机械设计基础答案及

开 课 单 位 ： 机 械 基 础 中 心主 讲 教 师 刘 卫 参 考 书 目1. 机 械 设 计 基 础 杨 可 桢 、 程 光 蕴 主 编 .高 等 教 育 出 版 社 .第 五版2. 机 械 设 计 课 程 设 计 陈 秀 宁 、 施 高 义 主 编 .高 等 教 育 出 版 社 .第 二 版 1、 学 期 成 绩 评 定 ： 2、 课 程 要 求 ：A： 独 立 完 成 作 业B： 按 时 交 作 业 ， 迟 交 无 成 绩C： 作 业 总 量 不 足 2/3， 取 消 考 试 资 格D： 点 名 3次 不 到 者 取 消 考 试 资 格F: 周 三 下 午 3:30 5:30 主 楼 237答 疑 联 系 电 话 :6576370A： 期 末 考 试 成 绩 （ 70 ）B： 课 后 作 业 （ 20 ）C： 实 验 成 绩 （ 10 ） 机 械 设 计 实 例 第 9章 机 械 零 件 设 计 概 论 9-1 机 械 零 件 设 计 概 述一 、 机 械 设 计 应 满 足 的 要 求 在 满 足 预 期 功 能 的 前 提 下 ， 性 能 好 、 效 率 高 、 成本 低 ， 在 预 定 使 用 期 限 内 安 全 可 靠 、 操 作 方 便 、 维 修简 单 和 造 型 美 观 等 。 概 括 为 ： 所 设 计 的 机 械 零 件 既 要 工 作 可 靠 ， 又 要 成本 低 廉 。 二 、 机 械 零 件 的 失 效1、 失 效 ： 机 械 零 件 由 于 某 种 原 因 不 能 正 常 工 作 时 ， 称为 失 效 。2、 工 作 能 力 ： 在 不 发 生 失 效 的 条 件 下 ， 零 件 所 能 安 全工 作 的 限 度 ， 称 为 工 作 能 力 。 通 常 此 限 度 是 对 载 荷 而言 ， 又 称 为 承 载 能 力 。 三 、 机 械 零 件 失 效 的 原 因1、 断 裂 或 塑 性 变 形2、 过 大 的 弹 性 变 形3、 工 作 表 面 的 过 度 磨 损 或 损 伤4、 发 生 强 烈 的 振 动5、 连 接 的 松 弛6、 摩 擦 传 动 的 打 滑四 、 机 械 零 件 工 作 能 力 的 判 定 条 件计 算 量 许 用 量 工 作 能 力 计 算 准 则 五 、 机 械 零 件 设 计 的 步 骤1、 拟 定 零 件 的 计 算 简 图 ；2、 确 定 作 用 在 零 件 上 的 载 荷 ；3、 选 择 合 适 的 材 料 ；4、 根 据 零 件 可 能 出 现 的 失 效 形 式 ， 选 用 相 应 的 判定 条 件 ， 确 定 零 件 的 形 状 和 尺 寸 ；5、 绘 制 工 作 图 并 标 注 必 要 的 技 术 条 件 。以 上 过 程 为 设 计 计 算 ， 反 之 为 校 核 计 算 。 9-2 机 械 零 件 的 强 度 一 、 强 度 概 论1、 名 义 载 荷 ： 在 理 想 的 平 稳 工 作 条 件 下 作 用 在 零 件 上 的 载 荷 。2、 载 荷 系 数 K： 综 合 考 虑 零 件 在 实 际 工 作 中 承 受 的 各 种 附 加 载 荷所 引 入 的 系 数 。3、 计 算 载 荷 ： 载 荷 系 数 与 名 义 载 荷 的 乘 积 。 4、 名 义 应 力 与 计 算 应 力 按 照 名 义 载 荷 用 力 学 公 式 求 得 的 应 力 称 为 名义 应 力 ； 按 照 计 算 载 荷 求 得 的 应 力 称 为 计 算 应 力 。5、 强 度 条 件 计 算 正 应 力 = lim /S， 零 件 材 料 的 许 用 正 应 力 计 算 切 应 力 =lim /S ， 零 件 材 料 的 许 用 切 应 力 lim 、 lim 分 别 为 极 限 正 应 力 和 极 限 切 应 力 ； S 为 安 全 系 数 二 、 应 力 的 种 类静 应 力 ： 不 随 时 间 变 化 的 应 力变 应 力 ： 随 时 间 变 化 的 应 力循 环 变 应 力 ： 具 有 周 期 性 的变 应 力非 循 环 变 应 力 ： 不 具 有 周 期性 的 变 应 力 tO max tmin a mO T 2 minmax m 2 minmax a变 应 力 的 描 述 参 数 ：最 大 应 力 max 最 小 应 力 min 平 均 应 力 m 应 力 幅 a 循 环 特 性 r maxminrr 1， 对 称 循 环 变 应 力r 0， 脉 动 循 环 变 应 力r 1， 静 应 力 -1r1， 非 对 称 循 环 变 应 力 。 tT Tmax tmin a mO T 三 、 静 应 力 条 件 下 的 许 用 应 力1、 静 应 力 下 零 件 的 失 效 形 式 ： 脆 性 材 料 ： 断 裂 塑 性 材 料 ： 塑 性 变 形2、 静 应 力 下 的 许 用 应 力 ： S S 塑 性 材 料 ： 取 材 料 的 屈 服 极 限 S 作 为 极 限 应 力脆 性 材 料 ： 取 材 料 的 强 度 极 限 B 作 为 极 限 应 力SB 四 、 变 应 力 条 件 下 的 许 用 应 力1、 变 应 力 下 零 件 的 失 效 形 式 ： 疲 劳 断 裂 疲 劳 断 裂 断 口 形 式 其 它 断 裂 断 口 形 式 其 特 征 为 ： 疲 劳 断 裂 的 最 大 应 力 远 比 静 应 力 下 材 料 的 强 度 极 限低 ， 甚 至 比 屈 服 极 限 低 ； 不 管 脆 性 材 料 或 塑 性 材 料 ， 其疲 劳 断 口 均 表 现 为 无 明 显 塑 性 变 形 的 脆 性 突 然 断 裂 ； 疲劳 断 裂 是 损 伤 的 积 累 ， 它 的 初 期 现 象 是 在 零 件 的 表 面 或 表层 形 成 微 裂 纹 ， 这 种 裂 纹 随 着 应 力 循 环 次 数 的 增 加 而 逐 渐扩 展 ， 直 至 余 下 的 未 裂 开 的 截 面 积 不 以 承 受 外 载 荷 时 ， 零件 就 突 然 断 裂 。 疲 劳 断 裂 与 应 力 循 环 次 数 （ 即 使 用 期 限 或寿 命 ） 密 切 相 关 。 2、 疲 劳 曲 线 NO N N0 N疲 劳 曲 线 ： 表 示 应 力 与 应 力 循 环 次 数 N之 间 的 关 系 曲 线N0 循 环 基 数 r 材 料 的 疲 劳 极 限 1011 NmN kNN CNN mmN 011 通 常 ， 用 -1表 示 材 料 在 对 称 循 环 变 应力 下 的 弯 曲 疲 劳 极 限 。疲 劳 曲 线 的 左 半 部 （ N0.6） 或 铸 钢 件 S=1.52.5。 （ 2） 脆 性 材 料 ： S=34。 2、 变 应 力 下 S=1.31.7； 若 材 料 不 够 均 匀 、 计 算 不 够 准 确 取 S=1.72.5。 9-3 机 械 零 件 的 接 触 强 度一 、 强 度 分 类 ： 整 体 强 度 ： 零 件 受 载 时 是 在 较 大 体 积 内 产 生 的 应 力 ，这 种 应 力 状 态 下 的 零 件 强 度 称 为 整 体 强 度 。 接 触 强 度 ： 零 件 在 受 载 前 是 点 或 线 接 触 ， 受 载 后 ，由 于 变 形 其 接 触 处 为 一 小 面 积 ， 通 常 此 面 积 甚 小 而 表 层产 生 的 局 部 应 力 却 很 大 ， 这 种 应 力 称 为 接 触 应 力 ， 这 时零 件 的 强 度 称 为 接 触 强 度 。 机 械 零 件 在 周 期 性 接 触 应 力 的 作 用 下 ， 首 先 在 表 层产 生 初 始 疲 劳 裂 纹 ， 然 后 裂 纹 逐 渐 扩 展 ， 终 于 使 表 层 金属 呈 小 片 剥 落 下 来 ， 而 在 零 件 表 面 形 成 一 些 小 坑 ， 这 种现 象 称 为 疲 劳 点 蚀 。接 触 应 力 作 用 下 的 失 效 形 式 ： 疲 劳 点 蚀 二 、 接 触 应 力 2 221 21 21nH 11 11 EEbF 两 圆 柱 体 接 触计 算 依 据 ： 弹 性 力 学 的 赫 兹 公 式 2 FHmax 2aHmax bF1 3.01211111 212121 ，钢或铸铁取及令EEE bpEFnH 418.0可得：接 触 疲 劳 强 度 的 判 定 条 件 为 ： HHlimHHH S ，而式 中 H lim为 由 实 验 测 得 的 材 料 的 接 触 疲 劳 极 限 ， 对 于 钢 ， 其经 验 公 式 为 ： H lim=2.76H BS-70 MPa安 全 系 数 SH 可 取 等 于 或 稍 大 于 1。 2 221 21 21nH 11 11 EEbF 作 业9-11，9-13 aO taO t