《CH2机械零件的强度及耐磨性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CH2机械零件的强度及耐磨性（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1. 载荷载荷机器正常工作时所受的实际载荷机器正常工作时所受的实际载荷 (一般难以确定一般难以确定)名义载荷：名义载荷：静应力：静应力：工作载荷：工作载荷：按原动机功率求得按原动机功率求得(理想状态理想状态)功率功率 kW转速转速 r/min计算载荷：计算载荷：载荷系数载荷系数(考虑各种附加载荷考虑各种附加载荷)2. 不随时间而变的应力不随时间而变的应力变应力：变应力： 随时间而变的应力随时间而变的应力稳定循环：稳定循环：不稳定循环：不稳定循环：随机：随机：不随时间变不随时间变之一随时间变之一随时间变变化无规律变化无规律仅讨论稳定循环变应力仅讨论稳定循环变应力第二章第二章 机械零件的强度及耐磨
2、性机械零件的强度及耐磨性第一节第一节 机械零部件设计中的载荷和应力机械零部件设计中的载荷和应力13. 几种稳定循环变应力几种稳定循环变应力(1) 变应力参数变应力参数 ( 以正应力以正应力为例、可将为例、可将替换替换)最大应力最大应力最小应力最小应力应力幅应力幅平均应力平均应力(2) 对称循环变应力对称循环变应力循环特征循环特征(3) 脉动循环变应力脉动循环变应力(4) 静应力静应力脉动循环变应力脉动循环变应力对称循环变应力对称循环变应力非对称循环变应力非对称循环变应力已知已知 2 个参数个参数可确定其余参数可确定其余参数静应力静应力2第二节第二节 机械零件的疲劳强度机械零件的疲劳强度1. 危
3、险剖面的应力危险剖面的应力正应力：正应力：剪应力：剪应力：极限应力极限应力脆性材料取强度极限脆性材料取强度极限塑性材料取屈服极限塑性材料取屈服极限2. 危险剖面的安全系数危险剖面的安全系数一、静应力作用下的强度条件一、静应力作用下的强度条件3二、变应力作用下的强度条件二、变应力作用下的强度条件1. 静、变应力下的零件损坏和极限应力静、变应力下的零件损坏和极限应力(1) 零件损坏机理零件损坏机理静应力作用下：静应力作用下： 危险剖面塑性变形或断裂危险剖面塑性变形或断裂变应力作用下：变应力作用下： 疲劳断裂疲劳断裂零件表面应力超过极限值零件表面应力超过极限值微裂纹微裂纹扩展扩展断裂断裂(2) 极限
4、应力极限应力静应力极限应力：静应力极限应力： 与材料性能有关与材料性能有关变应力疲劳极限：变应力疲劳极限： 与材料有关外，还与与材料有关外，还与循环特征循环特征r r 应力循环次数应力循环次数N N 有关有关应力集中、绝对尺寸、表面状态应力集中、绝对尺寸、表面状态42. 不同循环次数不同循环次数 N 时的疲劳极限时的疲劳极限(1) (1) 疲劳曲线疲劳曲线在循环特征为在循环特征为 r r 的变应力作用下的变应力作用下对一组试样作疲劳试验对一组试样作疲劳试验一个一个值值记录下试样破坏的记录下试样破坏的值值(2) (2) 循环基数循环基数当当值小到某一数值时，值小到某一数值时，“无数无数”次循环试
5、样都不会次循环试样都不会疲劳破坏，则用疲劳破坏，则用替代替代“无数无数”次。次。如碳钢如碳钢(3) (3) 材料疲劳极限材料疲劳极限与与对应的值对应的值曲线方程：曲线方程：(4) (4) 不同不同 N N 的疲劳极限的疲劳极限当当时时当当时时53. 不同应力循环特征不同应力循环特征 r 时的疲劳极限时的疲劳极限(1) (1) 材料的极限应力材料的极限应力简图简图已知材料的机械性能已知材料的机械性能可作可作简图简图折线折线ADGADG上任一点，表示在上任一点，表示在不同不同 r r 时的疲劳极限时的疲劳极限对于对于n n 点点 ( (工作应力为工作应力为和和)应力循环特征：应力循环特征：对应的疲
6、劳极限：对应的疲劳极限：等效系数等效系数6对于塑性材料对于塑性材料DGDG上任一点代表上任一点代表ADAD上任一点代表一定上任一点代表一定 r r 的材料疲劳极限的材料疲劳极限对于对于D D点点结论：结论：材料疲劳极限材料疲劳极限当工作应力当工作应力( (和和) )的循环特征的循环特征当工作应力当工作应力( (和和) )的循环特征的循环特征材料疲劳极限材料疲劳极限7(2) 2) 考虑应力集中、绝对尺寸、表面状态时的疲劳极限考虑应力集中、绝对尺寸、表面状态时的疲劳极限应力集中：零件剖面几何形状突变处疲劳极限降低应力集中：零件剖面几何形状突变处疲劳极限降低用应力集中系数用应力集中系数来考虑来考虑绝
7、对尺寸：剖面绝对尺寸大、出现缺陷概率大、疲劳极限降低绝对尺寸：剖面绝对尺寸大、出现缺陷概率大、疲劳极限降低用绝对尺寸系数用绝对尺寸系数来考虑来考虑表面状态表面状态：表面光滑或强化处理、能提高疲劳极限：表面光滑或强化处理、能提高疲劳极限用用表面状态表面状态系数系数来考虑来考虑综合影响系数综合影响系数或或考虑各因素影响考虑各因素影响8用用或或修正纵坐标修正纵坐标(应力幅部分应力幅部分)零件的疲劳极限零件的疲劳极限零件的疲劳极限零件的疲劳极限结论：结论：对于塑性材料对于塑性材料9(3) 3) 单向应力状态下的安全系数单向应力状态下的安全系数安全系数定义：安全系数定义：对于塑性材料对于塑性材料当当时时
8、当当时时以上正应力公式，用以上正应力公式，用替代替代则对剪应力同样适用则对剪应力同样适用注意注意10第三节第三节 机械零件的接触强度机械零件的接触强度 整体强度整体强度整体强度整体强度：零件在较大的体积内受载时产生应力，此应力状：零件在较大的体积内受载时产生应力，此应力状：零件在较大的体积内受载时产生应力，此应力状：零件在较大的体积内受载时产生应力，此应力状态下的强度称为整体强度。态下的强度称为整体强度。态下的强度称为整体强度。态下的强度称为整体强度。 接触强度接触强度接触强度接触强度：两个点、线接触的零件受载后在接触处产生的局：两个点、线接触的零件受载后在接触处产生的局：两个点、线接触的零件
9、受载后在接触处产生的局：两个点、线接触的零件受载后在接触处产生的局部应力。这时零件强度称为接触强度。部应力。这时零件强度称为接触强度。部应力。这时零件强度称为接触强度。部应力。这时零件强度称为接触强度。 疲劳点蚀疲劳点蚀疲劳点蚀疲劳点蚀：作周期性变化的接触应力使零件表面形成一些小：作周期性变化的接触应力使零件表面形成一些小：作周期性变化的接触应力使零件表面形成一些小：作周期性变化的接触应力使零件表面形成一些小坑的现象。疲劳点蚀使减小了接触面积，损坏了零件表面坑的现象。疲劳点蚀使减小了接触面积，损坏了零件表面坑的现象。疲劳点蚀使减小了接触面积，损坏了零件表面坑的现象。疲劳点蚀使减小了接触面积，损
10、坏了零件表面, , 降低降低降低降低了零件承载能力了零件承载能力了零件承载能力了零件承载能力, , 并引起振动和噪声。它是齿轮、滚动轴承等零并引起振动和噪声。它是齿轮、滚动轴承等零并引起振动和噪声。它是齿轮、滚动轴承等零并引起振动和噪声。它是齿轮、滚动轴承等零件的主要失效形式。件的主要失效形式。件的主要失效形式。件的主要失效形式。 11 接触疲劳强度的判定条件为：接触疲劳强度的判定条件为：接触疲劳强度的判定条件为：接触疲劳强度的判定条件为： H H H H = = HlimHlim/ /S SH H ( ( HlimHlim由实验测得由实验测得由实验测得由实验测得, , S SH H 1)1)
11、 若两零件硬度不同，常以较软零件的接触疲若两零件硬度不同，常以较软零件的接触疲若两零件硬度不同，常以较软零件的接触疲若两零件硬度不同，常以较软零件的接触疲 劳极限为准。劳极限为准。劳极限为准。劳极限为准。 接触应力的特点接触应力的特点接触应力的特点接触应力的特点大小相等、方向相反；大小相等、方向相反；大小相等、方向相反；大小相等、方向相反；左右对称；左右对称；左右对称；左右对称；稍离接触区中线即迅速降低等。稍离接触区中线即迅速降低等。稍离接触区中线即迅速降低等。稍离接触区中线即迅速降低等。12第四节机械零件中的摩擦、磨损和润滑第四节机械零件中的摩擦、磨损和润滑一、机械中的摩擦一、机械中的摩擦
12、根根据据摩摩擦擦副副的的表表面面润润滑滑状状态态，摩摩擦擦可可分分为为干干摩摩擦擦、边边界界摩摩擦擦、流体摩擦和混合摩擦。流体摩擦和混合摩擦。 1. 1.干摩擦：表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩干摩擦：表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦；擦；2.2.边界摩擦：表面间被极薄的润滑膜所隔开，且摩擦性质与润边界摩擦：表面间被极薄的润滑膜所隔开，且摩擦性质与润滑剂的粘度无关而取决于两表面的特性和润滑油油性的摩擦；滑剂的粘度无关而取决于两表面的特性和润滑油油性的摩擦；3.3.流体摩擦：表面间的润滑膜把摩擦副完全隔开，摩擦力的大流体摩擦：表面间的润滑膜把摩擦副完全隔开，摩擦力的大小
13、取决于流体分子内部摩擦力的摩擦；小取决于流体分子内部摩擦力的摩擦；4.4.混合摩擦：摩擦副处于干摩擦、边界摩擦和流体摩擦混合状混合摩擦：摩擦副处于干摩擦、边界摩擦和流体摩擦混合状态时的摩擦。态时的摩擦。 13机械设计中摩擦约束的实质机械设计中摩擦约束的实质摩擦具有二重性：摩擦具有二重性：一方面，摩擦是有利的；一方面，摩擦是有利的；此时摩擦约束条件是：摩擦必须足够大，即摩擦系数或摩擦力此时摩擦约束条件是：摩擦必须足够大，即摩擦系数或摩擦力矩或摩擦力应大于规定的许用值，以保证机器工作的可靠性；矩或摩擦力应大于规定的许用值，以保证机器工作的可靠性；另一方面，摩擦是有害的，会带来能量损耗、工作温度上升
14、，另一方面，摩擦是有害的，会带来能量损耗、工作温度上升，还会产生振动和噪声；还会产生振动和噪声；此时摩擦约束条件是：摩擦系数、温升不超过许用值，效率不此时摩擦约束条件是：摩擦系数、温升不超过许用值，效率不低于许用值或摩擦的能耗不超过许用值等。低于许用值或摩擦的能耗不超过许用值等。影响摩擦的主要因素影响摩擦的主要因素 (1)(1)表面膜的影响：用自然或人工的方法在金属表面上形成一表面膜的影响：用自然或人工的方法在金属表面上形成一层很薄的膜，可以降低摩擦；层很薄的膜，可以降低摩擦；(2)(2)摩擦副材料性质的影响：互溶性较大的金属摩擦副，摩擦系摩擦副材料性质的影响：互溶性较大的金属摩擦副，摩擦系数
15、较大；反之，摩擦系数较小。材料的硬度对摩擦系数也有一定的数较大；反之，摩擦系数较小。材料的硬度对摩擦系数也有一定的影响，一般而言，硬度越高，摩擦系数越小。影响，一般而言，硬度越高，摩擦系数越小。(3)(3)摩擦副表面粗糙度的影响：表面粗糙度数值减小，摩擦系数摩擦副表面粗糙度的影响：表面粗糙度数值减小，摩擦系数越低。越低。(4)(4)摩擦表面间润滑的影响：干摩擦的摩擦系数一般大于摩擦表面间润滑的影响：干摩擦的摩擦系数一般大于0.10.1；边界摩擦、混合摩擦次之，通常约在边界摩擦、混合摩擦次之，通常约在0.010.010.10.1之间；液体摩擦的摩之间；液体摩擦的摩擦系数最小，油润滑时最小可达擦系
16、数最小，油润滑时最小可达0.0010.0010.0080.008。 14二、机械中的磨损二、机械中的磨损1 1、磨损的定义和分类、磨损的定义和分类磨损：由于表面的相对运动而使物体工作表面的物质不断损失的现象。磨损：由于表面的相对运动而使物体工作表面的物质不断损失的现象。按磨损的损伤机理磨损可分为：粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和腐按磨损的损伤机理磨损可分为：粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损。蚀磨损。粘着磨损：摩擦表面的微凸体在相互作用的各点发生粘着作用，使材料由粘着磨损：摩擦表面的微凸体在相互作用的各点发生粘着作用，使材料由一表面转移到另一表面的磨损；一表面转移到另一表面的磨损；磨
17、粒磨损：摩擦表面间的游离硬颗粒或硬的微凸体峰间在较软的材料表面磨粒磨损：摩擦表面间的游离硬颗粒或硬的微凸体峰间在较软的材料表面上犁刨出很多沟纹的微切削过程；上犁刨出很多沟纹的微切削过程；表面疲劳磨损：摩擦表面受循环接触应力作用到达一定程度时，就会在零表面疲劳磨损：摩擦表面受循环接触应力作用到达一定程度时，就会在零件工作表面形成疲劳裂纹，随着裂纹的扩展与相互连接，会造成许多微粒从零件工作表面形成疲劳裂纹，随着裂纹的扩展与相互连接，会造成许多微粒从零件表面上脱落下来，致使表面上出现许多浅坑，这种磨损过程即为疲劳磨损；件表面上脱落下来，致使表面上出现许多浅坑，这种磨损过程即为疲劳磨损；腐蚀磨损：在摩
18、擦过程中金属与周围介质发生化学反应而引起的磨损。腐蚀磨损：在摩擦过程中金属与周围介质发生化学反应而引起的磨损。 2 2、磨损过程、磨损过程一个零件的磨损过程大体可分为三个阶段：磨合磨损阶段、稳定磨损阶段一个零件的磨损过程大体可分为三个阶段：磨合磨损阶段、稳定磨损阶段及剧烈磨损阶段。及剧烈磨损阶段。 磨损具有二重性。磨损具有二重性。 3 3、减少磨损的措施、减少磨损的措施 (1) (1)正确选用材料正确选用材料 (2) (2)进行有效的润滑进行有效的润滑 (3) (3)采用适当的表面处理采用适当的表面处理 (4) (4)改进结构设计，提高加工和装配精度改进结构设计，提高加工和装配精度 (5) (
19、5)正确的使用、维修与保养正确的使用、维修与保养15（一）润滑剂（一）润滑剂 轴承润滑的目的在于降低摩擦功耗，减少磨损，同轴承润滑的目的在于降低摩擦功耗，减少磨损，同时还可起到冷却、吸振、防锈等作用。时还可起到冷却、吸振、防锈等作用。 润滑对滑动轴承的工作能力和使用寿命有重大影响。润滑对滑动轴承的工作能力和使用寿命有重大影响。润滑剂可以分为：润滑剂可以分为：a. 液体润滑剂液体润滑剂润滑油（粘度）润滑油（粘度）b. 半固体润滑剂半固体润滑剂润滑脂（稠度和针入度）润滑脂（稠度和针入度）c. 固体润滑剂固体润滑剂三、机械中的润滑三、机械中的润滑161、润滑油、润滑油 粘度表示了液体流动的内摩擦性能
20、。或者说粘度表示了液体流动的内摩擦性能。或者说是流体抵抗剪切变形的能力。是流体抵抗剪切变形的能力。 润滑油沿油层垂直润滑油沿油层垂直方向的速度的变化率叫方向的速度的变化率叫做速度梯度，因此层与做速度梯度，因此层与层存在的液体内部摩擦层存在的液体内部摩擦剪应力为：剪应力为：为油层中任一点的速度，为油层中任一点的速度，是对应于一点的速度梯度；是对应于一点的速度梯度；是比例系数，即液体的是比例系数，即液体的动力粘度动力粘度，简称粘度。，简称粘度。17 动力粘度的量纲是：力时间/长度2，国际单位为：Ns/m2（Pas）动力粘度的物理单位是P（泊）或cP（厘泊），1P=100cP。 动力粘度又称为绝对粘
21、度，主要用于流体动力学计算。1Pas= 1Ns/m2 = 10P=1000cP运动粘度 等于动力粘度与液体密度 的比值：的国际单位是m2/s，常采用物理单位St（斯）或cSt（厘斯），1St=100cSt 1St=100cSt=10-4 m2/s18 润滑油的粘度是随润滑油的粘度是随温度的温度的升高而降低升高而降低的。的。 润滑油的粘度润滑油的粘度随压力的升随压力的升高而增大高而增大，当压力不高时（小于，当压力不高时（小于100个大气压），变化极小。个大气压），变化极小。 润滑油的运动粘度通常润滑油的运动粘度通常是用毛细管粘度计测量的。是用毛细管粘度计测量的。19 工业上广泛应用的矿物油，是从
22、石油中工业上广泛应用的矿物油，是从石油中 经过提取燃油后剩下的重油，再经过减压蒸馏经过提取燃油后剩下的重油，再经过减压蒸馏精制而成。精制而成。 国家标准中按用途不同分有机械油、汽轮国家标准中按用途不同分有机械油、汽轮机油及齿轮油等。机油及齿轮油等。 根据粘度的不同，每种油又分为不同的牌根据粘度的不同，每种油又分为不同的牌号，油号越大粘度越高。号，油号越大粘度越高。202、 润滑脂润滑脂 润滑脂是由润滑油和各种稠化剂（如钙、钠、润滑脂是由润滑油和各种稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成的。铝、锂等金属皂）混合稠化而成的。作为基础油的大多数是矿物油，也有合成油。作为基础油的大多数是矿物油
23、，也有合成油。稠化剂大多数是金属皂类，也有非金属皂类。稠化剂大多数是金属皂类，也有非金属皂类。根据皂类的不同，有钙基、钠基、锂基和铝基润滑脂。根据皂类的不同，有钙基、钠基、锂基和铝基润滑脂。 钠基脂不耐水而耐高温；钙基脂耐水但不钠基脂不耐水而耐高温；钙基脂耐水但不耐高温；锂基脂既耐水又耐高温。耐高温；锂基脂既耐水又耐高温。211） 针入度：针入度：用质量为用质量为150g的标准圆锥体在的标准圆锥体在250C的的 恒温下，由脂表面经恒温下，由脂表面经5秒钟后沉入脂内的深度。秒钟后沉入脂内的深度。润滑脂的主要性能是：润滑脂的主要性能是：2）滴点：滴点：在规定的加热条件下，润滑脂从标准量杯在规定的加
24、热条件下，润滑脂从标准量杯的孔口滴下第一滴时的温度。的孔口滴下第一滴时的温度。223 、固体润滑剂、固体润滑剂 在摩擦表面间加入固体粉末代替流体膜来在摩擦表面间加入固体粉末代替流体膜来润滑，称为固体润滑剂。润滑，称为固体润滑剂。 常用的固体润滑剂有：石墨、二硫化钼和常用的固体润滑剂有：石墨、二硫化钼和聚四氟乙烯，另外还有二硫化钨等。聚四氟乙烯，另外还有二硫化钨等。 一般在超出润滑油使用范围之外才考虑使用。一般在超出润滑油使用范围之外才考虑使用。来润滑，称为固体润滑剂。来润滑，称为固体润滑剂。23(二二) 润滑方法润滑方法 润滑剂的供应方法可以分为分散润滑和集中润润滑剂的供应方法可以分为分散润滑
25、和集中润滑。集中润滑是对所有润滑点采用统一的润滑系统，滑。集中润滑是对所有润滑点采用统一的润滑系统，通过油管分送润滑油，装置复杂，使用方便。通过油管分送润滑油，装置复杂，使用方便。 油润滑有间歇润滑与连续润滑；脂润滑通常油润滑有间歇润滑与连续润滑；脂润滑通常采用间歇供应。采用间歇供应。各种润滑装置各种润滑装置24油芯式油杯油芯式油杯润滑脂油杯润滑脂油杯针阀式油杯针阀式油杯 1手柄手柄 2.螺母螺母 3.针杆针杆4.簧片簧片 5.观察孔观察孔 6.滤网滤网25油环润滑油环润滑26四、摩擦、磨损和润滑的研究在机械设计中的地位和作用四、摩擦、磨损和润滑的研究在机械设计中的地位和作用摩擦是造成能量损失的主要原因。摩擦会导致磨损，摩擦是造成能量损失的主要原因。摩擦会导致磨损，而磨损所造成的损失更是惊人。据统计，磨损造成的损失而磨损所造成的损失更是惊人。据统计，磨损造成的损失是摩擦损失的是摩擦损失的1212倍。在失效的机械零件中，大约有倍。在失效的机械零件中，大约有80%80%是由是由于各种形式的磨损所造成。于各种形式的磨损所造成。27
