机械零件的强度及耐磨性

ch2机械零件的强度及耐磨性3.几种稳定循环变应力(1)变应力参数(以正应力为例、可将替换)mamax最大应力min最小应力2minmaxa应力幅2minmaxm平均应力(2)对称循环变应力maxminr循环特征1~1r(3)脉动循环变应力(4)静应力minmax0mminmaxa1r)(11脉动循环变应力对称循环变应力非对称循环变应力amaxminm0min2maxma0r)(000amminmax1r)(11已知2个参数可确定其余参数静应力第二节机械零件的疲劳强度1.危险剖面的应力][][limS正应力：][][limS剪应力：极限应力)(bb脆性材料取强度极限)(SS塑性材料取屈服极限2.危险剖面的安全系数][limSS][limSS一、静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(1)零件损坏机理静应力作用下：危险剖面塑性变形或断裂变应力作用下：疲劳断裂零件表面应力超过极限值微裂纹扩展断裂(2)极限应力静应力极限应力：与材料性能有关变应力疲劳极限：与材料有关外，还与 循环特征r 应力循环次数N有关 应力集中、绝对尺寸、表面状态2.不同循环次数N时的疲劳极限(1)疲劳曲线在循环特征为r的变应力作用下对一组试样作疲劳试验一个值记录下试样破坏的值N(2)循环基数0N当值小到某一数值时，“无数”次循环试样都不会疲劳破坏，则用0N替代“无数”次。如碳钢7010N(3)材料疲劳极限r与对应的值0N曲线方程：CNNmrmrN0(4)不同N的疲劳极限当0NN时rmrNNN0当0NN时rrN3.不同应力循环特征r时的疲劳极限(1)材料的极限应力简图r已知材料的机械性能)(01bSr可作简图折线ADG上任一点，表示在不同r时的疲劳极限对于n点(工作应力为和am)tgtgrmamaamam11/1/1应力循环特征：对应的疲劳极限：)()(1''mamaamr等效系数00121011/2SSStg对于塑性材料DG上任一点代表''amrAD上任一点代表一定r的材料疲劳极限)()(1mamar对于D点)()(111001SStgtgr结论：材料疲劳极限)()(1mamar当工作应力(和am)的循环特征)()(1001SSr当工作应力(和am)的循环特征)()(1001SSrSr材料疲劳极限(2)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)(KK用应力集中系数来考虑绝对尺寸：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来考虑)(表面状态：表面光滑或强化处理、能提高疲劳极限用表面状态系数来考虑KKD)(综合影响系数或考虑各因素影响KKD)(DK)(用或修正纵坐标(应力幅部分)DK)(零件的疲劳极限maDmarK)()(1)()(1001SSr)()(1001SSrSr零件的疲劳极限结论：对于塑性材料(3)单向应力状态下的安全系数安全系数定义：caSlim对于塑性材料][)(1SKSmaD)()(1001SSr当时)()(1001SSr当时][)(SSmaS以上正应力公式，用替代则对剪应力同样适用[注意]第三节机械零件的接触强度整体强度：零件在较大的体积内受载时产生应力，此应力状态下的强度称为整体强度。接触强度：两个点、线接触的零件受载后在接触处产生的局部应力。这时零件强度称为接触强度。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坑的现象。疲劳点蚀使减小了接触面积，损坏了零件表面,降低了零件承载能力,并引起振动和噪声。它是齿轮、滚动轴承等零件的主要失效形式。接触疲劳强度的判定条件为：σH≤[σH]=σHlim/SH(σHlim由实验测得,SH1)若两零件硬度不同，常以较软零件的接触疲劳极限为准。接触应力的特点大小相等、方向相反；左右对称；稍离接触区中线即迅速降低等。222121211111EEBFH第四节机械零件中的摩擦、磨损和润滑一、机械中的摩擦根据摩擦副的表面润滑状态，摩擦可分为干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。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擦；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.流体摩擦：表面间的润滑膜把摩擦副完全隔开，摩擦力的大小取决于流体分子内部摩擦力的摩擦；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态时的摩擦。机械设计中摩擦约束的实质摩擦具有二重性：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，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(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层很薄的膜，可以降低摩擦；(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。(3)摩擦副表面粗糙度的影响：表面粗糙度数值减小，摩擦系数越低。(4)摩擦表面间润滑的影响：干摩擦的摩擦系数一般大于0.1；边界摩擦、混合摩擦次之，通常约在0.01～0.1之间；液体摩擦的摩擦系数最小，油润滑时最小可达0.001～0.008。二、机械中的磨损1、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。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。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；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；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：在摩擦过程中金属与周围介质发生化学反应而引起的磨损。2、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、稳定磨损阶段及剧烈磨损阶段。磨损具有二重性。3、减少磨损的措施(1)正确选用材料(2)进行有效的润滑(3)采用适当的表面处理(4)改进结构设计，提高加工和装配精度(5)正确的使用、维修与保养（一）润滑剂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。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：a.液体润滑剂——润滑油（粘度）b.半固体润滑剂——润滑脂（稠度和针入度）c.固体润滑剂三、机械中的润滑1、润滑油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。润滑油沿油层垂直方向的速度的变化率叫做速度梯度，因此层与层存在的液体内部摩擦剪应力为：dydu为油层中任一点的速度，是对应于一点的速度梯度；是比例系数，即液体的动力粘度，简称粘度。udydu动力粘度的量纲是：力时间/长度2，国际单位为：Ns/m2（Pas）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度，主要用于流体动力学计算。1Pas=1Ns/m2=10P=1000cP运动粘度等于动力粘度与液体密度的比值：v的国际单位是m2/s，常采用物理单位St（斯）或cSt（厘斯），1St=100cSt1St=100cSt=10-4m2/s润滑油的粘度是随温度的升高而降低的。润滑油的粘度随压力的升高而增大，当压力不高时（小于100个大气压），变化极小。润滑油的运动粘度通常是用毛细管粘度计测量的。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，再经过减压蒸馏精制而成。国家标准中按用途不同分有机械油、汽轮机油及齿轮油等。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。2、润滑脂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。作为基础油的大多数是矿物油，也有合成油。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。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。1）针入度：用质量为150g的标准圆锥体在250C的恒温下，由脂表面经5秒钟后沉入脂内的深度。润滑脂的主要性能是：2）滴点：在规定的加热条件下，润滑脂从标准量杯的孔口滴下第一滴时的温度。3、固体润滑剂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。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。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。(二)润滑方法润滑剂的供应方法可以分为分散润滑和集中润滑。集中润滑是对所有润滑点采用统一的润滑系统，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；脂润滑通常采用间歇供应。各种润滑装置油芯式油杯润滑脂油杯针阀式油杯1手柄2.螺母3.针杆4.簧片5.观察孔6.滤网油环润滑