【正文】 強度疲勞強度設(shè)計的主要內(nèi)容之一是計算危險剖面處的安全系數(shù)，以判斷零件的安全程度。用表面狀態(tài)系數(shù)、計入表面質(zhì)量的影響。（注：鋼件和鑄件的、見教材或有關(guān)手冊），當(dāng)缺少的數(shù)據(jù)時，可取。（注：幾種典型情況下的、見教材或有關(guān)手冊）當(dāng)同一剖面上同時有幾個應(yīng)力集中源時，應(yīng)采用其中最大的疲勞缺口系數(shù)進行計算。局部應(yīng)力大于名義應(yīng)力。就是說：前邊講的，、（）、等，實際上都是標準試件（或試驗零件）的疲勞性能指標。由上式可得出： —— 脈動循環(huán)下的極限應(yīng)力☆ 如果知道，應(yīng)力比r，則可根據(jù)：AD直線的方程求出相應(yīng)的 對于低塑性鋼或鑄鐵，通?？梢院喕扇缦聢D所示。用于將平均應(yīng)力等效地折算成應(yīng)力幅。其上的點表示屈服極限如果材料承受的工作應(yīng)力點落在折線ADG以內(nèi)，則是安全的（不含破壞）。對GD線，是因為從屈服強度考慮，不論是受靜應(yīng)力還是受變應(yīng)力，都不允許產(chǎn)生塑性變形。（也是由實驗得到的）曲線上的不同點，表示了不同應(yīng)力比г下的疲勞極限（亦即）。下圖為，疲勞壽命為時（無限壽命時的）的 極限應(yīng)力圖。 2）對于低周循環(huán)疲勞，因N小，一般可按靜強度處理。注：計算時，如，則取。（強度指標為）有限壽命設(shè)計：它要求零件壽命時的設(shè)計。注：大多數(shù)鋼的疲勞曲線形狀類似上圖所示。г↑ ↑☆ 按疲勞壽命的大小，可以分為：低周循環(huán)疲勞：時，接近（），不同的N，對應(yīng)的幾乎沒有變化。當(dāng)材料受到的工作應(yīng)力超過時，在疲勞破壞之前，只能經(jīng)受有限次的應(yīng)力循環(huán)。它是表征材料疲勞強度的重要指標，是疲勞設(shè)計的基本依據(jù)。但是當(dāng)N超過某一次數(shù)時（圖中N0），曲線趨于水平。即與г、N有關(guān)。第二節(jié) 疲勞曲線和極限應(yīng)力圖幾個概念：1. 材料的疲勞極限： —— 在應(yīng)力比為г的循環(huán)變應(yīng)力作用下，應(yīng)力循環(huán)N次后，材料不發(fā)生疲勞破壞時，所能承受的最大應(yīng)力。參數(shù)隨時間變化的變應(yīng)力稱為非穩(wěn)定變應(yīng)力?！獕勖挠嬎?。b) 不論是脆性材料，還是塑性材料，斷口通常沒有顯著的塑性變形。之后，裂紋又逐漸擴展直到發(fā)生完全斷裂。為防止產(chǎn)生過大的磨損應(yīng)滿以下條件：壓強不超過許用值 p≤［p］速度不超過許用值 ≤［］壓強與速度乘積不超過許用值 p≤［p］第三章 機械零件的強度第一節(jié) 材料的疲勞特性一、定義疲勞破壞：很多機械零件受變應(yīng)力作用。振動穩(wěn)定性準則：應(yīng)使受激振作用零件的自激振動頻率遠離外力變化的頻率。2）用合金鋼的代替碳鋼雖能提高零件的強度，但不能提高零件的剛度。如果零件的剛度不足，則有的零件會因為產(chǎn)生過大的彈性變形而失效。2．表面擠壓強度當(dāng)兩零件之間為面接觸時，在載荷作用下表面產(chǎn)生的應(yīng)力稱為擠壓應(yīng)力，用表示。強度條件為： ≤在接觸循環(huán)應(yīng)力作用下，首先在金屬表面上形成很小的微裂紋，之后裂紋沿著與表面成銳角的方向發(fā)展，當(dāng)?shù)竭_一定深度后，又越出零件表面，最后有小片的金屬剝落下來，在零件的表面形成小坑，這種現(xiàn)象稱為疲勞點蝕（簡稱點蝕）。三、機械零件的表面強度1．表面接觸疲勞強度對于高副接觸的機械零件，理論上是點、線接觸，但實際上在載荷作用下材料發(fā)生彈性變形后，理論上的點、線接觸變成了很小的面接觸，在接觸處局部會產(chǎn)生很高的應(yīng)力，這樣的應(yīng)力稱為表面接觸應(yīng)力，用表示。因此，在保證安全的前提下，應(yīng)盡可能選用較小的許用安全系數(shù)。材料不同，所取極限應(yīng)力也不同：單向應(yīng)力狀態(tài)下： 塑性材料 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下： 按第三或第四強度理論計算當(dāng)量應(yīng)力。其大小表示零件安全的程度。計算應(yīng)力： 根據(jù)計算載荷求得的應(yīng)力。計算載荷：＝載荷系數(shù)K名義載荷。如不滿足，則應(yīng)修改零件的尺寸。通常情況下，都希望尺寸小、重量輕，同時又不能在工作中發(fā)生任何失效。在設(shè)計中，應(yīng)保證所設(shè)計的機械零件在正常工作中不發(fā)生任何失效。實際中的機械零件可能的失效形式很多，歸結(jié)起來主要有以下幾個方面的失效：強度、剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性、聯(lián)接的松動以及可靠性等。5）具體的設(shè)計方法與一般的設(shè)計能力──前者是學(xué)習(xí)的形式，后者是學(xué)習(xí)的目的。學(xué)習(xí)中要處理好以下幾個關(guān)系：1）零件的設(shè)計與選用──是零件設(shè)計的兩個主要途徑。圖表多――結(jié)構(gòu)圖、分析圖、原理圖、示意圖、曲線圖、標準、經(jīng)驗數(shù)表。二、課程的特點＊涉及面廣 關(guān)系多――因與諸多先修課關(guān)系密切。本課程的最終目的在于是同學(xué)們掌握綜合運用各種機械零件和各種機構(gòu)以及其他先修課的知識，設(shè)計和簡單機械的能力。如齒輪、軸承、軸、帶傳動、鏈傳動等。任何機械設(shè)計都是由若干個零件組成，機器的性能好壞就取決于它的主要零件和關(guān)鍵零件的性能好壞。＊大量地設(shè)計制造和廣泛采用各種先進的機器，可大大加強促進國民經(jīng)濟發(fā)展的力度，加速我國的現(xiàn)代化建設(shè)。如滾動軸承。首先介紹幾個常用的概念：1． 機械――機器和機構(gòu)的總稱。2．零件――是機器的制造單元。注意：“機械零件”常用來泛指零件和部件。設(shè)計是生產(chǎn)機械產(chǎn)品的第一道工序。要想設(shè)計出好的機器，必須首先設(shè)計好它的零件。本課程是一門實用性、適用性強的設(shè)計課程。什么是機械傳動裝置呢？首先來分析機器的組成。 要求多――強度、剛度、壽命、工藝、重量、安全、經(jīng)濟性。＊實踐性強─不僅讀懂書就行，要多聯(lián)系實際，要注重實踐性環(huán)節(jié)。2）設(shè)計計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計──設(shè)計決非只是計算，同學(xué)更應(yīng)重視結(jié)構(gòu)設(shè)計的學(xué)習(xí)。第二章 機械設(shè)計總論幾個概念：1．失效：――指機械零件喪失工作能力或達不到設(shè)計要求的性能。 2）同一種機械零件的可能失效形式往往有數(shù)種。為此對于每種失效形式都制定了防止這種失效應(yīng)滿足的條件，這樣的條件就是所謂的工作能力計算準則。設(shè)計時就需要進行必要的計算。 一、載荷和應(yīng)力的分類1．載荷載荷分為靜載荷和變載荷。其中載荷系數(shù)K用于計入在實際工作中機械零件受到的各種動載荷的影響。表示的是零件在工作中實際受到的應(yīng)力。當(dāng)計算應(yīng)力相同時，越大，則越安全。單向應(yīng)力狀態(tài)下： 脆性材料 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下： 按第一強度理論計算當(dāng)量應(yīng)力。的取值主要受下列因素的影響：1） 計算的準確性；2）材料的均勻性；3）零件的重要性。的大小用赫茲公式計算，見教材。點蝕是接觸應(yīng)力作用下的失效形式，屬于疲勞破壞。在擠壓應(yīng)力作用下的強度稱為擠壓強度，其強度條件為：≤［］擠壓應(yīng)力過大時，接觸面將產(chǎn)生“壓潰”失效。例如：機床的主軸如產(chǎn)生過大的彈性變性會影響所加工工件的精度；剛度條件為： 實際變形量≤［許用變形量］式中：實際變形量可用相關(guān)理論計算或由實驗方法確定。五、振動穩(wěn)定性準則機械零件周期性產(chǎn)生彈性變形的現(xiàn)象稱為振動。即 ＜ 或 ＞ f式中：f――零件的自激振動頻率――外力變化的頻率.六、摩擦學(xué)（耐磨性計算）準則在滑動摩擦條件下工作的機械零件，常因為過度磨損而失效。即使變應(yīng)力的 。 ——這種緩慢形成的破壞稱為 “疲勞破壞”。 —— 表現(xiàn)為：脆性斷裂。d) 疲勞斷口分為兩個區(qū)：疲勞區(qū)和脆性斷裂區(qū)。參數(shù)按一定規(guī)律周期性變化的稱為規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力。（是最高變應(yīng)力中的），變應(yīng)力的大小可用其最大應(yīng)力比較。疲勞強度計算中，就是以疲勞極限作為。即不再減小。在工程設(shè)計中，一般可以認為：當(dāng)材料受到的應(yīng)力不超過時，則可以經(jīng)受無限次的應(yīng)力循環(huán)而不疲勞破壞。 —— 即壽命是有限的。特點：應(yīng)力高，壽命低。但是，高強度合金鋼和有色金屬的（N）曲線沒有水平部分，不存在無限壽命區(qū)，因此，工程上常以認為規(guī)定一個循環(huán)基數(shù) ，而將此基數(shù)下的條件疲勞極限作為表征材料疲勞強度的基本指標。（強度指標為）設(shè)計中經(jīng)常用到的是N曲線的高周疲勞段（AB段）。 —— 壽命指數(shù)☆ 對鋼件 ：受拉、壓、彎、扭時： m=9 受接觸應(yīng)力時 ： m=6對青銅件：受彎時 ： m=9 受時 ： m=8 —— 其值與材質(zhì)有關(guān)（其值見教材）☆ 對350HBS的鋼 。 3）工程中經(jīng)常用到的是對稱循環(huán)（г=1）下的疲勞極限或，計算時，只需把式中，換成和即可。它是極限應(yīng)力圖的表示形式之一，在疲勞設(shè)計中應(yīng)用最廣。即： —— 橫縱坐標之和曲線上的點可稱為 —— 極限應(yīng)力點曲線上的三個特殊點：A、B、C分別是：對稱循環(huán)、脈動循環(huán)、以及靜力下的極限應(yīng)力點。因此，所受最大應(yīng)力（）不得超過（即極限應(yīng)力），故圖中簡化成GD直線。且距離折線越遠越安全。其值與材質(zhì)有關(guān)。直線AC，其方程為：注：1）疲勞曲線的用途：在于根據(jù)（已知N時）確定（求）條件疲勞極限。而實際中的各機械零件與標準試件，在形體，表面質(zhì)量以及絕對尺寸等方面往往是有差異的。應(yīng)力集中會加快疲勞裂紋的形成和擴展。二、尺寸的影響其它條件相同時，零件的尺寸越大，在各種冷、熱加工中出現(xiàn)缺陷，產(chǎn)生微觀裂紋等疲勞源的可能性（機會）增大。三、表面質(zhì)量的影響表面質(zhì)量：是指表面粗糙度及其表面強化的工藝效果。（注：、的值見教材或有關(guān)手冊），當(dāng)缺乏的數(shù)據(jù)時，可取。安全條件是，本節(jié)主要介紹，穩(wěn)定變應(yīng)力下安全系數(shù)的計算。因此，折線A′B′D′G即為零件的極限應(yīng)力圖。設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)零件工作應(yīng)力的可能增長規(guī)律確定極限應(yīng)力點。由A′（0，）和B′（）不難建立A′D′的方程。都等于，從給材料造成損傷的角度考慮。通過這樣的等效處理，可以把非對稱循環(huán)疲勞問題轉(zhuǎn)化為對稱循環(huán)問題加以解決，使問題得到簡化。疲勞壽命由疲勞曲線確定。、為各應(yīng)力的疲勞壽命。Miner法則認為：在規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力中各應(yīng)力的作用下，損傷是獨立進行的，并且可以線性地累積成總損傷。試驗表明：達到疲勞破壞時，公式左側(cè)表示的各應(yīng)力的累積壽命損傷率之和并不總是等于1。但是對一般的工程設(shè)計，其計算結(jié)果基本能滿足要求，且此法則形式簡單，使用方便。顯然一個穩(wěn)定變應(yīng)力對材料的損傷程度大小，必須用應(yīng)力大小和作用的循環(huán)次數(shù)這兩個參數(shù)來描述。確定、的計算通常有兩種方法：一種是先人們選定之后，由上式計算；另一種是，先人為選定（通常選），之后，由上式計算。則由上式可得等效循環(huán)次數(shù)：將上式求出的代入疲勞曲線方程，可求出下的條件疲勞極限為：式中： —— 壽命系數(shù)于是可得零件的安全系數(shù)及安全條件：對稱循環(huán)時：非對稱循環(huán)時：式中：、 —— 為等效應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力（）第六節(jié) 低周循環(huán)疲勞特點：1）應(yīng)力水平高。第四章 摩擦、磨損及潤滑概述摩擦現(xiàn)象是自然界中普遍存在的物理現(xiàn)象。如果能夠盡力減少無用的摩擦消耗，便可大量節(jié)省能源。本章主要介紹有關(guān)摩擦、磨損和潤滑的一些基礎(chǔ)知識。 動 摩 擦：在相對運動進行中的摩擦。２. 邊界摩擦：是指摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，其摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面的吸附性能時的摩擦?；旌夏Σ聊苡行Ы档湍Σ磷枇?，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦?xí)r要小得多。 3．邊界摩擦（邊界潤滑）邊界摩擦靠邊界膜起潤滑作用，邊界膜的類型如下： 物理吸附膜邊界膜分為 吸附膜 化學(xué)吸附膜反應(yīng)膜 潤滑劑中的極性分子與金屬表面相互吸引，形成定向排列的分子?xùn)?，稱為物理吸附膜。反應(yīng)膜在高溫下破裂后，能生成新的化合物，形成新的反應(yīng)膜膜，這種能夠能力稱為極壓性。單位時間（或單位行程、轉(zhuǎn)等）材料的損失量，稱為磨損率。新的摩擦副表面比較粗糙，真實微觀接觸面積比較小，壓強大，因此運轉(zhuǎn)初期的磨損比較快。3）劇烈磨損階段　零件經(jīng)長時間工作磨損以后，表面精度下降，表面形狀和尺寸有較大的改變，破壞了原有的間隙和潤滑性質(zhì)，使效率降低，溫度升高，沖擊振動加大，導(dǎo)致磨損加劇，最終導(dǎo)致零件報廢。4．腐蝕磨損　當(dāng)摩擦表面材料在環(huán)境的化學(xué)或電化學(xué)作用下引起腐蝕，在摩擦副相對運動時所產(chǎn)生的磨損即為腐蝕磨損。采用硬度高和韌性好的材料有益于抵抗磨粒磨損、疲勞磨損和摩擦化學(xué)磨損。另外，表面溫度過高易使油膜破壞，發(fā)生粘著，還易加速摩擦化學(xué)磨損的進程，所以應(yīng)限制摩擦表面的溫升。 2．流體靜力潤滑 兩摩擦表面被外部供油裝備輸入的壓力油完全分開，強迫形成承載油膜，實現(xiàn)流體潤滑。粘度是潤滑油的主要質(zhì)量指標，粘度值越高，油越稠，反之越稀；粘度的種類有很多，如：動力粘度、運動粘度、條件粘度等。潤滑油粘度與溫度和壓力的關(guān)系a） 粘度與溫度的關(guān)系：潤滑油的粘度一般隨溫度的升高而降低（圖310，）b） 粘度與壓力的關(guān)系：潤滑油的粘度會隨壓力的增加而增大，在高壓時尤為顯著。 潤滑脂的主要質(zhì)量指標是：錐入度，反映其稠度大小。三、添加劑為了提高油的品質(zhì)和性能，常在潤滑油或潤滑脂中加入一些分量雖小但對潤滑劑性能改善其巨大作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)叫添加劑。（舉例：滑水運動。重新安裝后，可以繼續(xù)使用。易低易高矩形螺紋0176。使用時，可查閱標準。預(yù)緊使聯(lián)接中的零件受到的力，稱為“預(yù)緊力”。 擰緊螺母時，需要克服的摩擦阻力矩由兩部分組成： （見教材計算公式） 經(jīng)推導(dǎo)分析得擰緊力矩 T= 即 T＝ 式中：——螺栓所受預(yù)緊力 d——螺栓的直徑 ——擰緊力矩系數(shù)。所施加的力矩是一個定值。所以，對于重要的聯(lián)接，不宜采用小于M12~M16的螺栓。以保證連接