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1、北京理工大学 机械设计（） 总复习 第一章 绪论 本章重点是载荷和应力分析。 一、载荷 要了解载荷的形式和种类， 形式有： 集中力 F（N,kN )、 转矩 T (Nm,Nmm )、 弯矩 M (Nmm)、 功率P (KW) 功率与转矩、转速之间的关系： 种类有： 1、按载荷与时间的关系分类 （1）静载荷 不随时间变化或变化非常缓慢的载荷 （2）变载荷 大小和方向随时间变化而变化的载荷 1）随机变载荷：无规律变化 2）循环变载荷：有规律变化 2）循环变载荷 有规律变化 a 一般循环变载荷 b 对称循环变载荷 c 脉动循环变载荷 2、按应用计算场合分： 1）额定载荷 指原动机标 牌功率或由此而计
2、算出来 的载荷。也叫名义载荷。 2）工作载荷 指机器工作部分在某段时间、某种工况下实际 承受或输出的载荷。 3）计算载荷 考虑实际工作时的条件（如冲击、振动等）下 ，产生附加载荷后的全部载荷。通常是额定载荷乘以不 同的影响系数。 二、 应力分析 1、应力种类 （1）静应力 对称循环变应力 （a）循 环 变 应 力 脉动循环变应力 （2）变应力 （b） 随机变应力（略） 一般循环变应力 掌握应力的种类和变应力的主要参数的含义： 应 力 幅： a =（max - min）/ 2 平均应力： m =（max + min）/ 2 最大应力： max 最小应力： min 应力特性系数：r = min /
3、 max 变载变载 荷产产生变应变应 力，静载载荷也可能产产生变应变应 力！ 绘图说明当m =250MPa， r= 0.25时，应力随着时间的变化 曲线，这是什么应力？ 由：m =（max + min）/ 2 = 250（MPa ） ， r = min / max = 0.25， 求得 max = 400 （MPa ） min = 100 （MPa ） 为一般脉动循环变应力！ =常数 t t max min a m max a m max a min 对称循环变应力 脉动循环变应力 非对称循环变应力静应力 O t O O t O 最大 应力 最小 应力 应力 幅 最大 应力 平均 应力 应力
4、幅 应力 幅 最大 应力 最小 应力 平均 应力 最大应力max相等时，日r =-1时，零件最先破坏 一、断裂 应力超过零件的强度极限时所发生的断裂或当零件在循环变应 力的作用下危险截面所发生的疲劳断裂。螺栓齿轮 二、过大的变形 发生过大的弹性变形或由于零件上的应力超过材料的 屈服极限产生残余塑性变形。 三、表面损伤 表面疲劳（亦称点蚀） 零件表面在接触变应力长期作用 下产生微粒剥落的现象。 磨损（主要指磨粒磨损） 两个接触零件表面在相对运动过 程中表面物质丧失或转移的现象。 腐蚀 金属表面与周围的介质发生的电化学或化学侵蚀的现象。 四、破坏正常工作条件引起的失效 V带传动当负载大于摩擦力的极
5、限值时将发生打滑失效； 高速转动的零件当其转速与系统的固有频率相一致时会发生共振，以致引 起断裂失效； 液体润滑的滑动轴承当润滑油膜被破坏时将发生 胶合失效等。 机械零件的失效形式 机械零件由于某些原因不能正常工作，称为失效。 一、强度准则 强度是指零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性 变形及某些表面损伤的能力。 二、刚度准则 刚度指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力 三、寿命准则 影响零件寿命的因素是磨损、疲劳和腐蚀 四、振动稳定性准则 是指高速机器抵抗失稳的能力 五、散热性准则 进行热平衡计算 六、可靠性准则 械零件的计算准则 另一表达方式 SS 第二章 摩擦、磨损和润滑 一、摩擦 在外力作用下
6、，相互接触的两个物体作相对运动或 有相对运动的趋势时，其接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力 ，这一现象叫做摩擦，这时所产生的阻力叫做摩擦力。 边界摩擦（润滑） 边界润滑是指两摩擦表面被吸附在表 面的边界膜隔开，其摩擦性质与流体的粘度无关，只与边界膜 和表面的吸附性质有关。 液体摩擦（润滑） 当摩擦表面间的润滑膜厚度大到足以 将两个表面完全隔开，即形成了完全的液体润滑 。 混合摩擦（润滑 ） 当摩擦表面间处于边界摩擦和流体 摩擦的混合状态时称为混合润滑。 二、磨损 表面物质在摩擦过程中不断损失的现象称为磨损，可见磨 损是伴随摩擦而产生的必然结果。磨损会消耗材料，降低运转 精度，影响寿命和可靠性。但
7、磨损并非都是有害的，如机械的 跑合、利用磨损原理进行的加工（研磨、抛光）等。 1、一般磨损的过程 一般磨损过程大致分为三个阶段： （1） 跑合阶段 （2） 稳定磨损阶段 （3）急剧磨损阶段 3、润滑油、润滑脂以及添加剂 润滑油的主要质量指标是黏度，黏度越大，指油越稠，油膜 的承载能力就越高。温度对粘度的影响很大，温度升高，粘度降 低，在表明润滑油的粘度时，一定要注明温度，否则没意义！ 润滑脂的主要质量指标是 锥入度：它是表征润滑脂稀稠程度 的指标，针入度越大，润滑脂就越稀。 普通润滑油和润滑脂在一些十分恶劣的工作条件下（如高温 、低温、重载、真空等）会很快劣化变质，失去工作能力。为了 提高它们
8、的品质和使用性能，常加入某些分量很小（从百分之几 到百万分之几）但对其使用性能的改善起巨大作用的物质，这些 物质称为添加剂。 抗氧化添加剂 可抑制润滑油氧化变质； 降凝添加剂 可降低油的凝点； 油性添加剂 可提高油性； 极压添加剂 可以在金属表面形成一层保护膜，以减 轻磨损 清净分散添加剂 可使油中的胶状物分散和悬浮，以 防止堵塞油路和减少因沉积而造成的剧 烈磨损。 4、润滑状态的转化 在有润滑的状态下，摩擦表面究竟处于何种摩擦状态， 取决于两摩擦表面的粗糙度和润滑膜的厚度，对于具有一定 粗糙度的特定摩擦表面，改变某些影响润滑膜厚度的参数（ 如载荷、相对滑动速度和润滑剂的粘度等），将出现不同的
9、 摩擦状态，即发生边界摩擦、混合摩擦和流体摩擦之间的转 化。 如果改变工 作条件，如加大载 荷或者减小滑动速 度，都会使润滑状 态发生转化。 第三章 螺纹连接 一、螺纹主要参数 1、大径 d：螺纹标准中的公称直径，螺纹的最大直径 2、小径 d1: 螺纹的最小直径，强度计算中螺杆危险断 面的计算直径。 3、中径 d2: 近似于螺纹的平均直径， d2 (d1 + d) / 2 4、螺距 p: 相邻两螺纹牙平行侧面间的轴向距离。 5、导程 s: 同一条螺纹线上两螺纹牙之间的距离： s = np 6、螺旋升角 : 中径上s=d2tg =arctg(s/ d2) 螺纹的种类 二、螺纹的种类 P30 表3
10、-1 1、三角形螺纹 当量摩擦角大，自锁 性能好，主要用于连接 普通螺纹 圆柱管螺纹 2、矩形螺纹 当量摩擦角小， 3、梯形螺纹 传力大，效率高。 4、锯齿形螺纹 主要用于传动 螺纹连接的类型 1.螺栓连接 普通螺栓和铰制孔用螺栓 2.双头螺栓连接 3.螺钉连接 4.紧定螺钉连接 三、螺纹联接的预紧和防松 1、预紧的目的：增强连接的可靠性和紧密性，以防止 受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移；增加联 接刚度，提高防松能力；适当选用较大的 预紧力可提 高螺纹连接件的疲劳强度。 2、防松：螺纹联接虽然能自锁，但在受到冲击、振 动、温度变化等瞬时，螺纹联接的摩擦力会消失，产 生松动，故要有可靠的防
11、松措施。 传动效率 自锁条件 常用的放松措施有：P41 表3-5 1、摩擦防松 a对顶螺母 b弹簧垫圈 c自锁螺母 d尼龙圈锁紧螺母 2、机械防松 a开口销和槽形螺母 b止动垫片 c串联钢丝 d圆螺母带翅垫片 3 、破坏螺纹副关系 a焊接 b冲点 c粘合 四、单个螺栓的强度计算 一、受拉螺栓连接的强度计算 1. 松连接螺栓强度计算 强度条件 设计公式 2、紧连接螺栓强度计算 强度条件 设计公式 五、螺栓组中单个螺栓受力计算 1、受横向载荷 R 的螺栓组联接 只受到正应力和扭转切应力 总的横向载荷为：R 共有螺栓 z 个 单个螺栓所受的横向载荷为：Fs = R / z 1）普通螺栓联接 以接触面
12、间的摩擦力与载荷平衡，即: z F f m R F R/ z f m 式中： m: 接触面个数 Kn : 可靠性系数， Kn = 1.1 1.3 f : 接触面间摩擦系数 2）铰制孔螺栓联接 只受剪切和挤压应力 靠螺栓外径和螺栓孔 之间的接触来平衡 外载 Fs = R / z 2、载荷为转矩 T 的螺栓组联接 1）普通螺栓联接 以接触面间的摩擦力矩与 载荷 平衡，即： Ffcr1+Ffcr2+.+FfcrnT F = KnT / fc (r1+r2 +.+rn) 式中： Kn : 可靠性系数， Kn = 1.1 1.3 2）铰制孔螺栓联接 在载荷T的作用下，每个螺栓都承受剪切和挤压，假定底 板
13、和座体皆为刚性体，则处于半径r越大的螺栓，受到剪切变 形也越大，承受的横向力也越大， 有： 力的平衡条件是： 联立：得 最远处的螺栓，受到 最大的工作剪力： 2、受轴向载荷 FQ 的螺栓组联接 单个螺栓所受的轴向载荷为： F = FQ / z 螺栓工作前受力： F （预紧力） 被联接件工作前受力： F（预紧力） 螺栓工作时受力： F0 = F” + F 被联接件工作时受力： F” （残余预紧力） 螺栓工作时受力： F0 也可以这样计算 F0 = F+F 而 F= CL L 工作载荷：F= F +F1 = CL L + CF F F0 = F+F = F+ CL F / (CL + CF) = F +KcF 式中： Kc 为螺栓联接的相对刚度 CL为螺栓的刚度， CF为被联接件的刚度 F0 = F” + F F0 = F+F = F+ CL F / (CL + CF) = F +KcF F +KcF= F” + F F F” = F KcF =(1-Kc) F = CF F / (CL + CF) 应力幅 5. 载荷为组合载荷的螺栓组分析方法： 1） 将载荷向螺栓组形心等效变换，均为4种简单载 荷的组合。 2）按前面的方法，分别对简单载荷单独分析。 3）将简单载荷单独分析的
