机械设计全册配套完整教学课件.ppt

1、机械设计全册配套完整 教学课件 第第 0 章章 机械设计概述机械设计概述 0 0- -1 1 机械设计概述机械设计概述 一、机械定义一、机械定义 一、机械定义一、机械定义 （机构（机构+机器）机器） 具有确定相对运动的构件组合具有确定相对运动的构件组合 能实现能量转换或作有用功能实现能量转换或作有用功 机械的作用：改善劳动条件、提高生产效率、提高产品质量机械的作用：改善劳动条件、提高生产效率、提高产品质量 0 0- -1 1机械设计概述机械设计概述 二、机械的组成二、机械的组成 二、机械的组成二、机械的组成 原动机原动机 工作机工作机 传动装置传动装置 控制系统控制系统 抽象：抽象： 制造角度

2、制造角度 （机械设计）（机械设计） 零件零件:制造单元制造单元 具体：具体： 运动角度运动角度 （机械原理）（机械原理） 构件构件:运动单元运动单元 零件零件构件构件机械（机构、机器）机械（机构、机器） 三三 、机械设备应满足的要求机械设备应满足的要求 4. 操作、维护方便；操作、维护方便； 5. 造型美观；造型美观； 6. 运输方便运输方便 等。等。 3. 制造、运行费用低；制造、运行费用低； 1. 使用要求使用要求-完成预定功能，生产率高；完成预定功能，生产率高； 2. 安全可靠、寿命足够；安全可靠、寿命足够； 0 0- -1 1机械设计概述机械设计概述 三、机械设备应满足的要求三、机械设

3、备应满足的要求 四四 、机械设计一般程序、机械设计一般程序 明确设计目的、要求明确设计目的、要求 拟定系统组成、方案选择拟定系统组成、方案选择 确定原动机功率、零件运确定原动机功率、零件运 动动力参数、零件参数设动动力参数、零件参数设 计、系统总装图设计计、系统总装图设计 考虑结构、公差工艺要求，考虑结构、公差工艺要求， 绘装配图、零件工作图绘装配图、零件工作图 调试测试控制功能调试测试控制功能 0 0- -1 1机械设计概述机械设计概述 四、机械设计一般程序四、机械设计一般程序 设计任务分析设计任务分析 方案设计方案设计 技术设计技术设计 施工设计施工设计 控制系统设计调试控制系统设计调试

4、仿真分析、修改设计、工程试验仿真分析、修改设计、工程试验 定型产品设计定型产品设计 0 0- -1 1机械设计概述机械设计概述 五、课程的内容与特点五、课程的内容与特点 五、课程的内容、任务、特点五、课程的内容、任务、特点 阐述机械设计的共性问题阐述机械设计的共性问题 研究通用机械设计的理论、方法研究通用机械设计的理论、方法 通用零件的工作原理、设计方法、标准规范等通用零件的工作原理、设计方法、标准规范等。 内容：内容： 工作特点、失效形式、设计准则、参数选择、结构设计、整机应用工作特点、失效形式、设计准则、参数选择、结构设计、整机应用 机械零件设计基础知识机械零件设计基础知识共性基础理论共性

5、基础理论 联接件：螺纹联接、键联接、轴毂联接联接件：螺纹联接、键联接、轴毂联接 传动件：齿轮、蜗杆、带、链传动件：齿轮、蜗杆、带、链 支撑件：轴、轴承（滚动、滑动）支撑件：轴、轴承（滚动、滑动） 其其 他：联轴器、离合器、弹簧他：联轴器、离合器、弹簧 0 0- -1 1机械设计概述机械设计概述 三、课程的内容与特点三、课程的内容与特点 掌握机械设计基础理论掌握机械设计基础理论 任务：任务： 具备设计传动装置及简单机械的能力具备设计传动装置及简单机械的能力 培养设计机械装置的总体构思能力培养设计机械装置的总体构思能力 相关课程综合应用相关课程综合应用制图、原理、力学、工程材料、制图、原理、力学、

6、工程材料、 公差、制造工艺公差、制造工艺 特点：特点： 技术基础课技术基础课理论理论+工程实际工程实际 理论关联弱、整机关联强理论关联弱、整机关联强以设计为主线、整机综合以设计为主线、整机综合 考虑因素多考虑因素多多系数修正、多方案选择多系数修正、多方案选择 1. 1. 孙志礼等孙志礼等. . 机械设计，北京：科学出版社，机械设计，北京：科学出版社，20122012 2. 2. 巩云鹏等巩云鹏等. . 机械设计课程设计，北京：科学出版社，机械设计课程设计，北京：科学出版社，20122012 3. 3. 修世超等修世超等. . 机械设计习题与解析，北京：科学出版社，机械设计习题与解析，北京：科学

7、出版社，20122012 参考教材：参考教材： 第第 1 章章 机械零件设计基础知识机械零件设计基础知识 主讲教师：巩云鹏主讲教师：巩云鹏 东北大学国家工科机械基础课程教学基地东北大学国家工科机械基础课程教学基地 1 1- -1 1 零件的失效形式与设计准则零件的失效形式与设计准则 一、机械零件设计步骤一、机械零件设计步骤 一、机械零件设计步骤一、机械零件设计步骤 确定零件上的载荷确定零件上的载荷 选择材料、热处理方式选择材料、热处理方式 分析失效形式、设计准则、确定形状和主要尺寸分析失效形式、设计准则、确定形状和主要尺寸 按工艺、标准、规范要求，设计尺寸、绘图、说明书按工艺、标准、规范要求，

8、设计尺寸、绘图、说明书 建立计算模型建立计算模型 拟定零件的计算简图拟定零件的计算简图 仿真优化、修改设计、工程试验仿真优化、修改设计、工程试验 F 二、失效概念二、失效概念 1-1 零件的失效形式与设计准则零件的失效形式与设计准则 二、失效的概念二、失效的概念 例例:齿轮轴断裂齿轮轴断裂失效失效 规定使用条件下规定使用条件下 规定的寿命期限内规定的寿命期限内 不能完成不能完成 规定功能规定功能 失效失效 零件零件 1-1 零件的失效形式与设计准则零件的失效形式与设计准则 三、失效形式三、失效形式 三、失效形式三、失效形式 1、整体断裂整体断裂 过载断裂过载断裂 疲劳断裂疲劳断裂 2、表面破坏

9、表面破坏 磨损磨损 冷胶合冷胶合 点蚀点蚀 塑性变形塑性变形 4、功能失效功能失效 3、变形过大、变形过大 胶合胶合 5、过大振动过大振动 过大弹变过大弹变 热胶合热胶合 1-1 零件的失效形式与设计准则零件的失效形式与设计准则 三、失效形式三、失效形式 1、整体断裂整体断裂 (2) (2) 疲劳断裂疲劳断裂 交变应力反复作用，交变应力反复作用， 导致疲劳裂纹生成、导致疲劳裂纹生成、 扩展、断裂。扩展、断裂。 (1)(1)过载断裂过载断裂 零件上作用（非正常）零件上作用（非正常） 过大载荷，导致零件过大载荷，导致零件 整体断裂；整体断裂； 轮齿整 体断裂 齿轮轴 疲劳断 裂 1-1 零件的失效

10、形式与设计准则零件的失效形式与设计准则 三、失效形式三、失效形式 2、表面破坏表面破坏 (2)点蚀点蚀 交变接触应力反复作用，交变接触应力反复作用， 导致齿面形成裂纹、扩导致齿面形成裂纹、扩 展，材料脱落。引起振展，材料脱落。引起振 动噪声或断裂；动噪声或断裂； (1)(1)磨损磨损 相对运动表面间进入第相对运动表面间进入第 三体（磨料），引起表三体（磨料），引起表 面磨损，精度降低；过面磨损，精度降低；过 度磨损强度降低；度磨损强度降低； 1-1 零件的失效形式与设计准则零件的失效形式与设计准则 三、失效形式三、失效形式 2、表面破坏表面破坏 (3)胶合胶合热胶合热胶合 高速、重载，润滑不良

11、，高高速、重载，润滑不良，高 温导致油膜破裂，材料熔化、温导致油膜破裂，材料熔化、 “焊接”，相对运动表面涂“焊接”，相对运动表面涂 抹烧伤抹烧伤-表面精度降低、噪声。表面精度降低、噪声。 (3)(3)胶合胶合-冷胶合冷胶合 低速重载低速重载,过高的接触压力过高的接触压力 导致表面间油膜破坏，金属导致表面间油膜破坏，金属 直接接触粘着，相对运动产直接接触粘着，相对运动产 生撕裂生撕裂-表面精度降低；表面精度降低； 齿面齿面 粘着粘着 齿面齿面 胶合胶合 1-1 零件的失效形式与设计准则零件的失效形式与设计准则 三、失效形式三、失效形式 3、变形变形过大 (1)(1)塑性变形塑性变形 载荷过大导

12、致零件产生塑性变形，载荷过大导致零件产生塑性变形， 精度降低，零件失效；精度降低，零件失效； 齿顶齿顶 塑变塑变 齿体齿体 塑变塑变 1-1 零件的失效形式与设计准则零件的失效形式与设计准则 三、失效形式三、失效形式 3、变形过大变形过大 (2)过大弹性过大弹性 过大弹变，刚度不足、过大弹变，刚度不足、 精度降低。精度降低。 机床主轴机床主轴 刚度不足刚度不足 加工圆柱加工圆柱 孔孔-锥形锥形 孔孔 1-1 零件的失效形式与设计准则零件的失效形式与设计准则 三、失效形式三、失效形式 4、功能失效功能失效 5、过大振动过大振动振动 振动、噪声噪声 螺栓联接功能失效被联件间相对滑移 皮带传动功能失

13、效打滑 1-1 零件的失效形式与设计准则零件的失效形式与设计准则 四、工作能力准则四、工作能力准则 2 2、常用设计准则、常用设计准则 （1 1）强度准则）强度准则 强度强度抗整体断裂、接触疲劳、塑变的能力抗整体断裂、接触疲劳、塑变的能力 强度准则：（基本准则强度准则：（基本准则） ； （2 2）刚度准则）刚度准则 刚度刚度抗弹变能力抗弹变能力 刚度准则：刚度准则：yy yy 、 四、工作能力准则（设计准则）四、工作能力准则（设计准则） 1 1、定义、定义-预定使用寿命期限内，零件安全工作的限度预定使用寿命期限内，零件安全工作的限度 -承载能力指标承载能力指标( (受失效形式限制受失效形式限制

14、) )、确定零件尺寸的依据、确定零件尺寸的依据 （3 3）寿命准则：设计寿命）寿命准则：设计寿命 LL LL 要求寿命要求寿命 （4 4）耐磨性准则：零件抗磨损失效的能力）耐磨性准则：零件抗磨损失效的能力 压强条件：压强条件： pp pp 防表面间油膜破坏产生磨损防表面间油膜破坏产生磨损 pvpv值条件：值条件：pvpv (vpvpv (v相对滑动速度相对滑动速度) ) -防止表面间温升过高，油膜破坏加剧磨损防止表面间温升过高，油膜破坏加剧磨损胶合胶合 1-1 零件的失效形式与设计准则零件的失效形式与设计准则 五、工作能力准则五、工作能力准则 （5 5）振动稳定性准则：避免共振）振动稳定性准则

15、：避免共振 f fP P 0.85f0.85f0 0 ； f fP P 1.15 f1.15 f0 0 f f0 0固有频率；固有频率；f fP P激振频率；激振频率； f0 0.85 f0 1.15 f0 一、载荷分类一、载荷分类 1、载荷性质、载荷性质 F t 常矢)(tFF 1 1- -2 2载荷与应力载荷与应力 一、载荷分类一、载荷分类 变矢)(tFF 随机随机 F t 周期周期 F t （理想工况）（理想工况） 原动机功率原动机功率 工作机阻力工作机阻力 F F 公式推算公式推算 K K载荷系数：考虑外载变化、载荷分布不均等载荷系数：考虑外载变化、载荷分布不均等 F Fca ca =

16、K F =K F 2 2、载荷算法、载荷算法 名义载荷名义载荷F F ： 计算载荷计算载荷Fca ： 静载荷：静载荷： 变载荷：变载荷： 二、应力分类二、应力分类 1、静应力：、静应力： t 常矢常矢 )(t 2、变应力：、变应力： 变矢变矢 )(t 1 1- -2 2载荷与应力载荷与应力 二、应力分类二、应力分类 (1)稳定变应力稳定变应力 t 随机随机 t (2) 非稳定变应力非稳定变应力 规律性、非稳定规律性、非稳定 t T 1 1、非对称循环变应力、非对称循环变应力 三、变应力的参数三、变应力的参数 应应 力力 幅：幅：a a=(=(max max - - min min)/2 )/2

17、 平均应力：平均应力：m m=(=(max max+ +min min)/2 )/2 应力循环特性：应力循环特性：r= r= min min / /max max ( (- -1 r +1)1 r +1) 2 2、对称循环变应力、对称循环变应力 t m =0 ；r= -1 4 4、静应力、静应力 t a=0 ;r= +1 1 1- -2 2载荷与应力载荷与应力 三、变应力的参数三、变应力的参数 ( (变应力用五个参数描述，知二可求其他变应力用五个参数描述，知二可求其他) ) 3 3、脉动循环变应力、脉动循环变应力 min =0； r= 0 t t max min m a 应力比较法：应力比较法

18、：ca =lim / S 安全系数法：安全系数法： Sca =lim / ca S 式中：式中： 1 1- -3 3 静应力下零件的强度计算静应力下零件的强度计算 一、静应力下零件强度计算一、静应力下零件强度计算 caca 计算应力计算应力与载荷、结构尺寸、形状有关与载荷、结构尺寸、形状有关 SS许用许用 安全系数安全系数材料数据可靠性、载荷计算准确性、材料数据可靠性、载荷计算准确性、 零件重要性有关（查表零件重要性有关（查表) ) limlim 极限应力极限应力与材料种类、热处理有关与材料种类、热处理有关 塑性材料：塑性材料： limlim= = s s 脆性材料：脆性材料： limlim=

19、 = B B 1 1- -4 4 对称循环变应力下零件强度计算对称循环变应力下零件强度计算 一、材料的疲劳曲线与疲劳极限一、材料的疲劳曲线与疲劳极限 一、材料的疲劳曲线与疲劳极限一、材料的疲劳曲线与疲劳极限 1 1、疲劳破坏、疲劳破坏 疲劳破坏：疲劳破坏：变应力、多次作用变应力、多次作用下，材料发生破坏下，材料发生破坏 突发性突发性: 疲劳破坏疲劳破坏 特特 征：征： 小应力小应力: 持续性持续性: 敏感性敏感性: 变应力最大值低于材料静强度限变应力最大值低于材料静强度限 变应力多次作用变应力多次作用 对几何突变、材料敏感对几何突变、材料敏感 突然断裂突然断裂 曲轴断裂曲轴断裂 内源断裂内源断

20、裂 疲劳破坏疲劳破坏 过过 程：程： 裂纹萌生裂纹萌生 裂纹扩展裂纹扩展 最终瞬断最终瞬断 实例实例 1 1- -4 4 对称循环变应力下零件强度计算对称循环变应力下零件强度计算 一、材料的疲劳曲线与疲劳极限一、材料的疲劳曲线与疲劳极限 2 2、材料的疲劳曲线、材料的疲劳曲线 rN rN N N m N N K 0 - - N 其中：寿命系数 N0 有限寿命区有限寿命区 无限寿命区无限寿命区 A B C rN N o r 疲劳极限疲劳极限 N N0 0循环基数循环基数 m m、C C系数系数 CN m rN r rN1 rN2 N1 N2 rN0 103 设计寿命设计寿命NNNN0 0时：材料

21、时：材料 limlim= = r r 设计寿命设计寿命10103 3NNN N0 0时：材料时：材料 limlim= = rNrN=K =KN N r r rN 条件疲劳极限条件疲劳极限 1 1- -4 4 对称循环变应力下零件强度计算对称循环变应力下零件强度计算 二、零件疲劳强度的影响因素二、零件疲劳强度的影响因素 二、零件疲劳强度的影响因素二、零件疲劳强度的影响因素 1 1、应力集中：、应力集中： 零件几何不连续处，实际应力远大于名义应力零件几何不连续处，实际应力远大于名义应力 3 3、表面状态：、表面状态： 尺寸增加，疲劳极限降低尺寸增加，疲劳极限降低 表面粗糙，疲劳极限降低表面粗糙，疲

22、劳极限降低 有效应力集中系数：有效应力集中系数： 1 )( 1 1 K k 缺口试样疲劳极限缺口试样疲劳极限 标准试样疲劳极限标准试样疲劳极限 2 2、绝对尺寸：、绝对尺寸： 绝对尺寸系数绝对尺寸系数: : 1 )( 1 1 d d 标准试样疲劳极限标准试样疲劳极限 试样疲劳极限试样疲劳极限直径直径 表面状态系数表面状态系数 : : 1 )( 1 1 标准试样疲劳极限标准试样疲劳极限 极限极限某种表面状态试样疲劳某种表面状态试样疲劳 k K :三种因素综合影响系数三种因素综合影响系数 1 1- -4 4 对称循环变应力下零件强度计算对称循环变应力下零件强度计算 三、零件的疲劳曲线与疲劳极限三、

23、零件的疲劳曲线与疲劳极限 三、零件的疲劳曲线与疲劳极限三、零件的疲劳曲线与疲劳极限 1 1、零件的疲劳曲线、零件的疲劳曲线 - -1 1NcNc N (r=N (r=- -1)1) c m Nc N N mB 1 0 1 A 点点、方法： 11 CN m Nc 0 N A 103 N A B C o N1 B c) 3 10( 1 ) 3 10( 1 c1 1 C 材料材料 零件零件 CN m N 1 1 1- -4 4 对称循环变应力下零件强度计算对称循环变应力下零件强度计算 三、零件的疲劳曲线与疲劳极限三、零件的疲劳曲线与疲劳极限 0 )10( 1)10( 1 / :点) 2( 3 3 k

24、A c 11 CN m Nc 0 N A 103 N A B C o N1 B c ) 3 10( 1 ) 3 10( 1 c1 1 C 材料材料 零件零件 N Nc1 CN m N 1 1 3 0 )10( 1 10 3 m N 式中： ;:) 1 ( 1 1 K B c 点 c c N m )10( 1 1 0 3 3 lglg lg10lg 0 1 3 )10( 1 10 3 N m c m c 方程：坐标代入零件疲劳曲线、將BA: ) 3( m cNc m Nc K N N 1 1 0 1 零件疲劳曲线方程： 1) 1( 00 qkk ；时的有效应力集中系数 3 0 10 Nk 敏感性

25、反映材料对应力集中的查图修正系数),61 ( 0 q 2 2、零件疲劳极限、零件疲劳极限 K c 1 1 ) 1 ( 零件疲劳极限： 设计寿命设计寿命NN0：零件：零件lim= -1c 零件条件疲劳极限)2( 设计寿命设计寿命103NN0 ：零件：零件lim= -1Nc c1 Nc1 与条件疲劳极限与条件疲劳极限 1c N1 K Nc 1-4 对称循环变应力下零件强度计算对称循环变应力下零件强度计算 三、零件的疲劳曲线与疲劳极限三、零件的疲劳曲线与疲劳极限 零件疲劳极限零件疲劳极限 11 CN m Nc 0 N A 103 N A B C o N1 B c ) 3 10( 1 ) 3 10(

26、1 c1 1 C 材料材料 零件零件 N Nc1 零件极限应力零件极限应力lim： (2) (2) 有限寿命零件疲劳强度安全系数有限寿命零件疲劳强度安全系数 SS a Nc 1 max lim 四、四、(r=(r=- -1) 1) 零件疲劳强度安全系数计算零件疲劳强度安全系数计算 SS a c 1 max lim SS安全系数，安全系数， 推荐推荐 S=1.3S=1.32.52.5 材料均匀性、工艺质量材料均匀性、工艺质量 载荷及应力计算准确性载荷及应力计算准确性 零件重要性零件重要性 (1) (1) 无限寿命时零件疲劳强度安全系数无限寿命时零件疲劳强度安全系数 计算应力幅值式中： a 解决：

27、对称循环变应力下零疲劳强度安全系数计算解决：对称循环变应力下零疲劳强度安全系数计算 1-4 对称循环变应力下零件强度计算对称循环变应力下零件强度计算 四、零件的疲劳强度安全系数计算四、零件的疲劳强度安全系数计算 1-5 非对称循环变应力下零件强度计算非对称循环变应力下零件强度计算 一、极限应力线图一、极限应力线图 一、极限应力线图一、极限应力线图 1 1、材料的极限应力线图、材料的极限应力线图 同种材料、同种材料、 r r不同时，不同时， r r在 在 m m a a 坐标系下的关系曲线 坐标系下的关系曲线 t max min m a E E rmraS :ED a a B B m m D D

28、 C C A A 4545 O O S S 4545 B B M(M( rm,rm,rara） 001 / )2( rmra 1 :AE 1 1- -5 5 非对称循环变应力下零件强度计算非对称循环变应力下零件强度计算 一、极限应力线图一、极限应力线图 2 2、零件的极限应力线图、零件的极限应力线图A A C CE ED D )0 ,(D S rmrac K EA 1 : rmraS ED : 试件线图试件线图ACEDACED疲劳强度影响因素疲劳强度影响因素K K修正修正零件线图零件线图ACED ), 0 (A 1c ) 22 ( 00 K , C ),( rarm M M C C E E )

29、, 0 (A 1 ) 2 , 2 ( 00 C a a m m O O E E A A 1 1- -5 5 非对称循环变应力下零件强度计算非对称循环变应力下零件强度计算 一、极限力线图一、极限力线图 3 3、零件的极限应力分析（简单加载）、零件的极限应力分析（简单加载） O O )0 ,(D S ),( rarm M C C E E a a m m A A ),( am M 。 ),( am N ),( rarm N 。 1 M ammam M ax ),( -M M点：由载荷、结构确定点：由载荷、结构确定 (2)极限应力点极限应力点: ),( rarm M rmrar max -M M 点：

30、由 点：由M M点及对应的加载规律确定点及对应的加载规律确定 (1)(1)工作应力点工作应力点: : (3) (3) （r=Cr=C）简单加载极限应力点）简单加载极限应力点M M （r=Cr=C） 加载曲线加载曲线OMM OMM 为直线， 为直线，M M位于：位于： OAEOAE区区极限应力点极限应力点M M 疲劳失效疲劳失效 OE OE D D区 区极限应力点极限应力点N N 静强度失效静强度失效 c r r m a )1 ( )1 ( 2/ )( 2/ )( minmax minmax 1 1- -5 5 非对称循环变应力下零件强度计算非对称循环变应力下零件强度计算 一、极限应力线图一、极

31、限应力线图 )0 ,(D S ),( rarm M C C E E a a m m O O A A ),( am M 。 ),( am N ),( rarm N 。 ma mc rm K 1 ma ac ra K 1 rmrac K EA 1 : rm ra m a OM : 二、疲劳强度安全系数计算二、疲劳强度安全系数计算 （r=C ,M点在点在OAE 区） 1 1- -5 5 非对称循环变应力下零件强度计算非对称循环变应力下零件强度计算 二、疲劳强度安全系数计算二、疲劳强度安全系数计算 )0 ,(D S ),( rarm M C C E E a a m m O O A A ),( am M

32、 。 ),( am N ),( rarm N 。 rmrar max 交点：与求：A EOM 对应对应M M 点的极限应力： 点的极限应力： ma c rmrar K max1 max (1)(1)无限寿命疲劳强度安全系数无限寿命疲劳强度安全系数 S K S ad c ma cr 11 max max (2)(2)有限寿命疲劳强度安全系数有限寿命疲劳强度安全系数 S K K S ma cN ad Nc 11 1 1- -5 5 非对称循环变应力下零件强度计算非对称循环变应力下零件强度计算 二、疲劳强度安全系数计算二、疲劳强度安全系数计算 ) 0 ,(D S ),( rarm M C C E E

33、 a a m m O O A A ),( am M 。 ),( am N ),( rarm N 。 三、静强度安全系数计算（三、静强度安全系数计算（r=C ,Nr=C ,N点位于点位于OEOE D D区） 区） Srmrar max SS ma Sr max max 静强度安全系数静强度安全系数: : 对应对应N N 点极限应力值 点极限应力值: : ma max )0 ,(D S ),( rarm M C C E E a a m m O O A A ),( am M 。 ),( am N ),( rarm N 。 工作应力最大值工作应力最大值: : 1 1- -5 5 非对称循环变应力下零件

34、强度计算非对称循环变应力下零件强度计算 三、三、静强度安全系数计算静强度安全系数计算 解决：非对称循环变应力强度计算问题解决：非对称循环变应力强度计算问题- -对称化对称化 一、线性疲劳损伤累积理论一、线性疲劳损伤累积理论 1 1、疲劳损伤累积概念、疲劳损伤累积概念 问题：问题： 如何利用稳定变应力的分析方法，计算规律性、如何利用稳定变应力的分析方法，计算规律性、 非稳定变应力下零件的疲劳强度？非稳定变应力下零件的疲劳强度？ (1)(1)高于疲劳极限的应力每一循环材料均产生损伤高于疲劳极限的应力每一循环材料均产生损伤; ; 1 1- -6 6 规律性非稳定变应力下零件强度计算规律性非稳定变应力

35、下零件强度计算 一、线性疲劳损伤累积理论一、线性疲劳损伤累积理论 (1)(1)材料在各级应力作用下产生的疲劳损伤独立材料在各级应力作用下产生的疲劳损伤独立; ; (2)(2)总损伤线性累积。总损伤线性累积。 2 2、MinerMiner疲劳损伤线性累积理论疲劳损伤线性累积理论 j j i i 2 1 n1 A A B B C C - -1 1 N N2 2 N N1 1 N Ni i N N0 0 n2 ni n nj j N N T (2)(2)损伤累积到一定程度，材料疲劳破坏。损伤累积到一定程度，材料疲劳破坏。 1 1- -6 6 规律性非稳定变应力下零件强度计算规律性非稳定变应力下零件强

36、度计算 一、线性疲劳损伤累积理论一、线性疲劳损伤累积理论 %100,累积总损伤率达累积总损伤率达方程：材料破坏时方程：材料破坏时Miner 1 i 1 N ni n i 注注:(1) i -1 的影响不计的影响不计 (2) 非对称循环变应力折算成当量对称循环变应力处理非对称循环变应力折算成当量对称循环变应力处理 mai j j i i 2 1 n1 A A B B C C - -1 1 N N2 2 N N1 1 N Ni i N N0 0 n2 ni n nj j N N 01N N mm 1 1- -6 6 规律性非稳定变应力下零件强度计算规律性非稳定变应力下零件强度计算 二、材料疲劳强度

37、计算二、材料疲劳强度计算 二、规律性非稳定变应力下材料疲劳强度计算二、规律性非稳定变应力下材料疲劳强度计算(r=(r=- -1)1) 1 1、等效循环次数、等效循环次数N Nv v与条件疲劳限与条件疲劳限 - -1N1Nv v i i 对应的 对应的 N N i i : : m i i NN)( 1 0 代入代入Miner方程：方程： （损伤极限状态）（损伤极限状态） 1 10 1 i 1 m n i m ii i n iN n N n mm ii n i Nn 10 1 m v mm i i n i m NNn 101 1 1 1 )( 力最大值长的当量对称循环变应数值较大、作用时间较注：

38、1 损伤等效损伤等效: 未损伤状态未损伤状态: j j i i 2 1 n1 A A B B C C - -1 1 N N2 2 N N1 1 N Ni i N N0 0 n2 ni n nj j N N N Nv v 01N N mm 2 2、安全系数计算、安全系数计算 SS Nv 1 1 循环变应力应力幅材料（试件）当量对称 1 111ma 1 1- -6 6 规律性非稳定变应力下零件强度计算规律性非稳定变应力下零件强度计算 二、材料疲劳强度计算二、材料疲劳强度计算 1 0 11 m v NNv N N K m i i n i v nN)( 1 1 对应对应Nv条件疲劳极限条件疲劳极限:

39、等效循环次数等效循环次数Nv: j j i i 2 1 n1 A A B B C C - -1 1 N N2 2 N N1 1 N Ni i N N0 0 n2 ni n nj j N N N Nv v 三、规律性非稳定应力下零件疲劳强度计算三、规律性非稳定应力下零件疲劳强度计算 S K K S ma cN ad cNv 11 1 1 )(1 m v N N N K 0 寿命系数： miaiadi K 等效应力幅：等效应力幅： )( )( 1 1 1 不计等效循环次数： cadi m ad adi i n i v nN 1 1- -6 6 规律性非稳定变应力下零件强度计算规律性非稳定变应力下零

40、件强度计算 三、零件疲劳强度计算三、零件疲劳强度计算 零件安全系数：零件安全系数： 非稳定问题的处理思路：对称化、稳定化非稳定问题的处理思路：对称化、稳定化 双向变应力：对称循环正应力和剪应力同时作用双向变应力：对称循环正应力和剪应力同时作用 双向变应力下零件极限应力图双向变应力下零件极限应力图AMAM B B 1 1- -7 7 双向变应力下零件疲劳强度计算双向变应力下零件疲劳强度计算 一、一、双向变应力极限应力线图双向变应力极限应力线图 一、双向变应力极限应力线图一、双向变应力极限应力线图 A B O M 二、双向变应力下零件安全系数二、双向变应力下零件安全系数 1 1- -7 7 双向变

41、应力下零件疲劳强度计算双向变应力下零件疲劳强度计算 二、双向变应力下零件安全系数二、双向变应力下零件安全系数 A B O M 1 1- -7 7 双向变应力下零件疲劳强度计算双向变应力下零件疲劳强度计算 二、双向变应力下零件安全系数二、双向变应力下零件安全系数 1)()( 22 S S S S 22 SS SS S ：双向变应力下安全系数 二、双向变应力下零件安全系数二、双向变应力下零件安全系数 S SS SS S 22 ma c K S 1 ma c K S 1 1 1- -7 7 双向变应力下零件疲劳强度计算双向变应力下零件疲劳强度计算 二、双向变应力下零件安全系数二、双向变应力下零件安全

42、系数 小结：双向变应力转化为单向变应力；小结：双向变应力转化为单向变应力； 非对称循环转化为对称循环；非对称循环转化为对称循环； M A B O M 1、安全系数的定义、安全系数的定义 机械零件强度计算小结：机械零件强度计算小结： 2、静强度安全系数计算、静强度安全系数计算 3、疲劳强度安全系数计算：、疲劳强度安全系数计算： 对称循环变应力计算为基础：对称循环变应力计算为基础： 非对称循环变应力非对称循环变应力对称化对称化 非稳定变应力非稳定变应力稳定化稳定化 双向变应力双向变应力单向化单向化 第第 2 章章 螺纹联接螺纹联接 主讲教师：巩云鹏主讲教师：巩云鹏 东北大学国家工科机械基础课程教学基地东北大学国家工科机械基础课程教学基地 一、联接的作用与分类 零件 构件 部件 机器 联接 联接 联接 1、动联接：被联接零件可相对运动运动副 2、静联接：被联接零件无相对运动构件 2 2- -1 1 螺纹联接基础知识螺纹联接基础知识 一、联接的作用与分类一、联接的作用与分类 (2) 不可拆联接：铆接、焊接、胶结 (3) 过盈配合：可 拆 温差法装入可拆 不可拆压如法装入 (1) 可拆联接： 螺纹、键、销、成型联接等 2 2、螺纹分类、螺纹分类