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1、机械设计第九版课件附带习题答案一、机械（机器）的组成一、机械（机器）的组成一、机械（机器）的组成一、机械（机器）的组成我们以洗衣机为例，来说明机械的组成：电动机进水排水涡轮皮带传动控制部分：正转时间 反转时间图1 洗衣机机构示意图图2 机械（机器）的组成（按功能分）原动机传动机工作机辅助系统控制系统 原动机部分原动机部分是驱动整部机器以完成预定功能的动力源； 执行部分执行部分是用来完成机器预定功能的组成部分； 传传动动部部分分是把原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。 以上是从功能上分析机械的组成，下面从结构上看：零件：是机械的制造单元，机器的基本组成要
2、素就是机械零件。部件：按共同的用途组合起来的独立制造或独立装配的组合体。 如减速器、离合器等。按大小来分：机械（机器）部 件零 件图3 机械（机器）的组成（按大小分）二、机械设计步骤二、机械设计步骤二、机械设计步骤二、机械设计步骤计划阶段计划阶段提出要求洗衣机自动进水洗 涤甩干（脱水）方案设计方案设计提出尽可能多的解决方法筛选、决策、评价（可靠性、经济上），选出最佳方案。单 缸双 缸滚 筒模糊控制自适应控制双模控制技术设计技术设计目的：确定机械中各个零部件的结构尺寸（量化）绘图、对方案具体实施，出图。技术文件编制技术文件编制：编制设计计算说明书。三、零件的设计步骤三、零件的设计步骤失效的定义：
3、在正常的工作条件下，机械零件丧失工作能力或达不到工作性能要求时，就称为零件失效。机械零件的失效形式整体断裂过大的残余变形腐蚀、磨损和接触疲劳机械零件的工作能力强度刚度机械零件计算准则强度准则：刚度准则：寿命准则：（表示耐磨程度）寿命（耐磨性、耐腐蚀性） 下面我们以设计千斤顶立柱为例，来说明机械零件的设计步骤：dl车自重W=2000kg=2吨s为屈服极限由此可求出d；其中Smin根据工作环境来定。机械零件的设计大体要经过以下几个步骤： 1、载荷分析（受力分析）：W 2、应力分析：3、失效分析：断裂4、材料的选择：45#钢、40Crs（手册查到）5、确定计算准则：（依据防止断裂失效）6、计算零件的
4、主要尺寸： 7、结构设计l：（根据人体的情况，操作情况）其他尺寸 8、制图：设计最后都是用图纸来表达，然后拿到工厂去加工。 这不仅是零件设计的一般步骤，而且也是讲课的顺序。四课程的主要内容四课程的主要内容 概括地说，机械零件可以分为两大类：本书讨论的具体内容是：（设计方法、步骤、原理） 1） 传动部分带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动以及螺旋传动等； 2） 联接部分螺纹联接，键、花键及无键联接，销钉联接，铆接、焊接、胶接与过盈配合联接等； 3） 轴系部分滑动轴承、滚动轴承、联轴器与离合器以及轴等； 4） 其他部分弹簧、机座与箱体、减速器等；零件通用零件专用零件传动件连接件轴系件其 他（如螺钉、
5、齿轮、链轮等）五、特点五、特点1、实践性比较强。理论性差一些，经验、半经验公式，实验得出比较多；理论推导出的比较少，答案不唯一。2、综合性比较强。 受力分析 理论力学 应力分析 材料力学 材料选择 材料与热处理3、承上启下的作用。它是最后一门专业基础课，起到承接基础课和专业课的桥梁作用。六、要求六、要求 以听课为主，自学为辅，考试内容以讲课和要求自学的为主，答疑两周一次，具体时间待定。考核 20%+80% 平时作业质量、出席情况、实验数目占20%，期末考试占80%，要求课内：课外用时是1：2。七、水平七、水平1）掌握通用机械零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，具有设计机械传动装置和简单机
6、械的能力；2）树立正确的设计思想，了解国家当前的有关技术经济政策；3）具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力；机械设计手册其中的一个标准是查手册的能力；4）掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技术的基本训练；5）对机械设计的新发展有所了解。1、机器的基本组成要素是什么？2、什么是通用零件？什么是专用零件？试各举三个实例？3、一台完整的机器通常是由哪些基本部分组成？各部分的作用是什么？4、机械零件有哪些主要的失效形式？5、机械零件常用的有哪些计算准则？它们是针对什么失效形式而建立的？6、机械零件设计的一般步骤有哪些？ 第一章结束习习 题题第二章第二章 机械零件的疲劳强度计算机械零
7、件的疲劳强度计算一、变应力的分类二、变应力参数三、几种特殊的变应力四、疲劳曲线（对称循环变应力的N曲线）五、（非对称循环变应力的）极限应力图六、影响疲劳强度的因素七、不稳定变应力的强度计算八、复合应力状态下的强度计算（弯扭联合作用）一、变应力的分类一、变应力的分类一、变应力的分类一、变应力的分类周期时间ta）稳定循环变应力a）随时间按一定规律周期性变化，而且变化幅度保持常数的变应力称为稳定循环变应力。如图2-1a所示。变应力循环变应力（周期）稳定不稳定循环变应力简单复合对 称脉 动非对称随机变应力（非周期）周 期tb）不稳定循环变应力尖峰应力C）随机变应力图2-1变应力的分类b）若变化幅度也是
8、按一定规律周期性变化如图2-1b所示，则称为不稳定循环变应力。c）如果变化不呈周期性，而带有偶然性，则称为随机变应力，如图2-1c所示。二、变应力参数二、变应力参数二、变应力参数二、变应力参数 图2-2给出了一般情况下稳定循环变应力谱的应力变化规律。a0tmaxmmina0tmaxmmin图2-2稳定循环变应力 图2-2给出了一般情况下稳定循环变应力谱的应力变化规律。零件受周期性的最大应力max及最小应力min作用，其应力幅为a，平均应力为m，它们之间的关系为规定：1、a总为正值； 2、a的符号要与m的符号保持一致。其中：max变应力最大值；min变应力最小值；m平均应力； a应力幅；r循环特
9、性，-1 r +1。 由此可以看出，一种变应力的状况，一般地可由max、min、m、a及r五个参数中的任意两个来确定。a0tmaxmmina0tmaxmmin图2-2稳定循环变应力三、几种特殊的变应力三、几种特殊的变应力 特殊点：0tm静应力max=min=ma=0r=+10tmaxmin对称循环变应力max=min=am=0r=-10tmaxmmin脉动循环变应力min=0a=m=max/2r=0 不属于上述三类的应力称为非对称循环应力，其r在+1与-1之间，它可看作是由第一类（静应力）和第二类（对称循环应力）叠加而成。例例1 已知：max=200N/mm2，r =0.5，求：min、a、m
10、。解：a0tmaxmmin20050-100例2 已知：a= 80N/mm2，m=40N/mm2 求：max、min、r、绘图。解：a0tmaxmmin40-40-120例3 已知：A截面产生max=400N/mm2，min=100N/mm2 求：a、m，r。FaFaFraAFrMb弯曲应力a0tm100-150-4000ta0tm= 稳定循环变应力R=1对称循环R=1静应力解：例4 如图示旋转轴，求截面A上max、min、a、m及r。Pr=6000APx=3000Nd=50150l=300b弯曲应力解：Pr A：对称循环变应力Px A：静压力 =0tbPr（对称循环）0tcPx（静应力）a0
11、tm34.472-3636-1.528-37.528合成后（稳定循环变应力）第二章第二章 机械零件的疲劳强度计算（习题）机械零件的疲劳强度计算（习题）一、选择题1、机械设计课程研究的内容只限于 。（1）专用零件和部件；（2）在高速、高压、环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件；（3）在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件；（4）标准化的零件和部件。2、下列四种叙述中 是正确的。（1）变应力只能由变载荷产生；（2）静载荷不能产生变应力；（3）变应力是由静载荷产生；（4）变应力是由变载荷产生，也可能由静载荷产生。343、发动机连杆横截面上的应力变化规律如图所
12、示，则该变应力的应力比r为 。（1）0.24；（2）-0.24；（3）-4.17；（4）4.17。4、发动机连杆横截面上的应力变化规律如题3图所示，则其应力幅a和平均应力m分别为 。（1）a = 80.6Mpa，m = 49.4Mpa；（2）a = 80.6Mpa，m = -49.4Mpa；（3）a = 49.4Mpa，m = 80.6Mpa；（4）a = 49.4Mpa，m = 80.6Mpa。5、变应力特性max、min、m、a及r等五个参数中的任意 来描述。（1）一个；（2）两个；（3）三个；（4）四个。t31.2N/mm2-130N/mm202226、机械零件的强度条件可以写成 。（1
13、） ， 或 ，（2） ， 或 ，（3） ， 或 ，（4） ， 或 ，7、一直径d=18mm的等截面直杆， 杆长为800mm，受静拉力F=36kN，杆材料的屈服点s=270Mpa， 取许用安全系数S=1.8， 则该杆的强度 。（1）不足；（2）刚好满足要求；（3）足够。8、在进行疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的 。（1）屈服点；（2）疲劳极限；（3）强度极限：（4）弹性极限。二、分析与思考题1、什么是变应力的应力比r？静应力、脉动循环变应力和对称循环变应力的r值各是多少？332 静应力r静=1 ； 脉动循环r脉=0 ；对称循环变应力r=-1 。解：2、图示各应力随时间变化的图形分别表示什么类
14、型的应力？它们的应力比分别是多少？0tmax0tmaxmminaa)b)0tmaxmmin=0a0tmaxam=0c)d)解：a）静应力r=1；b）非对称（或稳定）循环变应力 0 r +1；c）脉动循环r = 0；d）对称循环r=1。四、疲劳曲线（对称循环变应力的四、疲劳曲线（对称循环变应力的 N曲线）曲线）疲劳曲线的定义：表示应力循环次数N与疲劳极限的关系曲线。a大N小a中N中a小N大Fr 曲线上各点表示在相应的循环次数下，不产生疲劳失效的最大应力值，即疲劳极限应力。从图上可以看出，应力愈高，则产生疲劳失效的循环次数愈少。 在作材料试验时，常取一规定的应力循环次数N0，称为循环基数，把相应于
15、这一循环次数的疲劳极限，称为材料的持久疲劳极限，记为1（或r）。有限寿命区N0N3N2N1-1321Nr=1无限寿命区lgN0lgNa）为线性坐标上的疲劳曲线；b）为对数坐标上的疲劳曲线图2 疲劳曲线（N） 疲劳曲线可分成两个区域：有限寿命区和无限寿命区。所谓“无限”寿命，是指零件承受的变应力水平低于或等于材料的疲劳极限1，工作应力总循环次数可大于N0，零件将永远不会产生破坏。 在有限寿命区的疲劳曲线上，NN0所对应的各点的应力值，为有限寿命条件下的疲劳极限。 对低碳钢而言，循环基数N0=106107； 对合金钢及有色金属，循环基数N0=108或（5108）；变应力与在此应力作用下断裂时的循环
16、次数N之间有以下关系式：此式称为疲劳曲线方程（或N曲线方程）。其中：1N r=-1时有限寿命疲劳极限应力； N 与1N对应的循环次数； m 与材料有关的指数； C 实验常数；(m、c根据实验数据通过数理统计得到)。 1 r=-1时持久疲劳极限应力； N0 循环基数； 由上式，对于不同的应力水平，可写出下式：因而材料的有限寿命（即寿命为N时）的疲劳极限1N则为： 利用上式，可求得不同循环次数N时的疲劳极限值1N，kN称为寿命系数。例题2-1： 某零件采用塑性材料，1=268N/mm2（N0=107，m=9），当工作应力max=240 （或300）N/mm2，r=1，试按下述条件求材料的疲劳极限应力，并在N曲线上定性标出极限应力点和工作应力点，Sca。 （1）N=N0 （2）N=106解： N0=107N=106-1=268300346N240当 时：将会失效。五、（非对称循环变应力的）极限应力图五、（非对称循环变应力的）极限应力图 以上所讨论的N曲线，是指对称应力时的失效规律。对于非对称的变应力，必须考虑循环特性r对疲劳失效的影响。 在作材料试验时，通常是求出对称循环及脉动循环的疲劳极限
