地說是：工作可靠、成本低廉。概括地說是：工作可靠、成本低廉。 二、名詞術(shù)語：二、名詞術(shù)語： 1.失效：失效： 機械零件由于某種原因不能正常工作（完機械零件由于某種原因不能正常工作（完不成規(guī)定的功能或達不到設(shè)計要求的性能）時，稱不成規(guī)定的功能或達不到設(shè)計要求的性能）時，稱為失效。為失效。第九章第九章 機械零件設(shè)

18、計概論機械零件設(shè)計概論Northwest A&F University第一節(jié)第一節(jié) 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論2. 失效的形式：失效的形式：因因強度強度不夠發(fā)生不夠發(fā)生斷裂或塑性變形斷裂或塑性變形；因因剛度剛度不夠而產(chǎn)生過大的不夠而產(chǎn)生過大的彈性變形彈性變形；因因耐磨性耐磨性不足或不足或潤滑潤滑不良而使工作表面過度不良而使工作表面過度磨損或損傷磨損或損傷；或因或因長細比（也稱柔度）過大長細比（也稱柔度）過大穩(wěn)定性不足而發(fā)生穩(wěn)定性不足而發(fā)生失穩(wěn)失穩(wěn)；因失去因失去振動穩(wěn)定性振動穩(wěn)定性而發(fā)生強烈的而發(fā)生強烈的振動（或共振）、聯(lián)接的振動（或共

19、振）、聯(lián)接的松弛、摩擦傳動的打滑松弛、摩擦傳動的打滑等。等。歸納起來最主要的為強度、剛度、耐磨性、穩(wěn)定性和溫度歸納起來最主要的為強度、剛度、耐磨性、穩(wěn)定性和溫度的影響等幾個方面的問題。的影響等幾個方面的問題。同一種零件可能的失效形式往往有若干種。同一種零件可能的失效形式往往有若干種。Northwest A&F University第一節(jié)第一節(jié) 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論齒輪輪齒斷裂齒輪輪齒斷裂齒輪鍵槽斷裂齒輪鍵槽斷裂Northwest A&F University第一節(jié)第一節(jié) 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論第九章第九章 機械

20、零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論 3.工作能力：工作能力：在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度（或者說在一定條件下零件抵抗失效的能力）。通常，用載荷（或者說在一定條件下零件抵抗失效的能力）。通常，用載荷大小來衡量這個限度，所以習慣上稱為大小來衡量這個限度，所以習慣上稱為承載能力承載能力。 4.工作能力計算準則：工作能力計算準則：為防止機械零件發(fā)生某種失效而應(yīng)滿足的為防止機械零件發(fā)生某種失效而應(yīng)滿足的條件。也可以理解為是機械零件不發(fā)生失效的條件。也可以理解為是機械零件不發(fā)生失效的“安全條件安全條件”，是設(shè)計零件時的理論依據(jù)。是設(shè)計零件時的理論依據(jù)。

21、強度條件：計算應(yīng)力許用應(yīng)力； 計算量計算量許用量許用量剛度條件：變形量許用變形量；Northwest A&F University第一節(jié)第一節(jié) 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論 5.設(shè)計計算與校核計算：設(shè)計計算與校核計算：為了防止機械零件在工作中產(chǎn)生失為了防止機械零件在工作中產(chǎn)生失效，設(shè)計時，需要以零件的工作能力計算準則為依據(jù)進行效，設(shè)計時，需要以零件的工作能力計算準則為依據(jù)進行必要的計算，常用的計算方法（過程）有必要的計算，常用的計算方法（過程）有設(shè)計計算設(shè)計計算和和校核校核計算計算兩種。兩種。 設(shè)計計算：設(shè)計計算：先分析零件的可能失效形

22、式，根據(jù)該失效形式先分析零件的可能失效形式，根據(jù)該失效形式的計算準則通過計算確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸。的計算準則通過計算確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸。 校核計算：校核計算：先確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸，然后再驗算零件是否先確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸，然后再驗算零件是否滿足計算準則。如不滿足，則應(yīng)修改零件的尺寸。滿足計算準則。如不滿足，則應(yīng)修改零件的尺寸。Northwest A&F University第一節(jié)第一節(jié) 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論三、機械零件的設(shè)計步驟三、機械零件的設(shè)計步驟 1.擬定零件的計算簡圖。擬定零件的計算簡圖。 2.確定作用在零件上的載荷。確定作用

23、在零件上的載荷。 3.選擇合適的材料。選擇合適的材料。 4.根據(jù)零件可能出現(xiàn)的失效形式，選用相應(yīng)的判定條件，確根據(jù)零件可能出現(xiàn)的失效形式，選用相應(yīng)的判定條件，確定零件的形狀和主要尺寸。定零件的形狀和主要尺寸。 應(yīng)當注意，應(yīng)當注意，零件尺寸的計算值一般并不是最終采用的數(shù)零件尺寸的計算值一般并不是最終采用的數(shù)值，設(shè)計者還要根據(jù)制造零件的工藝要求和標準、規(guī)格加值，設(shè)計者還要根據(jù)制造零件的工藝要求和標準、規(guī)格加以圓整。以圓整。 5.繪制工作圖并標注必要的技術(shù)條件。繪制工作圖并標注必要的技術(shù)條件。Northwest A&F University第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第九

24、章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論 一、載荷一、載荷 1.載荷：載荷：進行強度計算所依據(jù)的、作用于零件上的外力進行強度計算所依據(jù)的、作用于零件上的外力F、彎矩彎矩M、扭矩、扭矩T以及沖擊能量等，統(tǒng)稱為載荷以及沖擊能量等，統(tǒng)稱為載荷。 2.機械零件實際承受的載荷：機械零件實際承受的載荷：靜載荷：靜載荷：大小、作用位置和方向不隨時間變化或變化大小、作用位置和方向不隨時間變化或變化 緩慢的載荷。緩慢的載荷。變載荷：變載荷：大小、作用位置或方向隨時間變化的載荷。大小、作用位置或方向隨時間變化的載荷。動載荷：動載荷：由運動產(chǎn)生的慣性力和沖擊等引起的載荷。由運動產(chǎn)生的慣性力和沖擊等引起的載荷。North

25、west A&F University第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論 3. 3.機械設(shè)計計算中的載荷：機械設(shè)計計算中的載荷： 名義載荷：名義載荷：在理想的平穩(wěn)工作條件下作用在零件上在理想的平穩(wěn)工作條件下作用在零件上的載荷（不考慮動載荷的影響）的載荷（不考慮動載荷的影響） 載荷系數(shù)：載荷系數(shù)：考慮機器運轉(zhuǎn)時動力參數(shù)的不穩(wěn)定，工考慮機器運轉(zhuǎn)時動力參數(shù)的不穩(wěn)定，工作阻力變化等原因，使零件受到各種附加載荷而引作阻力變化等原因，使零件受到各種附加載荷而引入的影響系數(shù)入的影響系數(shù)K K 。 計算載荷：計算載荷：載荷系數(shù)載荷系數(shù)K K名義載荷

26、名義載荷 （代表機器或零件實際所受載荷）（代表機器或零件實際所受載荷）Northwest A&F University第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論二、應(yīng)力二、應(yīng)力 1.設(shè)計計算的應(yīng)力：設(shè)計計算的應(yīng)力： 名義應(yīng)力：名義應(yīng)力：根據(jù)名義載荷求得的應(yīng)力根據(jù)名義載荷求得的應(yīng)力 計算應(yīng)力：計算應(yīng)力：根據(jù)計算載荷求得的應(yīng)力根據(jù)計算載荷求得的應(yīng)力 2.機械零件的實際應(yīng)力：機械零件的實際應(yīng)力： 靜應(yīng)力靜應(yīng)力不隨時間變化的應(yīng)力。不隨時間變化的應(yīng)力。 變應(yīng)力變應(yīng)力隨時間變化的應(yīng)力。隨時間變化的應(yīng)力。 非周期性變應(yīng)力：非周期性變應(yīng)力：應(yīng)力的變化沒有周

27、期性。應(yīng)力的變化沒有周期性。 循環(huán)變應(yīng)力：應(yīng)力的變化具有周期性。循環(huán)變應(yīng)力：應(yīng)力的變化具有周期性。ttTNorthwest A&F University第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論3. 循環(huán)變應(yīng)力的衡量指標：循環(huán)變應(yīng)力的衡量指標： 平均應(yīng)力平均應(yīng)力m：一個應(yīng)力循環(huán)中最大應(yīng)力與最小應(yīng)力的平均值。一個應(yīng)力循環(huán)中最大應(yīng)力與最小應(yīng)力的平均值。 應(yīng)力幅應(yīng)力幅a ：一個應(yīng)力循環(huán)中，應(yīng)力偏離平均應(yīng)力的程度。一個應(yīng)力循環(huán)中，應(yīng)力偏離平均應(yīng)力的程度。 變應(yīng)力循環(huán)特性變應(yīng)力循環(huán)特性r：應(yīng)力循環(huán)中最小應(yīng)力與最大應(yīng)力之比。應(yīng)力循環(huán)中最小應(yīng)力與最大應(yīng)力

28、之比。Ttmaxminmamax2minmmax2minam a xm i nrNorthwest A&F University第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論 4. 循環(huán)變應(yīng)力的類型：循環(huán)變應(yīng)力的類型： 對稱循環(huán)變應(yīng)力：對稱循環(huán)變應(yīng)力：r-1。 脈動循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力：r0。 靜應(yīng)力：靜應(yīng)力：r1，可看作是變應(yīng)力的特例。，可看作是變應(yīng)力的特例。 非對稱循環(huán)變應(yīng)力：非對稱循環(huán)變應(yīng)力：r0、1對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)力時間時間應(yīng)力應(yīng)力時間時間應(yīng)力應(yīng)力時間時間

29、Northwest A&F Universityt naFaFaFFnat AFa第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論Northwest A&F University第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論三、機械零件的強度條件：三、機械零件的強度條件：1.機械零件在整體或表面上的應(yīng)力不得超過允許的限度。前者機械零件在整體或表面上的應(yīng)力不得超過允許的限度。前者稱為稱為整體強度整體強度，后者稱為，后者稱為表面接觸強度表面接觸強度。2.機械零件整體強度條件為零件危險截面的計算應(yīng)力不大

30、于零機械零件整體強度條件為零件危險截面的計算應(yīng)力不大于零件材料的許用應(yīng)力：件材料的許用應(yīng)力：四、靜應(yīng)力條件下的許用應(yīng)力四、靜應(yīng)力條件下的許用應(yīng)力 塑性材料制成的零件，塑性材料制成的零件，主要損壞形式為主要損壞形式為塑性變形塑性變形，按不發(fā)，按不發(fā)生塑性變形條件進行強度計算，其極限應(yīng)力為零件材料的生塑性變形條件進行強度計算，其極限應(yīng)力為零件材料的屈服極限，許用應(yīng)力：屈服極限，許用應(yīng)力： SSSlimNorthwest A&F University第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論 S為安全系數(shù)為安全系數(shù)。零件發(fā)生塑性變形后，會影響零件

31、的正常。零件發(fā)生塑性變形后，會影響零件的正常工作，但不會引起重大事故，所以安全系數(shù)取值可小些；工作，但不會引起重大事故，所以安全系數(shù)取值可小些；對于塑性較差或鑄鋼，按相關(guān)安全系數(shù)表格選取。對于塑性較差或鑄鋼，按相關(guān)安全系數(shù)表格選取。uS S安全系數(shù)安全系數(shù)。零件的斷裂可能引起重大的損失甚至人生事故，。零件的斷裂可能引起重大的損失甚至人生事故，故安全系數(shù)取值較大，或按相關(guān)的安全系數(shù)表格選取。故安全系數(shù)取值較大，或按相關(guān)的安全系數(shù)表格選取。脆性材料制成的零件，脆性材料制成的零件，主要損壞形式為主要損壞形式為斷裂斷裂，按不發(fā)生斷裂，按不發(fā)生斷裂條件進行強度計算，極限應(yīng)力為零件材料的強度極限，許用條件

32、進行強度計算，極限應(yīng)力為零件材料的強度極限，許用應(yīng)力應(yīng)力 ：SSBlimNorthwest A&F University五、變應(yīng)力下的許用應(yīng)力五、變應(yīng)力下的許用應(yīng)力 1.1.失效形式：失效形式：變應(yīng)力下，無論是塑性材料還是脆性材料，主變應(yīng)力下，無論是塑性材料還是脆性材料，主要損壞形式都是要損壞形式都是疲勞斷裂疲勞斷裂。 第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論2.2.疲勞失效的機理疲勞失效的機理疲勞失效是疲勞損傷積累的疲勞失效是疲勞損傷積累的結(jié)果，經(jīng)歷了三個階段：結(jié)果，經(jīng)歷了三個階段：裂紋形成裂紋形成裂紋擴展裂紋擴展瞬時斷裂瞬時斷裂疲勞源

33、疲勞源壟溝紋壟溝紋疲勞紋疲勞紋粗糙區(qū)粗糙區(qū)光滑區(qū)光滑區(qū)Northwest A&F University疲勞斷口的獨特性：兩個區(qū)疲勞斷口的獨特性：兩個區(qū)疲勞區(qū)（光滑區(qū)）疲勞區(qū)（光滑區(qū)）脆斷區(qū)（粗糙區(qū)）脆斷區(qū)（粗糙區(qū)）3. 3. 疲勞斷裂具有以下特征：疲勞斷裂具有以下特征： 1)1)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；至比屈服極限低；2) 2) 疲勞斷口均為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂；疲勞斷口均為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂；3) 3) 疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結(jié)果。疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度

34、的結(jié)果。第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論Northwest A&F University 4. 4. 疲勞曲線：疲勞曲線：表示應(yīng)力表示應(yīng)力與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N N之間的關(guān)系曲線稱之間的關(guān)系曲線稱為疲勞曲線，如圖所示。從圖中可以看出，應(yīng)力越小，試件能為疲勞曲線，如圖所示。從圖中可以看出，應(yīng)力越小，試件能經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)就越多。經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)就越多。第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論r r-應(yīng)力循環(huán)特性（應(yīng)力比）；應(yīng)力循環(huán)特性（應(yīng)力比）；N N-疲勞斷裂時應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。疲勞

35、斷裂時應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。Northwest A&F University 疲勞極限疲勞極限 rN 對任一給定的應(yīng)力循環(huán)特征對任一給定的應(yīng)力循環(huán)特征r，當應(yīng)，當應(yīng)力循環(huán)力循環(huán) N0次后，材料不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力。次后，材料不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力。 N0稱為循環(huán)基數(shù)。對于特定的材料，具有標準值。稱為循環(huán)基數(shù)。對于特定的材料，具有標準值。 疲勞曲線疲勞曲線的左半部（的左半部（NN0），可近似地用下列方程），可近似地用下列方程式表示：式表示：CNNmrmrN 0 第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論Northwest A&F Uni

36、versityv利用上式可以求得在一定循環(huán)特性的變應(yīng)力作用下，利用上式可以求得在一定循環(huán)特性的變應(yīng)力作用下，任意循環(huán)次數(shù)任意循環(huán)次數(shù)N N時的疲勞極限時的疲勞極限r(nóng)NmrrNKNN 0式中式中：壽命系數(shù)壽命系數(shù)；mNNNK0當當N N0 時，取時，取 NN0 ，KN=1。m為隨應(yīng)力狀態(tài)而不同的冪指數(shù)。為隨應(yīng)力狀態(tài)而不同的冪指數(shù)。第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論Northwest A&F Universityu通常用通常用-l表示材料在對稱循環(huán)變應(yīng)力下的彎曲疲勞極限。表示材料在對稱循環(huán)變應(yīng)力下的彎曲疲勞極限。110mmNNNC 5.

37、 影響機械疲勞強度的因素：影響機械疲勞強度的因素：在變應(yīng)力條件下，影響機械零件在變應(yīng)力條件下，影響機械零件疲勞強度的因素很多，有疲勞強度的因素很多，有應(yīng)力集中系數(shù)、零件尺寸、表面狀應(yīng)力集中系數(shù)、零件尺寸、表面狀態(tài)、態(tài)、環(huán)境介質(zhì)、加載順序和頻率等。環(huán)境介質(zhì)、加載順序和頻率等。主要為前三種。主要為前三種。u對稱循環(huán)變應(yīng)力作用下，任意循環(huán)次數(shù)對稱循環(huán)變應(yīng)力作用下，任意循環(huán)次數(shù)N N時的疲勞極限為時的疲勞極限為011mNNN第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論Northwest A&F University第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件

38、的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中的影響 由于結(jié)構(gòu)要求，實際零件都有由于結(jié)構(gòu)要求，實際零件都有截面形狀的突然變化截面形狀的突然變化或或材料不連材料不連續(xù)處續(xù)處（孔、圓角、鍵槽、缺口等），零件受載時，它們就會引起應(yīng)（孔、圓角、鍵槽、缺口等），零件受載時，它們就會引起應(yīng)力集中。常用力集中。常用有效應(yīng)力集中系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù)k表示（指材料、尺寸和表示（指材料、尺寸和受受載情況載情況都都相相似的一個無應(yīng)力集中試樣與一個有應(yīng)力集中試樣的疲勞極限的似的一個無應(yīng)力集中試樣與一個有應(yīng)力集中試樣的疲勞極限的比值，即比值，即k= -1/(-1)k絕對尺寸的影響絕對尺寸的影

39、響 當其他條件相同時，零件尺寸越大，則其疲勞強度越低。主要是當其他條件相同時，零件尺寸越大，則其疲勞強度越低。主要是由于尺寸大時，材料晶粒粗，出現(xiàn)缺陷的概率大，機械加工后表面由于尺寸大時，材料晶粒粗，出現(xiàn)缺陷的概率大，機械加工后表面冷作硬化層相對較薄，疲勞裂紋容易形成。常用冷作硬化層相對較薄，疲勞裂紋容易形成。常用絕對尺寸系數(shù)絕對尺寸系數(shù)表表示示 =（-1）d/(-1)d0表面狀態(tài)的影響表面狀態(tài)的影響 包括表面粗糙度和表面處理的情況。用包括表面粗糙度和表面處理的情況。用表面狀態(tài)系數(shù)表面狀態(tài)系數(shù)來表示來表示=（-1）/(-1)0Northwest A&F University00kS 6

40、. 許用應(yīng)力：許用應(yīng)力：當應(yīng)力是對稱循環(huán)變化時，無限壽命下的許用應(yīng)力為當應(yīng)力是對稱循環(huán)變化時，無限壽命下的許用應(yīng)力為u 脈動循環(huán)應(yīng)力時，有限壽命下的許用應(yīng)力為脈動循環(huán)應(yīng)力時，有限壽命下的許用應(yīng)力為u 對稱循環(huán)變應(yīng)力時，有限壽命下的許用應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力時，有限壽命下的許用應(yīng)力為11NNk S 00NNkS 11kS u 當應(yīng)力是脈動循環(huán)變化時，無限壽命下的許用應(yīng)力為當應(yīng)力是脈動循環(huán)變化時，無限壽命下的許用應(yīng)力為u K K 應(yīng)力集中系數(shù)；應(yīng)力集中系數(shù)； 尺寸系數(shù)；尺寸系數(shù)； 表面狀態(tài)系數(shù)；表面狀態(tài)系數(shù)； 0 0 脈動循環(huán)疲勞極限脈動循環(huán)疲勞極限第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第

41、九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論Northwest A&F University六、安全系數(shù)六、安全系數(shù) 在保證安全的前提下，盡可能選用較小的許用安全系在保證安全的前提下，盡可能選用較小的許用安全系數(shù)。原則如下：數(shù)。原則如下： 靜應(yīng)力下，塑性材料以屈服極限應(yīng)力為極限應(yīng)力。靜應(yīng)力下，塑性材料以屈服極限應(yīng)力為極限應(yīng)力。S=1.21.5,對塑性較差的材料（對塑性較差的材料（s/B0.6）或鑄鋼件）或鑄鋼件S=1.5 2.5； 靜應(yīng)力下，脆性材料以強度極限為極限應(yīng)力，應(yīng)取較大，靜應(yīng)力下，脆性材料以強度極限為極限應(yīng)力，應(yīng)取較大，S=3 4； 變應(yīng)力下，以疲勞極限為極限應(yīng)力，變應(yīng)力下，以疲勞

42、極限為極限應(yīng)力，S=1.3 1.7，若材，若材料不夠均勻，料不夠均勻，S=1.7 2.5。 S總總= S1S2Sn 第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論Northwest A&F University第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論例例9-1 一小型轉(zhuǎn)臂吊車如圖所示，橫梁采用工字鋼，電動葫蘆（圖中未示出）一小型轉(zhuǎn)臂吊車如圖所示，橫梁采用工字鋼，電動葫蘆（圖中未示出）與橫梁上的小車相連。小車移動和橫梁轉(zhuǎn)動用人力操縱。小車、電動葫蘆的與橫梁上的小車相連。小車移動和橫梁轉(zhuǎn)動用人力操縱。

43、小車、電動葫蘆的自重及起重機總計為自重及起重機總計為W=20KN。試分析。試分析（1）拉桿、橫梁及支承）拉桿、橫梁及支承B的作用力；的作用力；（2）拉桿、橫梁可能出現(xiàn)的主要失效形式及其判定條件。）拉桿、橫梁可能出現(xiàn)的主要失效形式及其判定條件。解（解（1）如圖所示，已知尺）如圖所示，已知尺寸寸L、l、H后，即可進行受后，即可進行受力分析。取橫梁為示力體，力分析。取橫梁為示力體，若略去橫梁自重，其上作用若略去橫梁自重，其上作用有力有力W、F及支承及支承B的約束的約束反力、，這些力處于同一平反力、，這些力處于同一平面內(nèi)。面內(nèi)。 Northwest A&F University第二節(jié)第二節(jié) 機

44、械零件的強度機械零件的強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論由由 =0得得 kN(拉力拉力)拉力拉力F可分解為可分解為 和和 ： =Fcos30=33.870.866=29.33kN =Fsin30=33.870.5=16.94kN由由 =0 得得 kN由由 =0 得得 kN 順便指出，后兩個方程改寫成順便指出，后兩個方程改寫成 =0和和 =0，同樣，同樣可以求解。可以求解。 Northwest A&F University第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度2 2）小型起重設(shè)備，一般工作不頻繁，滿載起重次數(shù)不多，故本題可按承受）小型起重設(shè)備，一般工作不頻繁，滿載起重

45、次數(shù)不多，故本題可按承受靜載荷考慮，以最大起重量靜載荷考慮，以最大起重量( (包括小車、電動葫蘆自重包括小車、電動葫蘆自重) )作為計算載荷。拉作為計算載荷。拉桿、橫梁材料均選用桿、橫梁材料均選用Q235Q235鋼。失效形式分析及判定條件，列表如下：鋼。失效形式分析及判定條件，列表如下：橫梁上鉚釘組承受的載荷及可能出現(xiàn)的主要失效形式，讀者可自己分析橫梁上鉚釘組承受的載荷及可能出現(xiàn)的主要失效形式，讀者可自己分析( (即本章習題即本章習題9-79-7及及9-8)9-8)。 項目項目 載荷載荷 可能出現(xiàn)的主要失效形式可能出現(xiàn)的主要失效形式 判定條件判定條件 拉桿拉桿 拉力拉力F F 強度不足，出現(xiàn)塑

46、性變形或斷裂。強度不足，出現(xiàn)塑性變形或斷裂。 ，、為拉應(yīng)力、為拉應(yīng)力、許用拉應(yīng)力。許用拉應(yīng)力。 橫梁橫梁( (即壓即壓桿桿) ) 主要有：主要有：移動載移動載荷荷W W壓力壓力F F 當移動載荷當移動載荷W W位于橫梁中部時：位于橫梁中部時：若彎曲變形若彎曲變形( (撓度撓度y y) )過大，即剛度不足，過大，即剛度不足，可能引起小車在橫梁上行走困難?？赡芤鹦≤囋跈M梁上行走困難。若彎曲應(yīng)力與由引起的壓應(yīng)力的合成應(yīng)力若彎曲應(yīng)力與由引起的壓應(yīng)力的合成應(yīng)力過大，即強度不足，可能出現(xiàn)塑性變形或斷裂。過大，即強度不足，可能出現(xiàn)塑性變形或斷裂。若壓桿長細比值較大時，可能出現(xiàn)側(cè)彎，若壓桿長細比值較大時，可

47、能出現(xiàn)側(cè)彎，即抗側(cè)彎剛度不足，屬于壓桿穩(wěn)定性問題。本即抗側(cè)彎剛度不足，屬于壓桿穩(wěn)定性問題。本題中，在題中，在xozxoz平面內(nèi)，工字梁抗側(cè)彎剛度最小，平面內(nèi)，工字梁抗側(cè)彎剛度最小，在此平面內(nèi)引起側(cè)彎的載荷只有。在此平面內(nèi)引起側(cè)彎的載荷只有。 yyyy ，y y、yy為變形量、許用變形量。為變形量、許用變形量。yyyy ， 、為應(yīng)力、許用應(yīng)力。為應(yīng)力、許用應(yīng)力。 為的臨界載荷，為的臨界載荷， 為最小安全系數(shù)。為最小安全系數(shù)。 Northwest A&F University第二節(jié)第二節(jié) 機械零件的強度機械零件的強度例例9-2一車軸如圖一車軸如圖9-5所示。已知所示。已知=F=110 kN

48、，軸的材料為，軸的材料為Q275鋼，鋼，=550 MPa，=240 MPa，規(guī)定的安全系數(shù)，規(guī)定的安全系數(shù)=1.5。試校核。試校核A-A截面的疲勞強度。截面的疲勞強度。解（解（1）車軸轉(zhuǎn)動時，載荷）車軸轉(zhuǎn)動時，載荷F的大小、方向都不變，故軸受對稱循環(huán)彎曲變應(yīng)力，循環(huán)的大小、方向都不變，故軸受對稱循環(huán)彎曲變應(yīng)力，循環(huán)特性為特性為r=-1。 （2 2）A-AA-A截面的彎曲應(yīng)力截面的彎曲應(yīng)力彎矩彎矩M=110M=11010 10 82=9.0282=9.0210 Nmm10 Nmm截面系數(shù)截面系數(shù)W=dW=d /32= /32=108 /32=124108 /32=12410 mm10 mm彎曲應(yīng)

49、力彎曲應(yīng)力 = /W=9.02= /W=9.0210/(12410/(12410)=72.7 MPa10)=72.7 MPa（3 3）求各項系數(shù)）求各項系數(shù)( (由機械設(shè)計手冊中查取由機械設(shè)計手冊中查取) )由由 =550 MPa=550 MPa，D/D/d d=133/108=1.23=133/108=1.23，r/r/d d=0.185=0.185查得查得彎曲時的有效應(yīng)力集中系數(shù)彎曲時的有效應(yīng)力集中系數(shù) =1.34=1.34，尺寸系數(shù)，尺寸系數(shù) =0.68.=0.68.表面粗糙度表面粗糙度 及及 =550 MPa=550 MPa，查得表面狀態(tài)，查得表面狀態(tài) 系數(shù)系數(shù) =0.95=0.95（

50、4 4）疲勞強度校核）疲勞強度校核彎曲時安全系數(shù)彎曲時安全系數(shù) 安全。安全。Northwest A&F University第三節(jié)第三節(jié) 機械零件的接觸強度機械零件的接觸強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論 1. 1.接觸強度：接觸強度：若兩個零件在受載前是點接觸或線接觸，受若兩個零件在受載前是點接觸或線接觸，受載變形后，其表層產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力，這種應(yīng)力稱為載變形后，其表層產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力，這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力。這時零件強度稱為接觸強度。這時零件強度稱為接觸強度。 承受接觸應(yīng)力的零件的承載能力不僅取決于整承受接觸應(yīng)力的零件的承載能力不僅取決于整體強度，還取決于

51、表面的接觸強度。體強度，還取決于表面的接觸強度。 2.2.疲勞點蝕：疲勞點蝕：機械零件的接觸應(yīng)力通常是隨時間作周期性機械零件的接觸應(yīng)力通常是隨時間作周期性變化的接觸變應(yīng)力，在載荷重復作用下，金屬表層內(nèi)產(chǎn)變化的接觸變應(yīng)力，在載荷重復作用下，金屬表層內(nèi)產(chǎn)生初始疲勞裂紋、裂紋擴展至最終金屬脫落的破壞現(xiàn)象。生初始疲勞裂紋、裂紋擴展至最終金屬脫落的破壞現(xiàn)象。Northwest A&F University第三節(jié)第三節(jié) 機械零件的接觸強度機械零件的接觸強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論 機械零件的接觸應(yīng)力通常是隨時間作機械零件的接觸應(yīng)力通常是隨時間作周期性變化的，在載荷重復作用下，

52、首先周期性變化的，在載荷重復作用下，首先在表層內(nèi)約在表層內(nèi)約20m20m處產(chǎn)生初始疲勞裂紋，處產(chǎn)生初始疲勞裂紋，然后裂紋逐漸擴展然后裂紋逐漸擴展( (潤滑油被擠迸裂紋中潤滑油被擠迸裂紋中將產(chǎn)生高壓，使裂紋加快擴展將產(chǎn)生高壓，使裂紋加快擴展) )，終于使，終于使表層金屬呈小片狀剝落下來，而在零件表表層金屬呈小片狀剝落下來，而在零件表面形成一些小坑面形成一些小坑 ，這種現(xiàn)象稱為疲勞點，這種現(xiàn)象稱為疲勞點蝕。發(fā)生疲勞點蝕后，減小了接觸面積，蝕。發(fā)生疲勞點蝕后，減小了接觸面積，損壞了零件的光滑表面，因而也降低了承損壞了零件的光滑表面，因而也降低了承載能力載能力 。Northwest A&F U

53、niversity22212121H1111EEBF3.3.對于線接觸的情況，其接觸應(yīng)力可對于線接觸的情況，其接觸應(yīng)力可用用赫茲應(yīng)力公式赫茲應(yīng)力公式計算。計算。 1FB B 2H HH HFB B 1 2H HH H第三節(jié)第三節(jié) 機械零件的接觸強度機械零件的接觸強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論令令11121及及，EEE121121 對于鋼或鑄鐵，取對于鋼或鑄鐵，取 1 1=2 2 =0.3 =0.3，則上式簡化為：，則上式簡化為：210.41821nnHF EF Ebb（）Northwest A&F University 第三節(jié)第三節(jié) 機械零件的接觸強度機械零件的接觸

54、強度 4.零件受接觸變應(yīng)力作用時接觸強度條件為零件受接觸變應(yīng)力作用時接觸強度條件為 HH 而而H = Hlim/SH 式中式中Hlim為由實驗測得的材料的接觸疲勞極限，若兩零件為由實驗測得的材料的接觸疲勞極限，若兩零件的硬度不同時，常以較軟零件的接觸疲勞極限為準。的硬度不同時，常以較軟零件的接觸疲勞極限為準。u接觸應(yīng)力的特點：接觸應(yīng)力的特點：接觸應(yīng)力具有上接觸應(yīng)力具有上下對等、左右對稱及稍離接觸區(qū)中下對等、左右對稱及稍離接觸區(qū)中線即迅速降低等特點。由于接觸應(yīng)線即迅速降低等特點。由于接觸應(yīng)力是局部性的應(yīng)力，且應(yīng)力的增長力是局部性的應(yīng)力，且應(yīng)力的增長與載荷與載荷Fn不成直線關(guān)系，而要緩慢不成直線關(guān)

55、系，而要緩慢得多，故得多，故安全系數(shù)安全系數(shù)SH可取為等于或可取為等于或稍大于稍大于1。Northwest A&F University第三節(jié)第三節(jié) 機械零件的接觸強度機械零件的接觸強度第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論例例9-4圖圖9-9所示的摩擦輪傳動，由兩個相互壓緊的鋼制摩擦輪組成。已知所示的摩擦輪傳動，由兩個相互壓緊的鋼制摩擦輪組成。已知D1=100mm，D2=140mm，b=50mm，小輪主動，主動軸傳遞功率，小輪主動，主動軸傳遞功率P=5kW、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n1=500r/min，傳動較平穩(wěn)，載荷系數(shù)，傳動較平穩(wěn)，載荷系數(shù)K=1.25，摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù)f=0.15。

56、試求：。試求：(1)所需的法向壓緊力所需的法向壓緊力 ；(2)兩輪接觸處的最大接觸應(yīng)力；兩輪接觸處的最大接觸應(yīng)力；(3)若摩擦輪材料的若摩擦輪材料的硬度為硬度為300HBS，表面接觸強度是否足夠。，表面接觸強度是否足夠。解解(1)法向壓緊力法向壓緊力 傳動在接觸處的最大摩擦力為傳動在接觸處的最大摩擦力為 f，拖動從動輪所，拖動從動輪所需的圓周力為需的圓周力為F，考慮到附加載荷的影響和保證摩擦傳，考慮到附加載荷的影響和保證摩擦傳動的可靠性，計算圓周力為動的可靠性，計算圓周力為KF。為了防止打滑，應(yīng)使。為了防止打滑，應(yīng)使 f KF。 小輪轉(zhuǎn)矩 圓周力 ，法向壓緊力 Northwest A&

57、F University(2)接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力的最大值按式（接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力的最大值按式（9-10） 計算，計算， 本題中本題中 Fn=15900N，鋼的彈性模量，鋼的彈性模量E=2.06105MPa，b=50mm， 綜合曲率半徑綜合曲率半徑 = ，故，故 MPa(3)驗算表面接觸強度如前述，對于鋼可取接觸疲勞極限驗算表面接觸強度如前述，對于鋼可取接觸疲勞極限 =2.76HBS-70=2.76300-70=758 MPa取安全系數(shù)取安全系數(shù)=1.1，則則 =758/1.1 =689 MPa， 2%2%-含碳量含碳量 2% 2%鐵碳合金鐵碳合金u 特點：特點：具有良好的液態(tài)流動性，可鑄造成形狀復

58、雜的零件。具有良好的液態(tài)流動性，可鑄造成形狀復雜的零件。 較好的減震性、耐磨性、切削性（灰鑄鐵）較好的減震性、耐磨性、切削性（灰鑄鐵） 成本低廉。成本低廉。u應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之。應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之?；诣T鐵灰鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵合金鑄鐵合金鑄鐵Northwest A&F University2.2.鋼鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼工具鋼工具鋼特殊鋼特殊鋼(不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等)碳素結(jié)構(gòu)鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼（含碳量含碳量 0.7% ）合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼鑄鋼鑄鋼按用途按用途按化學成分按化學成分 0.25% 低碳鋼

59、低碳鋼0.3% 0. 5% 中碳鋼中碳鋼0.5% 高碳鋼高碳鋼按含碳量按含碳量u 特點：與鑄鐵相比，鋼具有高的強度、韌性和塑性。特點：與鑄鐵相比，鋼具有高的強度、韌性和塑性。 可用熱處理方法改善其力學性能和加工性能?？捎脽崽幚矸椒ǜ纳破淞W性能和加工性能。第五節(jié)第五節(jié) 機械制造常用材料及其選擇機械制造常用材料及其選擇第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論Northwest A&F Universityu 零件毛坯獲取方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。零件毛坯獲取方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。u 選用原則：優(yōu)選碳素鋼，其次是選用原則：優(yōu)選碳素鋼，其次是硅、錳、硼、釩類硅、錳、硼、

60、釩類 合金鋼。合金鋼。u 應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛。應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛。表表9-2 9-2 常用材料的相對價格常用材料的相對價格材材 料料 種種 類類 規(guī)規(guī) 格格 相對價格相對價格熱軋圓熱軋圓鋼鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235 Q235 （ 3342 3342） 1 1鑄鑄 件件優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼 （ 2950 2950） 1.51.8 1.51.8 合金結(jié)構(gòu)鋼（合金結(jié)構(gòu)鋼（ 2950 2950） 1.72.5 1.72.5 滾動軸承鋼（滾動軸承鋼（ 2950 2950） 3 3 合金工具鋼（合金工具鋼（ 2950 2950） 320 320 4Cr9Si24Cr9Si2耐熱鋼（耐熱鋼（ 2950 2950） 5 5 灰鑄鐵鑄件灰鑄鐵鑄件 0.85 0.85 碳素鋼鑄件碳素鋼鑄件 1.7 1.7 銅合金、鋁合金鑄件銅合金、鋁合金鑄件 810810第五節(jié)第五節(jié) 機械制造常用材料及其選擇機械制造常用材料及其選擇第九章第九章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論Northwest A&F University3.銅合金銅合金-銅鋅合金，并含有少量的錳、鋁、鎳銅鋅合金，并含有