2第一章機(jī)械設(shè)計概論第一節(jié)

機(jī)械設(shè)計概述第二節(jié)課程研究的對象、內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法簡介第四節(jié)

標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化第五節(jié)

機(jī)械零件常用材料和選擇原則3第一節(jié)機(jī)械設(shè)計概述一、設(shè)計的目的

設(shè)計是人類改造自然的基本活動，是復(fù)雜的分析、規(guī)劃、推理與決策過程，蘊(yùn)涵著創(chuàng)新和發(fā)明。

目的：根據(jù)預(yù)定的目標(biāo)，經(jīng)過一系列規(guī)劃與分析決策，獲得系統(tǒng)的設(shè)計信息（文字、數(shù)據(jù)、圖形等），形成設(shè)計方案及其實施文件，進(jìn)而通過制造形成產(chǎn)品而造福人類。二、機(jī)械設(shè)計的分類1.開發(fā)性設(shè)計

沒有參照的產(chǎn)品設(shè)計，僅僅根據(jù)抽象的設(shè)計原理和要求設(shè)計。過程最復(fù)雜，創(chuàng)新性強(qiáng)。2.適應(yīng)性設(shè)計

在總的方案原理基本保持不變的情況下，對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行局部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)3.變型設(shè)計

指提取已存在的設(shè)計或設(shè)計計劃、作特定的修改以產(chǎn)生一個和原設(shè)計相似的新產(chǎn)品。4第一節(jié)機(jī)械設(shè)計概述三、機(jī)械設(shè)計的基本要求設(shè)計機(jī)器應(yīng)滿足的基本要求功能性要求——機(jī)器應(yīng)具有預(yù)定的使用功能。可靠性要求——機(jī)器可靠性的高低是用可靠度R來衡量的經(jīng)濟(jì)性要求——1）設(shè)計制造經(jīng)濟(jì)性：機(jī)器的成本低；2）使用經(jīng)濟(jì)性：高生產(chǎn)率、高效率、較少

地消耗能源、原材料和輔助材料，以

及低的管理和維護(hù)費(fèi)用。5強(qiáng)度強(qiáng)度是衡量零件抵抗破壞的能力。零件強(qiáng)度不足，將導(dǎo)致過大的塑性變形甚至斷裂破壞，使機(jī)器停止工作。

剛度剛度是衡量零件抵抗彈性變形的能力。分整體變形剛度和表面接觸剛度兩種。

壽命壽命是指零件正常工作的期限。

結(jié)構(gòu)工藝性指在既定的生產(chǎn)條件下，能夠方便而經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出來，并便于裝配成機(jī)器?？煽啃詸C(jī)器的可靠度主要是由其組成零件的可靠度來保證的。經(jīng)濟(jì)性主要取決于零件的材料和加工成本。質(zhì)量減輕質(zhì)量可以節(jié)約材料，可以減小運(yùn)動零件的慣性，從而改善機(jī)器的動力性能。設(shè)計機(jī)械零件的基本要求第一節(jié)機(jī)械設(shè)計概述6四、機(jī)械設(shè)計方法和一般步驟（一）機(jī)械設(shè)計方法常規(guī)、現(xiàn)代1.理論設(shè)計根據(jù)長期總結(jié)出來的設(shè)計理論和實驗數(shù)據(jù)所進(jìn)行的設(shè)計。設(shè)計計算：指按照已知的運(yùn)動要求，載荷情況及零、部件的材料特性等，運(yùn)用一定的理論公式設(shè)計零、部件尺寸和形狀的計算過程。校核計算：指先根據(jù)類比法、實驗法等其他方法初步定出零、部件的尺寸和形狀，再用理論公式進(jìn)行精確校核計算過程。三種常規(guī)設(shè)計方法：第一節(jié)機(jī)械設(shè)計概述72.經(jīng)驗設(shè)計

根據(jù)對某類零件已有的設(shè)計與使用實踐而歸納出的經(jīng)驗關(guān)系式，或根據(jù)設(shè)計者本人的工作經(jīng)驗用類比的辦法所進(jìn)行的設(shè)計。這對那些使用要求變動不大,而結(jié)構(gòu)形狀已典型化的零件是很有效的設(shè)計方法。

3.模型實驗設(shè)計

對于尺寸巨大而結(jié)構(gòu)復(fù)雜的重要零件，一些重型整體機(jī)械零件，為提高設(shè)計質(zhì)量，可采用模型實驗設(shè)計的方法。此方法費(fèi)時、昂貴，只用于特別重要的設(shè)計中。第一節(jié)機(jī)械設(shè)計概述8（二）機(jī)械設(shè)計的一般步驟動向預(yù)測方案設(shè)計技術(shù)設(shè)計試生產(chǎn)施工設(shè)計信息反饋、修改第一節(jié)機(jī)械設(shè)計概述9第二節(jié)課程研究的對象、內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法

一、研究對象和內(nèi)容

是通用機(jī)械零、部件，即涉及到一般工作條件和一般參數(shù)范圍的通用機(jī)械零、部件的設(shè)計。

內(nèi)容主要包括有機(jī)械零、部件的材料選擇、受力分析、工作能力計算（如強(qiáng)度計算、剛度計算和壽命計算等）以及結(jié)構(gòu)設(shè)計等，同時要考慮零件的工藝性、標(biāo)準(zhǔn)化、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境保護(hù)等要求。

二、課程的性質(zhì)、任務(wù)和目的

機(jī)械設(shè)計課程是機(jī)械類專業(yè)的一門設(shè)計性的主要技術(shù)（學(xué)科）基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課。

主要培養(yǎng)如下的能力和技能：1）掌握通用機(jī)械零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用知識；掌握通用零件的設(shè)計原理、方法和機(jī)械設(shè)計的一般規(guī)律，具有設(shè)計傳動裝置和簡單機(jī)械的能力。2）樹立正確的設(shè)計思想，了解國家當(dāng)前的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。3）具有運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力等。10第二節(jié)課程研究的對象、內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法三、學(xué)習(xí)方法

特點(diǎn)：涉及面廣、實踐性強(qiáng)、無重點(diǎn)又都是重點(diǎn)、設(shè)計問題無統(tǒng)一答案等。

按照本課程研究對象和性質(zhì)上的特點(diǎn)，決定了內(nèi)容本身的繁雜性，主要體現(xiàn)在“關(guān)系多、門類多、要求多、公式多、圖形多、表格多”等。

應(yīng)把主要的精力放在：

零件的選材

工況和失效形式分析

設(shè)計準(zhǔn)則的確定

受力、強(qiáng)度計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計等

一般了解：

公式的推導(dǎo)、曲線的來歷、經(jīng)驗數(shù)據(jù)的取得等11第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法簡介現(xiàn)代設(shè)計方法是以研究產(chǎn)品設(shè)計為對象的科學(xué)，以電子計算機(jī)為工具，運(yùn)用工程設(shè)計的新理論和新方法，使計算結(jié)果達(dá)到最優(yōu)化，設(shè)計過程實現(xiàn)高效化和自動化?！⒂邢拊治龇椒ǎ═heFiniteElementAnalysisMethod）有限元是一種以計算機(jī)為手段，通過離散化將研究對象變換成一個與原結(jié)構(gòu)近似的數(shù)學(xué)模型，再經(jīng)過一系列規(guī)范化的步驟以求解應(yīng)力位移、應(yīng)變等參數(shù)的數(shù)值計算方法。著名的商品化有限元程序有NASTRAN，ADFAN/ADINAT，ANSYS，COSMOS／MSAP等。這些程序的分析范圍和功能存在差異，在使用時應(yīng)根據(jù)分析范圍不同來選擇合理的程序。12二、優(yōu)化設(shè)計（OptimalDesign）優(yōu)化設(shè)計是使某項機(jī)械設(shè)計在規(guī)定的各種設(shè)計限制條件下，優(yōu)選設(shè)計參數(shù)，使某項或幾項設(shè)計指標(biāo)獲得最優(yōu)值（最優(yōu)值的概念是相對的）。三、機(jī)械可靠性設(shè)計（ReliabilityDesign）機(jī)械可靠性設(shè)計是將概率論、數(shù)理統(tǒng)計、失效物理和機(jī)械學(xué)相互結(jié)合而形成的一種設(shè)計方法。四、計算機(jī)輔助設(shè)計（ComputerAidedDesign-CAD）計算機(jī)輔助設(shè)計是指在設(shè)計活動中，利用計算機(jī)作為工具，幫助工程技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計的一切適用技術(shù)的總和。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法簡介13五、模塊化設(shè)計（ModelDesign）不必對每種產(chǎn)品施以單獨(dú)設(shè)計，而是精心設(shè)計出多種模塊，將其經(jīng)過不同方式的組合來構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以解決產(chǎn)品品種、規(guī)格與設(shè)計制造周期、成本之間的矛盾，這就是模塊化設(shè)計的含義。六、價值工程（ValueEngineering——VE）價值工程注重研究產(chǎn)品的功能，各種有關(guān)費(fèi)用與現(xiàn)實價值之間的關(guān)系，試圖以最小資源消耗或最低的壽命周期費(fèi)用，可靠地實現(xiàn)必要的功能，從而獲得最大價值。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法簡介14七、綠色設(shè)計（GreenDesign——GD）綠色設(shè)計在產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)，著重考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性（可拆卸性、可回收性、可維護(hù)性、可重復(fù)利用性等），并將其作為設(shè)計目標(biāo)。八、動態(tài)設(shè)計（DynamicDesign）動態(tài)設(shè)計充分反映了機(jī)器的實際動態(tài)特性，系統(tǒng)地反映了振動與響應(yīng)的全過程九、并行設(shè)計（ConcurrentDesign）并行設(shè)計又稱為并行工程（ConcurrentEngineering）是綜合工程設(shè)計、制造、管理經(jīng)營的思想、方法和工作模式的設(shè)計。第三節(jié)現(xiàn)代設(shè)計方法簡介15第四節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化在不同類型、不同規(guī)格的各種機(jī)器中，有相當(dāng)多的零部件是相同的，將這些零部件加以標(biāo)準(zhǔn)化，并按尺寸不同加以系列化，則設(shè)計者無須重復(fù)設(shè)計，可直接從有關(guān)手冊的標(biāo)準(zhǔn)中選用。通用化是指系列化之內(nèi)或跨系列的產(chǎn)品之間盡量采用同一結(jié)構(gòu)和尺寸的零部件，以減少企業(yè)內(nèi)部的零部件種數(shù)，從而簡化生產(chǎn)管理和得到較高的經(jīng)濟(jì)效益。標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化通稱“三化”，是長期生產(chǎn)和科研成果的可靠的技術(shù)總結(jié)?！叭背潭鹊母叩屯ǔＪ窃u定產(chǎn)品的指標(biāo)之一。16第四節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化標(biāo)準(zhǔn)化：指為了保證產(chǎn)品質(zhì)量合格和穩(wěn)定而進(jìn)行的設(shè)計、加工工藝、裝配檢驗、包裝儲運(yùn)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化。

通用化：將同一類或不同類型產(chǎn)品中用途結(jié)構(gòu)相近似的零部件經(jīng)過統(tǒng)一后實現(xiàn)通用互換，如螺栓、聯(lián)軸器。系列化：將同一類產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等依次分檔，按一定規(guī)律優(yōu)化組合成產(chǎn)品系列，以減少產(chǎn)品型號數(shù)目，是標(biāo)準(zhǔn)化的主要內(nèi)容。

17第四節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)分為國家標(biāo)準(zhǔn)（GB）、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。國家標(biāo)準(zhǔn)(GB)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JB、YB等)地方標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)(GB)推薦性標(biāo)準(zhǔn)(GB/T)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO)國際電工委員會（IEC)美國電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）歐洲標(biāo)準(zhǔn)（GRC）簡稱歐標(biāo)國家標(biāo)準(zhǔn)正逐步與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌。18第五節(jié)機(jī)械零件常用材料和選擇原則常用：黑色金屬、有色金屬、非金屬材料和各種復(fù)合材料。黑色金屬碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、不銹鋼、鑄鋼、合金鑄鋼、灰鑄鐵、球墨鑄鐵等。碳鋼與合金鋼

碳素結(jié)構(gòu)鋼；合金結(jié)構(gòu)鋼。是機(jī)械制造中

廣泛應(yīng)用的材料。其中碳鋼產(chǎn)量大，價格低，常被優(yōu)先采用。

優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼均可通過熱處理的方法來改善其力學(xué)性能，可以更好的滿足各種零件對不同力學(xué)性能的要求。

常用的熱處理方法有正火、調(diào)質(zhì)、淬火、表面淬火、滲碳淬火、滲氮、液體碳氮共滲等。另外還可通過強(qiáng)化處理提高材料強(qiáng)度。一、機(jī)械零件的常用材料19第五節(jié)機(jī)械零件常用材料和選擇原則鑄鋼

鑄造性比鑄鐵差，但比鍛鋼和軋制鋼好，用于重載零件和形狀復(fù)雜的零件鑄造。鑄鋼的力學(xué)性能大體相近，與灰鑄鐵相比，鋼具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性。可用熱處理方法改善其力學(xué)性能和加工性能。鑄鋼有碳素鑄鋼；低合金鑄鋼；中合金鑄鋼；高合金鑄鋼。灰鑄鐵

有良好的切削加工性和減震性，常用作機(jī)座和機(jī)架；有良好的液態(tài)流動性，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件；其具有較好的減震性、耐磨性、切削性，而成本低廉。但灰鑄鐵脆性大，不宜承受沖擊載荷。球墨鑄鐵

強(qiáng)度高、耐磨性好，減震性，抗沖擊，因此廣泛用于制造抗沖擊載荷的零件?？慑戣T鐵

是由白口鑄鐵經(jīng)過退火而得，強(qiáng)度和塑性比較高。當(dāng)零件尺寸小且結(jié)構(gòu)復(fù)雜時不能用鑄鋼或鍛鋼制造，而灰鑄鐵又不能滿足零件高強(qiáng)度和高伸長率的要求時，可采用可鍛鑄鐵。20第五節(jié)機(jī)械零件常用材料和選擇原則有色金屬

有色金屬的減摩性、抗腐蝕性、耐熱性、電磁性等較好。在一般機(jī)械制造中，除鋁合金用于制造承載零件外，其他有色金屬主要用作耐磨材料、減摩材料、耐蝕材料和裝飾材料等。鋁合金

重量輕、導(dǎo)熱導(dǎo)電性較好、塑性好、抗氧化性好。鋁合金不耐磨，可用鍍鉻的方法提高其耐磨性。鋁合金不產(chǎn)生電火花，故用作存儲易燃易爆物料。高強(qiáng)度鋁合金強(qiáng)度可與碳素鋼相近，可作承載零件，在飛機(jī)、汽車及其他行走機(jī)械上有廣泛應(yīng)用。銅合金

銅具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、低溫力學(xué)性、耐磨、耐腐蝕和自潤滑性。常用的銅合金有黃銅、青銅等。鈦合金

鈦及鈦合金的密度小，高低溫性能好，并具有良好的耐蝕性，在航空、造船、化工等方面得到廣泛應(yīng)用。鎂及鎂合金、鎳及鎳合金、鎢及鎢合金等。21第五節(jié)機(jī)械零件常用材料和選擇原則非金屬材料橡膠

橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。常用作聯(lián)軸器或減震器的彈性元件、帶傳動的膠帶等。塑料

塑料的比重小，易于制成形狀復(fù)雜的零件，而且各種不同塑料具有不同的特點(diǎn)，如耐蝕性、絕熱性、絕緣性、減摩性、摩擦系數(shù)大等，所以近年來在機(jī)械制造中其應(yīng)用日益廣泛。輕、易加工成形、減摩性好，強(qiáng)度低，可作為普通機(jī)械零件。陶瓷

絕熱性好，硬度高。

其它非金屬材料還有皮革、木材、紙板、棉、絲等。復(fù)合材料

由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的金屬材料或非金屬材料組合而得的新型材料。復(fù)合材料有纖維復(fù)合材料、層疊復(fù)合材料、顆粒復(fù)合材料、骨架復(fù)合材料等。在機(jī)械工業(yè)中，用的最多的是纖維復(fù)合材料，用于制造薄壁壓力容器，各種容器和汽車外殼的制造。22第五節(jié)機(jī)械零件常用材料和選擇原則二、機(jī)械零件材料的選擇原則首先保證零件的使用性能要求，然后考慮工藝性要求和經(jīng)濟(jì)性要求。材料的使用性能

是保證零件完成規(guī)定功能的必要條件，是選材首先考慮的問題。使用性能主要指零件在使用狀態(tài)下應(yīng)具有的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。力學(xué)性能要求是在分析零件工作條件和失效形式的基礎(chǔ)上提出的。如軸類零件，應(yīng)具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，即要求有高的強(qiáng)度、韌性、疲勞極限和良好的耐磨性。除此之外，根據(jù)零件工作環(huán)境等其他要求，對材料可能還有物理、化學(xué)性能方面的要求，如密度、導(dǎo)熱性、抗腐蝕性等。23第五節(jié)機(jī)械零件常用材料和選擇原則材料的工藝性

零件在制造過程中，需要經(jīng)過一系列的加工過程。材料加工成零件的難易程度，將直接影響零件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率和成本。選材時必須考慮加工工藝的影響。鑄件應(yīng)選用共晶或接近共晶成分的合金，以保證材料的液態(tài)流動性；

鍛件、沖壓件應(yīng)選擇呈固溶體組織的合金，以保證材料具有良好的塑性和較低的變形抗力；焊接零件應(yīng)考慮材料的可焊性和產(chǎn)生裂紋的傾向性等；對于切削加工的零件要考慮材料的易切性等；

熱處理零件要考慮材料的可淬性、淬透性及淬火變形的傾向等。材料的經(jīng)濟(jì)性

在滿足使用性能的前提下，選用材料時應(yīng)注意降低零件的總成本。零件的總成本包括材料本身的價格、加工費(fèi)用及其他一切費(fèi)用。24第二章機(jī)械零件的強(qiáng)度第一節(jié)概述第二節(jié)材料和零件的疲勞特性曲線第三節(jié)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算第四節(jié)機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度25引言

具有足夠的強(qiáng)度是機(jī)械零件正常工作必須滿足的最基本要求，而強(qiáng)度準(zhǔn)則是設(shè)計機(jī)械零件的最基本準(zhǔn)則。機(jī)械零件在工作時，不允許出現(xiàn)體積斷裂或塑性變形，也不允許發(fā)生表面破壞。強(qiáng)度就是指零件抵抗這類失效的能力。本章主要研究高周疲勞下的通用零件的強(qiáng)度計算問題。

靜應(yīng)力強(qiáng)度：運(yùn)用材料力學(xué)中的知識對零件進(jìn)行靜應(yīng)力強(qiáng)度計算。變應(yīng)力強(qiáng)度：應(yīng)力變化次數(shù)N≤103,按靜應(yīng)力強(qiáng)度計算

103＜N＜104低周疲勞

N≥104高周疲勞，絕大多數(shù)通用零件N——應(yīng)力在機(jī)械零件整個工作壽命期間的變化次數(shù)26第一節(jié)概述一、載荷及其分類機(jī)械工作時機(jī)械零件所受的力或力矩統(tǒng)稱為載荷。根據(jù)載荷隨時間變化的特性不同，分為靜載荷和變載荷兩大類。在機(jī)械設(shè)計計算中分為名義載荷和計算載荷。名義載荷在理想的平穩(wěn)工作條件下作用在零件上的載荷計算載荷考慮受到各種附加載荷的作用，通常引入載荷系數(shù)K

載荷系數(shù)與名義載荷的乘積稱為計算載荷。

靜載荷：載荷的大小、作用位置或方向不隨時間變化或變化緩慢變載荷：載荷的大小、作用位置或方向不斷隨時間變化27二、應(yīng)力及其分類根據(jù)應(yīng)力隨時間變化的特性不同，將應(yīng)力分為：靜應(yīng)力——不隨時間變化或隨時間變化緩慢的應(yīng)力變應(yīng)力——不斷地隨時間而變化的應(yīng)力變應(yīng)力按其變化特征可分為穩(wěn)定變應(yīng)力和不穩(wěn)定變應(yīng)力。

穩(wěn)定變應(yīng)力應(yīng)力變化呈現(xiàn)周期性，且每一次循環(huán)中，平均應(yīng)力、應(yīng)力幅和周期都不隨時間變化

不穩(wěn)定變應(yīng)力應(yīng)力變化不呈周期性而帶偶然性或雖然應(yīng)力變化呈現(xiàn)周期性，但是應(yīng)力變化周期、應(yīng)力幅或平均應(yīng)力之一隨時間而變靜應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力第一節(jié)概述28穩(wěn)定變應(yīng)力的5個主要參數(shù)

max——最大應(yīng)力

min——最小應(yīng)力

m——平均應(yīng)力

a——應(yīng)力幅

r——循環(huán)特性

r的取值范圍:第一節(jié)概述29圖2-1靜應(yīng)力及變應(yīng)力a)靜應(yīng)力b)穩(wěn)定變應(yīng)力c)規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力d）非規(guī)律性不穩(wěn)定（隨機(jī)）變應(yīng)力第一節(jié)概述3031三、機(jī)械零件的強(qiáng)度強(qiáng)度準(zhǔn)則是設(shè)計機(jī)械零件的最基本準(zhǔn)則。強(qiáng)度分為靜應(yīng)力強(qiáng)度和變應(yīng)力強(qiáng)度。變應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則與靜應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則的表達(dá)式是一致的。

準(zhǔn)則：

或F——零件所受的載荷（N)A——零件危險截面面積（mm2)σ——零件的最大工作應(yīng)力（MPa）[σ]——零件的工作許用應(yīng)力（MPa）σlim——零件材料的極限應(yīng)力（MPa）Sσ

——零件的計算安全系數(shù)[Sσ]——零件的許用安全系數(shù)式中第一節(jié)概述

32變應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則與靜應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則的失效機(jī)理有著很大的不同。靜應(yīng)力下，失效（斷裂或塑性變形）是瞬時出現(xiàn)的。在變應(yīng)力下，失效（疲勞破壞）則是一個發(fā)展的過程。在靜應(yīng)力強(qiáng)度計算中，其極限應(yīng)力通常只與材料的性能有關(guān)。塑性材料塑性變形取其屈服點(diǎn)σs作為極限應(yīng)力脆性材料脆性破壞取其抗拉強(qiáng)度σb作為極限應(yīng)力在變應(yīng)力強(qiáng)度計算中，零件的極限應(yīng)力不僅取決于材料的性能，還與應(yīng)力的循環(huán)特征r，以及零件在預(yù)期使用期限內(nèi)應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)N有關(guān)。此外，還受零件的尺寸、結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)的影響。計算時要綜合考慮上述因素，確定具體工況下具體零件的極限應(yīng)力，進(jìn)行安全系數(shù)核算。單向正應(yīng)力→單向切應(yīng)力→公式中σ換成τ。雙向復(fù)合應(yīng)力→用強(qiáng)度合成理論轉(zhuǎn)換成當(dāng)量正應(yīng)力σca第一節(jié)概述33第二節(jié)材料和零件的疲勞特性曲線一、材料的疲勞特性曲線（一）σ-N曲線機(jī)械零件材料的抗疲勞性能是通過試驗來測定的。在材料的標(biāo)準(zhǔn)試件上加上給定循環(huán)特性為r的穩(wěn)定變應(yīng)力，并以循環(huán)的最大應(yīng)力σmax

表征材料的疲勞極限σrN。記錄在不同最大應(yīng)力下引起試件疲勞破壞所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N

。通過試驗，得到在一定的應(yīng)力循環(huán)特性r下，疲勞極限σrN與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N的關(guān)系曲線，通常稱σ-N曲線。34曲線AB段——應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N≤103以前，屬靜應(yīng)力強(qiáng)度問題。曲線BC段——隨著N的增加，

max不斷下降，該階段的疲勞現(xiàn)象稱為應(yīng)變疲勞，由于N相對很少，也稱為低周疲勞。曲線CD段——試件經(jīng)過相應(yīng)次數(shù)的變應(yīng)力作用后總會發(fā)生疲勞破壞，為有限壽命疲勞階段。線段上任一點(diǎn)所代表的材料的疲勞極限稱為有限疲勞極限，用

rN表示。D點(diǎn)以后，如果作用的變應(yīng)力的最大應(yīng)力小于D點(diǎn)的應(yīng)力，則無論應(yīng)力變化多少次，材料都不會破壞，為無限壽命疲勞階段。D點(diǎn)所代表的是材料的無限壽命疲勞極限，也稱為持久疲勞極限，用

r∞表示。CD段和

D點(diǎn)以后的水平線統(tǒng)稱為高周疲勞。第二節(jié)材料和零件的疲勞特性曲線35有限壽命疲勞階段應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和其疲勞極限之間的關(guān)系：

σrNmN=C，NC≤N≤ND

無限壽命疲勞階段應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和疲勞極限之間的關(guān)系：

σrN=σr∞，

N>ND

σrNmN=σrmN0=C

有限壽命區(qū)間任意循環(huán)次數(shù)N（NC<N<ND）時的疲勞極限σrN的表達(dá)式

式中KN——壽命系數(shù)，KN=1；

D點(diǎn)為有限壽命疲勞階段和無限壽命疲勞階段的公共點(diǎn)

當(dāng)?shù)诙?jié)材料和零件的疲勞特性曲線36（二）極限應(yīng)力線圖同一材料在相同的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N（通常N=N0）下，將材料試件在不同循環(huán)特性r時疲勞試驗所得各極限應(yīng)力表示在

m-a坐標(biāo)中，用極限平均應(yīng)力

m與極限應(yīng)力幅值

a的關(guān)系曲線來描述材料的等壽命疲勞特性，稱該曲線為材料的極限應(yīng)力線圖（或等壽命曲線）。

工程上常將塑性材料疲勞極限應(yīng)力圖進(jìn)行簡化：A’G’C

塑性材料的疲勞極限應(yīng)力線圖：A’D’B——拋物線不發(fā)生破壞作圖：用三個參數(shù)作出A’—D’—CA’D’延長與C、45o線相交得G’對稱循環(huán)應(yīng)力點(diǎn)脈動循環(huán)應(yīng)力點(diǎn)靜應(yīng)力點(diǎn)

第二節(jié)材料和零件的疲勞特性曲線37直線A′G′上各點(diǎn)的最大應(yīng)力直線G′C上各點(diǎn)的最大應(yīng)力式中

——試件受循環(huán)彎曲正應(yīng)力時的材料特性，又稱為平均應(yīng)力折合為應(yīng)力幅的等效系數(shù)。

的大小表示材料對循環(huán)不對稱性的敏感程度。根據(jù)試驗，對碳鋼，0.1~0.2；對合金鋼，0.2~0.3。對于切應(yīng)力，以τ代σ即可。第二節(jié)材料和零件的疲勞特性曲線

直線A′G′的方程

38二、零件的疲勞特性曲線（一）影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度的因素（應(yīng)力集中絕對尺寸表面質(zhì)量）1．應(yīng)力集中對零件疲勞強(qiáng)度的影響最大局部應(yīng)力與名義應(yīng)力的比值α稱為理論應(yīng)力集中系數(shù)。實用上，常用有效應(yīng)力集中系數(shù)k（k

、k

，下標(biāo)

、

分別表示在正應(yīng)力、切應(yīng)力條件下）來表示疲勞強(qiáng)度的真正降低程度。

各種材料對應(yīng)力集中的感受程度可用敏感系數(shù)q表示。其值在0~1之間，q值越大，該材料越易感受應(yīng)力集中。

當(dāng)qσ和ασ為已知時，kσ即為：

對于結(jié)構(gòu)鋼，常取q=0.6～0.8，強(qiáng)度極限高者取大值，低者取小值；對于高強(qiáng)度合金鋼，取q>>1；對于鑄鐵，取q=0，即kσ＝1。

第二節(jié)材料和零件的疲勞特性曲線392．絕對尺寸對零件疲勞強(qiáng)度的影響

零件截面絕對尺寸對零件疲勞強(qiáng)度的影響可用絕對尺寸系數(shù)ε（εσ、ετ）表示。

式中(σ－1)d

——直徑為d的試件在受對稱循環(huán)正應(yīng)力作用時的疲勞極限；(σ–1)d0——直徑為d0=6～10mm的試件在受對稱循環(huán)正應(yīng)力作用時的疲勞極限。3．表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響表面質(zhì)量對疲勞極限的影響可用表面質(zhì)量系數(shù)β表示。

其他條件相同，零件截面的絕對尺寸越大，其疲勞強(qiáng)度越低。其他條件相同，零件表面越粗糙，其疲勞強(qiáng)度也越低。第二節(jié)材料和零件的疲勞特性曲線404．表面強(qiáng)化系數(shù)對零件疲勞強(qiáng)度的影響

強(qiáng)化處理對疲勞強(qiáng)度的影響用強(qiáng)化系數(shù)βq來表示

由試驗得知，應(yīng)力集中、絕對尺寸、表面質(zhì)量和強(qiáng)化系數(shù)只對應(yīng)力幅有影響。通常用綜合影響系數(shù)（K

、K

）表示上述諸因素的綜合影響，即

由于零件幾何形狀、尺寸大小及加工質(zhì)量等因素的影響，使得零件的疲勞強(qiáng)度要小于材料試件的疲勞強(qiáng)度。對零件表面施行不同的強(qiáng)化處理，可不同程度地提高零件的疲勞強(qiáng)度。第二節(jié)材料和零件的疲勞特性曲線41（二）零件極限應(yīng)力線圖由于實際零件幾何形狀、尺寸大小、加工質(zhì)量和表面強(qiáng)化等因素的影響，使得零件的疲勞極限小于材料試件的疲勞極限。

式中，

-1、-1e——材料與零件的對稱循環(huán)彎曲疲勞強(qiáng)度Kσ只影響

a，不影響

m。則當(dāng)已知Kσ和

-1時，就可以不經(jīng)試驗而估算出零件的對稱循環(huán)彎曲疲勞極限為：

綜合影響系數(shù)零件的材料的第二節(jié)材料和零件的疲勞特性曲線42零件的極限應(yīng)力曲線，即由折線ADGC表示。直線AG的方程

直線CG的方程為

對于零件受切應(yīng)力時，也可仿照上述各式，并以τ代換σ，即可得出相應(yīng)的極限應(yīng)力曲線方程。第二節(jié)材料和零件的疲勞特性曲線不會發(fā)生破壞43第三節(jié)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算一、疲勞斷裂特征絕大多數(shù)機(jī)械零件都是在變應(yīng)力下工作的，在變應(yīng)力作用下經(jīng)過較長時間工作的零件，其失效形式將是疲勞斷裂。疲勞斷裂剖面由光滑的疲勞發(fā)展區(qū)和粗粒狀的斷裂區(qū)組成。疲勞過程可分為兩個階段：（1）表面通過各種滑移方式形成初始裂紋；（2）裂紋尖端在切應(yīng)力作用下發(fā)生反復(fù)塑性變形，使裂紋擴(kuò)展以致斷裂。

44二、機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算（一）單向穩(wěn)定變應(yīng)力時機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算在作機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算時1)求出零件危險截面上的最大應(yīng)力

max及最小應(yīng)力

min2)算出平均應(yīng)力

m及應(yīng)力幅

a

3)在極限應(yīng)力線圖上標(biāo)示出相應(yīng)于

m及

a的工作應(yīng)力點(diǎn)M（或N）。用曲線上哪一個點(diǎn)來表示極限應(yīng)力？要根據(jù)零件應(yīng)力的變化規(guī)律來定。典型的應(yīng)力變化規(guī)律：（1）變應(yīng)力的循環(huán)特性保持不變，即r=C（常數(shù)）；（2）變應(yīng)力的平均應(yīng)力保持不變，即

m=C；（3）變應(yīng)力的最小應(yīng)力保持不變，即

min=C

第三節(jié)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算45（1）r=C工作應(yīng)力位于AOG區(qū)域內(nèi)時，計算安全系數(shù)Sca及強(qiáng)度條件為：工作應(yīng)力位于GOC區(qū)域內(nèi)，此時首先可能發(fā)生的是屈服失效，故只需進(jìn)行靜強(qiáng)度計算。靜強(qiáng)度計算式為：從坐標(biāo)原點(diǎn)引射線通過工作應(yīng)力點(diǎn)M（或N）與極限應(yīng)力曲線交于

M1

（或

N1

），其應(yīng)力值就是在計算中所要用的極限應(yīng)力。

第三節(jié)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算46（2）

m=C工作應(yīng)力位于AOHG區(qū)域內(nèi)，計算安全系數(shù)Sca及強(qiáng)度條件為：當(dāng)工作應(yīng)力位于CGH區(qū)域內(nèi)時，進(jìn)行靜強(qiáng)度計算。過工作應(yīng)力點(diǎn)M(或N)作縱坐標(biāo)軸的平行線PMM

(或QNN

)與極限應(yīng)力線AG交于M

點(diǎn)(或與線GC交于N

點(diǎn))，其應(yīng)力值就是此時零件的極限應(yīng)力值。

第三節(jié)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算極限應(yīng)力即為屈服點(diǎn)σs47（3）

min=C當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位于AOJ區(qū)域內(nèi)時，

min為負(fù)值，工程中罕見，故不作考慮。當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位于GIC區(qū)域內(nèi)時，極限應(yīng)力為屈服極限，按靜強(qiáng)度計算；當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位于OJGI區(qū)域內(nèi)時，極限應(yīng)力才在疲勞極限應(yīng)力曲線AG上。計算安全系數(shù)Sca及強(qiáng)度條件為：過工作應(yīng)力點(diǎn)M(或N)作與橫軸夾角為45°的直線SMM3

(或TNN3

)與極限應(yīng)力線AGC交于M3

點(diǎn)(或N3

點(diǎn))，其應(yīng)力值就是此時零件的極限應(yīng)力值。

第三節(jié)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算48（二）雙向穩(wěn)定變應(yīng)力時的疲勞強(qiáng)度計算雙向應(yīng)力是指零件同時受法向和切向應(yīng)力作用。經(jīng)過試驗得出的極限應(yīng)力關(guān)系

單位圓由于是對稱循環(huán)變應(yīng)力，故應(yīng)力幅即為最大應(yīng)力。圓弧AM

B上任何一個點(diǎn)都代表一對極限應(yīng)力

a

和τa′的狀態(tài)。

第三節(jié)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算49當(dāng)零件上所承受的兩個變應(yīng)力均為不對稱循環(huán)變應(yīng)力時

然后按式（2-19a）求出零件的計算安全系數(shù)Sca，并使Sca≥[S]，以滿足疲勞強(qiáng)度要求。從強(qiáng)度計算的觀點(diǎn)來看，

τ-1e/τa=Sτ是零件上只承受切應(yīng)力τa時的計算安全系數(shù)；σ-1e/σa=Sa是零件上只承受法向應(yīng)力σa時的計算安全系數(shù)。故

即

第三節(jié)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算(2-19a)

50

【例2-1】某軸受穩(wěn)定交變應(yīng)力作用，最大應(yīng)力=250MPa，最小應(yīng)力=-50MPa，已知軸的材料為合金調(diào)質(zhì)鋼，其對稱循環(huán)疲勞極限=450MPa，脈動循環(huán)疲勞極限=700MPa，屈服極限=800MPa，危險截面的=1.40，=0.78，=0.9，試求：

(1)繪制材料的簡化疲勞極限應(yīng)力線圖，并在圖上標(biāo)出工作應(yīng)力點(diǎn)的位置。(2)材料疲勞極限的平均應(yīng)力和極限應(yīng)力副值

（按簡單加載）。(3)若取[S]=1.3，校核此軸疲勞強(qiáng)度是否安全。解：1)材料的簡化極限應(yīng)力線圖如圖2-13所示。第三節(jié)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算51MPaMPa標(biāo)出工作應(yīng)力點(diǎn)M(100，150)如圖所示。

2)求材料的和第三節(jié)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算52（三）規(guī)律性單向不穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力下機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算不穩(wěn)定變應(yīng)力可分為非規(guī)律性的和規(guī)律性的兩大類。非規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力——其變應(yīng)力的參數(shù)變化是隨機(jī)的。規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力——其變應(yīng)力參數(shù)的變化有一個簡單的規(guī)律。對這類問題，根據(jù)疲勞損傷積累假說進(jìn)行計算。規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力示意圖不穩(wěn)定變應(yīng)力在σr-N坐標(biāo)上第三節(jié)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算53疲勞損傷線性累積假說（Miner法則）

不穩(wěn)定變應(yīng)力時的極限條件為

壽命損傷率

當(dāng)零件達(dá)到疲勞極限狀況時，各壽命損傷率之和達(dá)到100％，即

寫成一般式第三節(jié)機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度計算計算安全系數(shù)Sca及強(qiáng)度條件則為：

令——不穩(wěn)定變應(yīng)力的計算應(yīng)力

則54第四節(jié)機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度當(dāng)具有一定曲面的兩物體在壓力下相互接觸時，便在接觸處產(chǎn)生接觸應(yīng)力。初始線接觸初始點(diǎn)接觸55失效形式：疲勞點(diǎn)蝕后果：減少了接觸面積、損壞了零件的光滑表面、降低了承載能力、引起振動和噪音。初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋裂紋的擴(kuò)展與斷裂油金屬剝落出現(xiàn)小坑接觸應(yīng)力絕大多數(shù)都是隨時間變化的。在交變接觸應(yīng)力的作用下，經(jīng)過若干循環(huán)次數(shù)后，零件表面材料就可能產(chǎn)生甲殼狀的小片剝落，而在表面上遺留下一個小坑。第四節(jié)機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度56

根據(jù)彈性力學(xué)赫茲（Hertz）公式，接觸應(yīng)力計算為：

1、

2——零件1和2初始接觸線處的曲率半徑；

1、

2——零件1和2材料的泊松比；E1、E2——零件1和2材料的彈性模量；b——初始接觸線長度；F——作用于接觸面上的總壓力。σHσHρ2bρ1ρ1Fnbρ2σHσHF接觸疲勞強(qiáng)度條件

第四節(jié)機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度57第三章摩擦、磨損及潤滑第一節(jié)摩擦與磨損第二節(jié)潤滑第三節(jié)密封第四節(jié)流體動力潤滑原理簡介58摩擦廣泛地存在于人們的生活中59合理地選擇潤滑裝置和潤滑系統(tǒng)，科學(xué)地使用潤滑劑，才能做到減少機(jī)器的磨損，降低動力消耗和油品消耗，延長機(jī)器的壽命，確保機(jī)器的安全運(yùn)行。摩擦、磨損、潤滑和密封也廣泛地存在于生產(chǎn)活動中各類機(jī)器在工作時，其各零件相對運(yùn)動的接觸部分都存在著摩擦，摩擦是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不可避免的物理現(xiàn)象。摩擦不僅消耗能量，而且使零件發(fā)生磨損，甚至導(dǎo)致零件的失效。磨損是摩擦的結(jié)果。為了減少機(jī)械零件的摩擦和磨損，通常有效的方法是在發(fā)生摩擦的零件表面之間添加潤滑劑。60第一節(jié)摩擦與磨損根據(jù)摩擦副表面間的潤滑狀態(tài)將摩擦狀態(tài)分為四種：干摩擦、流體摩擦、邊界摩擦、混合摩擦。一、摩擦

摩擦力

在外力作用下，一個物體相對于另一物體有相對運(yùn)動或運(yùn)動趨勢時，兩物體接觸面間產(chǎn)生的阻礙物體運(yùn)動的切向阻力稱為摩擦力。

摩擦

這種在物體接觸區(qū)產(chǎn)生阻礙運(yùn)動并消耗能量的現(xiàn)象，稱為摩擦。611.干摩擦定義：兩物體的滑動表面為無任何潤滑劑或保護(hù)膜的純金屬，這兩個物體表面直接接觸時的摩擦稱為干摩擦。庫侖公式（摩擦定律）:（流體摩擦不適用）式中:

摩擦力F、法向力FN、摩擦因數(shù)f

干摩擦狀態(tài)產(chǎn)生較大的摩擦功耗及嚴(yán)重的磨損，因此應(yīng)避免出現(xiàn)這種摩擦。第一節(jié)摩擦與磨損F=f·FN

只適用于粗糙表面。表面愈粗糙，摩擦力愈大。不能解釋光滑表面間的摩擦現(xiàn)象?；瑒铀俣却髸r還與速度有關(guān)。摩擦定律

古典的庫倫定律有一定的局限性。目前比較通用的有黏著理論、分子-機(jī)械理論等。62第一節(jié)摩擦與磨損2.流體摩擦

兩摩擦表面被一流體層(液體或氣體)隔開，不發(fā)生直接摩擦接觸，摩擦性質(zhì)取決于流體內(nèi)部分子問的黏性阻力，稱為流體摩擦。

液體動壓滑動軸承和液體靜壓滑動軸承的摩擦狀態(tài)就屬于流體摩擦。3.邊界摩擦

兩摩擦表面間存在著一層極薄(有的只有一兩層分子厚)的起潤滑作用的膜(稱為邊界膜)的狀態(tài)稱為邊界摩擦。

摩擦性質(zhì)不取決于流體黏度，而與邊界膜和表面的吸附性質(zhì)有關(guān)。63第一節(jié)摩擦與磨損4.混合摩擦

在實際使用中，有較多的摩擦副處于干摩擦、流體摩擦、邊界摩擦的混合狀態(tài)，稱為混合摩擦。

由于液體摩擦、邊界摩擦、混合摩擦都必須在一定的潤滑條件下才能實現(xiàn)，因此這三種摩擦又分別稱為液體潤滑、邊界潤滑和混合潤滑。

各種摩擦狀態(tài)下的摩擦系數(shù)見表3-1。指出三種摩擦在哪

其摩擦系數(shù)比邊界摩擦的小得多，但由于仍有微凸體的直接接觸，所以磨損是不可避免的。64二、磨損

運(yùn)動副之間的摩擦導(dǎo)致零件表面材料不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。單位時間內(nèi)材料的磨損量稱為磨損率。磨損量可以用體積、質(zhì)量或厚度來衡量。

機(jī)械零件嚴(yán)重磨損后，將降低機(jī)械工作的可靠性，會使機(jī)器提早報廢。

磨損并非都是有害的。如機(jī)械的磨合以及利用磨損原理進(jìn)行加工，如磨削、研磨、拋光等。第一節(jié)摩擦與磨損對機(jī)械的磨合（跑合、走合）舉出一個具體實例651.磨損過程

磨損過程大致可分為以下三個階段（1)磨合磨損階段

磨損速度由快變慢，逐漸減小到一穩(wěn)定值（2)穩(wěn)定磨損階段

磨損緩慢，磨損率穩(wěn)定（3)劇烈磨損階段

磨損速度及磨損率都急劇增大第一節(jié)摩擦與磨損應(yīng)力求縮短磨合期，延長穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損期662.磨損分類

按照磨損的機(jī)理以及零件磨損狀態(tài)的不同，磨損可分為四種基本類型：黏著磨損、磨粒磨損、表面疲勞磨損及腐蝕磨損。（1）磨粒磨損

由于摩擦表面上的硬質(zhì)突出物或從外部進(jìn)入摩擦表面的硬質(zhì)顆粒，對摩擦表面起到切削或刮擦作用，從而引起表層材料脫落的現(xiàn)象。

為了減輕磨粒磨損，除注意滿足潤滑條件外，還應(yīng)合理地選擇摩擦副的材料、降低表面粗糙度以及加裝防護(hù)密封裝置等。第一節(jié)摩擦與磨損67（2）黏著磨損

當(dāng)摩擦副受到較大正壓力作用時，由于表面不平，其頂峰接觸點(diǎn)受到高壓力作用而產(chǎn)生彈、塑性變形，附在摩擦表面的吸附膜破裂，溫升后使金屬的頂峰塑性面牢固地黏著并熔焊在一起，形成冷焊結(jié)點(diǎn)。

黏著磨損按程度不同可分為五級：輕微磨損、涂抹、擦傷、撕脫、咬死。涂抹、擦傷、撕脫又稱為膠合。

為了減輕黏著磨損，可以采取的措施：

合理選擇摩擦副材料，如選擇異種金屬

采用表面處理，如電鍍、化學(xué)熱處理、表面熱處理、噴鍍等

采用含有油性和極壓添加劑的潤滑劑

限制摩擦表面的溫度

控制壓強(qiáng)第一節(jié)摩擦與磨損68在其表面上形成裂紋而逐步擴(kuò)展與相互連接，表層金屬脫落，形成許多月牙形淺坑(又稱麻坑)，這種現(xiàn)象稱為表面接觸疲勞磨損，又稱為點(diǎn)蝕。第一節(jié)摩擦與磨損為了提高摩擦副的接觸疲勞壽命

應(yīng)合理選擇

摩擦副材料

摩擦表面的粗糙度

潤滑油的黏度

表面硬度初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋裂紋的擴(kuò)展與斷裂油金屬剝落出現(xiàn)小坑（3）疲勞磨損(點(diǎn)蝕)受交變接觸應(yīng)力的摩擦副會發(fā)生什么現(xiàn)象？69

在摩擦過程中，摩擦面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生物質(zhì)損失的現(xiàn)象，稱為腐蝕磨損。

腐蝕磨損分為：

氧化磨損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損、氣蝕磨損。

氧化磨損是最常見的腐蝕磨損，磨損速度比較緩慢，但在高溫、潮濕環(huán)境中，有時也很嚴(yán)重。

腐蝕也可以在沒有摩擦的條件下形成，這種情況常發(fā)生在鋼鐵類零件，如化工管道、泵類零件、柴油機(jī)缸套等。

？

具有保護(hù)摩擦表面的作用但應(yīng)注意油脂與氧反應(yīng)生成的酸性化合物對表面有腐蝕作用4）腐蝕磨損第一節(jié)摩擦與磨損潤滑油(脂)70第二節(jié)潤滑在摩擦面間加入潤滑劑，可以降低摩擦、減輕磨損、保護(hù)零件不遭銹蝕，還能起散熱降溫的作用。潤滑劑還具有傳遞動力、緩沖吸震、密封和清除污物等作用。一、潤滑劑的性能與選擇

常用的潤滑劑：

潤滑油

潤滑脂

固體潤滑劑

如石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等

氣體潤滑劑

如空氣、氫氣、水蒸氣等71第二節(jié)潤滑1.潤滑油

潤滑油是目前使用最多的潤滑劑，主要包括動植物油、礦物油和化學(xué)合成油三類。

動植物油的油性好，但易變質(zhì)且價貴，常作添加劑使用

礦物油來源充足、成本低、品種多、穩(wěn)定性好，應(yīng)用最廣泛

合成油多是針對某種特定需要而研制的，其適用面窄且價格高，故應(yīng)用甚少

潤滑油最重要的一項物理性能指標(biāo)是黏度，是選擇潤滑油的主要依據(jù)。

黏度——液體流動時其內(nèi)摩擦阻力的大小

黏度——內(nèi)摩擦阻力——液體的流動性

72牛頓液體黏性定律（流體層流流動的內(nèi)摩擦定律）

牛頓提出，液體作層流運(yùn)動時，(如圖3-3所示)，兩層液體之間的剪切應(yīng)力τ的大小與其速度梯度du/dy成正比，即

式中η為比例常數(shù)，稱為黏度，也稱為動力黏度。因油層速度u隨距離y的增加而減小，故上式帶負(fù)號。η的大小表示液體的稀稠程度第二節(jié)潤滑73（1）動力黏度η

對于lm3的液體，其上表面發(fā)生相對速度為lm/s的相對運(yùn)動時所需的切向力F為1N，則稱該液體的黏度為lPa·s（1N·s/m2）。（2）運(yùn)動黏度ν

液體的動力黏度η與液體在相同溫度下密度ρ的比值稱為該液體的運(yùn)動黏度ν，即

ν=η/ρ

式中η—動力黏度(Pa·s)；ρ—密度(kg/m3)；ν—運(yùn)動黏度(m2/s)（3）條件黏度(恩氏黏度)在規(guī)定的溫度下從恩氏黏度計流出200ml樣品所需的時間與同體積蒸餾水在20oC時流出所需的時間之比值稱為該液體的條件黏度，以oEt表示，其角標(biāo)t表示測定時的溫度。潤滑油的黏度指標(biāo)第二節(jié)潤滑74關(guān)于黏度的幾點(diǎn)說明：潤滑油的黏度并不是固定不變的，而是隨著溫度和壓強(qiáng)而變化。黏度隨溫度的升高而降低，且變化很大，因此在注明某種潤滑油的黏度時，必須同時標(biāo)明它的測試溫度。黏度指數(shù)表示一切流體黏度隨溫度變化的程度。黏度變化越小的油，摩擦力變化也越小，黏度指數(shù)就越大。黏度隨壓強(qiáng)的升高而增大，但當(dāng)壓強(qiáng)小于2.0MPa時，其影響甚小，可不必考慮。在高壓下油的黏度將顯著地增加，甚至成為蠟狀固體，此時就必須考慮壓強(qiáng)的影響。

常用潤滑油的性能和用途見表3-2。潤滑油的主要物理性能指標(biāo)還有:凝點(diǎn)、閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和油性等第二節(jié)潤滑752.潤滑脂

潤滑脂是指在潤滑油中加入稠化劑(如鈣、鈉、鋰等金屬皂)混合稠化而成。有的還可加入一些添加劑以增加抗氧化性和油膜強(qiáng)度。

潤滑脂稠度大，不易流失，密封簡單，承載能力大

潤滑脂的理化性能不如潤滑油穩(wěn)定，摩擦功耗較大，因此常用于低速、多沖擊載荷或間歇工作機(jī)械中。

潤滑脂的主要性能指標(biāo)為滴點(diǎn)、針入度和耐水性等。第二節(jié)潤滑76（1）滴點(diǎn)

指潤滑脂受熱后從標(biāo)準(zhǔn)測量杯的孔口滴下第一滴油時的溫度。滴點(diǎn)標(biāo)志著潤滑脂的耐高溫能力，潤滑脂的工作溫度應(yīng)比滴點(diǎn)低20oC～30oC。（2）針入度

即潤滑脂的稠度。將重量為1.5N的標(biāo)準(zhǔn)錐體在25oC恒溫下，由潤滑脂表面自由沉下，經(jīng)5s后該錐體可沉入的深度值（以0.1mm為單位）即為潤滑脂的針入度。針入度表明潤滑脂內(nèi)阻力的大小和流動性的強(qiáng)弱。針入度越小——潤滑脂越稠——承載能力越強(qiáng)——密封性越好，但摩擦阻力也越大，流動性越差，因而不易填充較小的摩擦間隙。第二節(jié)潤滑77（3）耐水性

目前使用最多的是鈣基潤滑脂，其耐水性強(qiáng)，但耐熱性差，常用于60oC以下的工作場合之中。鈉基潤滑脂的耐熱性好，可用在115oC～145oC以下的工作場合之中，但其耐水性差。鋰基潤滑脂的性能優(yōu)良，耐水耐熱性均好，可以在-20oC～150oC的范圍內(nèi)廣泛使用。

常用潤滑脂的性能和用途見表3-3。第二節(jié)潤滑78

為了改善潤滑油和潤滑脂的性能，或適應(yīng)某些特殊的需要，常在普通的潤滑油和潤滑脂中加入一定的添加劑，使用添加劑是現(xiàn)代改善潤滑性能的主要手段。

加入抗氧化添加劑（如二烷基二硫代磷酸鹽等）可抑制潤滑油氧化變質(zhì)

加入降凝添加劑（如烷基萘等）可降低油的凝點(diǎn)

加入極壓添加劑（又稱EP添加劑，如二苯化二硫、二鋅二硫化磷酸鋅等）可以在金屬表面上形成一層保護(hù)膜，以減輕磨損等。3.潤滑油和潤滑脂中的添加劑第二節(jié)潤滑794.潤滑劑的選用

多選用潤滑油潤滑

橡膠、塑料制成的零件可用水潤滑

潤滑脂常用于不易加油或重載低速場合

氣體潤滑劑多用于高速輕載場合，如磨床高速磨頭的空氣軸承

固體潤滑劑一般用于不宜使用潤滑油或潤滑脂的特殊條件下，如高溫、高壓、極低溫、真空、強(qiáng)輻射、不允許污染及無法給油等場合第二節(jié)潤滑80潤滑劑牌號的選用

（1）工作載荷

潤滑油的粘度愈大，其油膜承載能力愈大，故工作載荷大時，應(yīng)選用黏度大且油性和極壓性好的潤滑油。對受沖擊載荷或往復(fù)運(yùn)動的零件，因不易形成液體油膜，故應(yīng)采用粘度大的潤滑油或針入度小的潤滑脂，或用固體潤滑劑。（2）運(yùn)動速度

低速不易形成動壓油膜，宜選用黏度大的潤滑油或針入度小的潤滑脂；高速時，為了減少功耗，宜選用黏度小的潤滑油或針入度大的潤滑脂。第二節(jié)潤滑81（3）工作溫度

低溫下工作應(yīng)選用黏度小、凝點(diǎn)低的潤滑油；高溫下工作應(yīng)選用黏度大、閃點(diǎn)高及抗氧化性好的潤滑油；工作溫度變化大時，宜選用黏溫特性好、黏度指數(shù)高的潤滑油。在極低溫下工作，當(dāng)采用抗凝劑也不能滿足要求時，應(yīng)選用固體潤滑劑。（4）工作表面粗糙度和間隙

表面粗糙度大，要求使用黏度大的潤滑油或針入度小的潤滑脂：間隙小的要求使用黏度小的潤滑油或針入度大的潤滑脂。第二節(jié)潤滑82二、潤滑方式及潤滑裝置集中潤滑或分散潤滑

集中潤滑需要一個多出口的潤滑裝置供油

分散潤滑中各摩擦副的潤滑裝置則是各自獨(dú)立的連續(xù)潤滑或間歇潤滑、壓力潤滑或無壓力潤滑

連續(xù)壓力潤滑需采用油泵、噴嘴裝置，高速時還可采用油霧發(fā)生器實現(xiàn)油霧潤滑

連續(xù)無壓力潤滑，用油繩、油墊、針閥式油杯、油環(huán)、油輪等潤滑裝置

間歇無壓力潤滑或間歇壓力潤滑，用油壺、油槍將油注入油杯進(jìn)行潤滑

循環(huán)式潤滑或非循環(huán)式潤滑第二節(jié)潤滑83油杯油環(huán)系列第二節(jié)潤滑84第三節(jié)密封

為了使?jié)櫥掷m(xù)、可靠、不漏油，同時為了防止外界臟物進(jìn)入機(jī)體，必須采用相應(yīng)的密封裝置。密封裝置是一種能保證密封性的零件組合。組成：密封表面（如軸和軸承座的圓柱表面）

密封件（如O形密封圈、氈圈等）

輔助件（如副密封件、受力件、加固件等）85第三節(jié)密封密封件是防止機(jī)件泄漏的主要部件。此外，還常常采用將接合部位焊合、鉚合、壓合、折邊等永久性防止流體泄漏的方法以消除泄漏。86第三節(jié)密封1.對密封件的基本要求1）在一定的壓力和溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能2）摩擦阻力小，摩擦系數(shù)穩(wěn)定3）磨損小，磨損后在一定程度上能自動補(bǔ)償，工作壽命長4）結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，價格低廉2.常用密封件

各種密封件都為標(biāo)準(zhǔn)件，可查閱有關(guān)手冊選取，如：

氈圈油封及槽可查閱JB/ZQ4606—86O形橡膠密封圈可查閱GB3452.1-9287第三節(jié)密封工況壽命、溫度、載荷、滑動速度、儲藏和運(yùn)輸條件、結(jié)構(gòu)有無振動、工作參數(shù)是否變動等被密封介質(zhì)的性能

如冰點(diǎn)和沸點(diǎn)、熱物理性能、化學(xué)活性、粘度及粘溫和粘壓關(guān)系、狹隙中的特性等配合零件及其涂層的材料性能

如強(qiáng)度性能，特別是疲勞強(qiáng)度性能及松弛性能、熱物理性能等3.設(shè)計密封裝置應(yīng)注意的問題88第三節(jié)密封機(jī)器中安裝密封裝置部位的結(jié)構(gòu)，包括零件的結(jié)構(gòu)形狀和質(zhì)量、零件的熱物理性能、冷卻條件和潤滑條件、不同軸度、徑向跳動、表面幾何特性等密封裝置的制造和裝配工藝性

如表面加工方法和特性、制造精度、工藝規(guī)范是否符合最佳、正確的裝配順序等機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)正確性

如運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)是否符合計算值、檢查周期和潤滑劑的更換等89第四節(jié)流體動力潤滑原理簡介

根據(jù)摩擦面間油膜形成的原理，可把流體潤滑分為：流體動力潤滑

利用摩擦面間的相對運(yùn)動而自動形成承載油膜的潤滑流體靜力潤滑

從外部將加壓的油送入摩擦面間，強(qiáng)迫形成承載油膜的潤滑彈性流體動力潤滑

接觸處的彈性變形和油膜厚度彼此影響，互為因果的潤滑稱為彈性流體動力潤滑，簡稱彈流潤滑（當(dāng)兩個曲面體作相對滾動或滾——滑運(yùn)動時，（如滾動軸承中的滾動體與套圈相接觸；一對齒輪的兩個輪齒相嚙合時）若條件合適，就能在接觸處形成承載油膜）90第四節(jié)流體動力潤滑原理簡介一、流體動力潤滑兩個作相對運(yùn)動物體的摩擦表面，用借助于相對速度而產(chǎn)生的黏性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷，稱為流體動力潤滑。所用的黏性流體可以是液體，如潤滑油，也可以是氣體，如空氣等，相應(yīng)地稱為液體動力潤滑和氣體動力潤滑。流體動力潤滑的主要優(yōu)點(diǎn)是：摩擦力小，磨損小，并可以緩和振動與沖擊。91第四節(jié)流體動力潤滑原理簡介流體動力潤滑中的楔效應(yīng)承載機(jī)理簡介如圖所示形成剪切流。如圖所示A，B兩板平行，板間充滿有一定黏度的潤滑油，若板B靜止不動，板A以速度v沿x方向運(yùn)動。由于潤滑油的黏性及它與平板間的吸附作用，與板A緊貼的油層的流速為v，等于板速。

潤滑油的流動屬于層流流動，則其它各流層的流速，則按直線規(guī)律分布。這種流動是由于油層受到剪切作用而產(chǎn)生的，稱為剪切流。

這時通過兩平行平板間的任何垂直截面處的流量皆相等，潤滑油雖能維持連續(xù)流動，但油膜對外載荷并無承載能力。這里忽略了流體由于受到擠壓作用而產(chǎn)生壓力的效應(yīng)。92第四節(jié)流體動力潤滑原理簡介剪切流和壓力流疊加

當(dāng)兩平板相互傾斜，其間形成楔形收斂間隙，且移動件的運(yùn)動方向從間隙較大的一方移向間隙較小的一方時，各油層的分布規(guī)律如圖中虛線所示，則進(jìn)入間隙的油量必大于流出間隙的油量。由于液體是不可壓縮的，則進(jìn)入楔形間隙的過剩油量，必由進(jìn)口a及出口c兩處截面被擠出，即產(chǎn)生一種因壓力而引起的流體的流動，稱為壓力流。

楔形收斂間隙中油層流動速度將由剪切流和壓力流二者疊加，因而進(jìn)口處油的速度曲線呈內(nèi)凹形，出口處呈外凸形。只要連續(xù)充分地提供潤滑油，并且A、B兩板相對速度的值足夠大，流入楔形收斂間隙流體產(chǎn)生的動壓力是能夠穩(wěn)定存在的。

這種具有一定黏性的流體流入楔形收斂間隙而產(chǎn)生壓力的效應(yīng)稱流體動力潤滑的楔效應(yīng)。93二、彈性流體動力潤滑

彈性流體動力潤滑理論

研究在相互滾動或伴有滑動的滾動條件下，兩彈性物體間的流體動力潤滑膜的力學(xué)性質(zhì)，把計算在油膜壓力下摩擦表面的變形的彈性方程、表述潤滑劑黏度與壓力間關(guān)系的黏壓方程與流體動力潤滑的主要方程結(jié)合起來，以求解油膜壓力分布、潤滑膜厚度分布等問題。如圖所示為典型彈性流體動力潤滑油膜厚度及油膜壓力分布示意圖。兩圓柱體相互滾動時將潤滑劑帶入間隙。第四節(jié)流體動力潤滑原理簡介94三、流體靜力潤滑

流體靜力潤滑是靠液壓泵或其它壓力流體源，將加壓后的流體送入兩摩擦表面之間，利用流體靜壓力來平衡外載荷。

第四節(jié)流體動力潤滑原理簡介典型流體靜力潤滑系統(tǒng)示意圖953.1一臺減速器裝配成功后，需進(jìn)行一段時間的試運(yùn)轉(zhuǎn)，然后將此潤滑油倒掉，清洗各組成零件，這是為什么?3.2冬天在液體系統(tǒng)中加入L—AN22潤滑油是合適的，不會漏油；而夏天加入后會產(chǎn)生漏油現(xiàn)象，這是為什么?如何設(shè)法改變?3.3夏天時發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)中的油變稀了，有人將潤滑脂加入，調(diào)均后使油變稠些，這樣行嗎?為什么？思考-討論答題便利貼96總結(jié)摩擦與磨損摩擦干摩擦流體摩擦邊界摩擦混合摩擦磨損磨損過程磨損分類潤滑潤滑油性能指標(biāo)黏度（動力、運(yùn)動、條件）潤滑脂滴點(diǎn)、針入度添加劑潤滑劑選用潤滑方式潤滑裝置97密封密封件要求密封應(yīng)注意問題潤滑原理流體動力潤滑楔效應(yīng)承載機(jī)理彈性流體動力潤滑流體靜力潤滑總結(jié)98第四章帶傳動第一節(jié)概述第二節(jié)帶傳動工作情況分析第三節(jié)

V帶傳動的設(shè)計計算第四節(jié)帶傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計第五節(jié)其他帶傳動簡介99拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)帶傳動帶傳動在哪？帶的形狀長什么樣呢？V型帶100生產(chǎn)線上的帶傳動帶傳動在哪？帶的形狀長什么樣呢？平帶101早期工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)處的帶傳動帶傳動在哪？帶的形狀長什么樣呢？齒型帶102學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能解釋帶傳動的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用2.能說明帶傳動的工作原理，界定帶傳動的幾何關(guān)系，會分析帶傳動的受力和應(yīng)力，能證明和解釋帶的彈性滑動和打滑現(xiàn)象3.會分析帶傳動的最大有效圓周力，能說明帶傳動的失效情況和設(shè)計準(zhǔn)則，會判斷單根帶所能傳遞的功率4.能按照設(shè)計步驟，設(shè)計計算V帶傳動各項參數(shù)5.能敘述其他帶傳動的原理和結(jié)構(gòu)103現(xiàn)代的機(jī)器由四個部分組成

動力部分（原動機(jī)，如電動機(jī)等）

傳動部分（如齒輪傳動、帶傳動等）

工作部分(執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如車輪、走刀架等）

控制部分

（如數(shù)控系統(tǒng)等）現(xiàn)代的機(jī)器由幾部分組成？104一、帶傳動的組成及工作原理由主動帶輪1、從動帶輪3和傳動帶2以及機(jī)架組成。按傳動原理分：摩擦帶傳動和同步帶傳動第一節(jié)概述摩擦帶傳動：由于傳動帶緊套在帶輪上，帶與帶輪之間產(chǎn)生的摩擦力傳遞運(yùn)動和動力。

同步帶傳動：依靠帶內(nèi)周的等距橫向齒與帶輪相應(yīng)齒槽間的嚙合傳遞運(yùn)動和動力。105二、帶傳動的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用（一）帶傳動的類型

根據(jù)帶的截面形狀：平帶V帶圓帶多楔帶傳動第一節(jié)概述106107平帶傳動：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、傳動效率較高、帶的壽命較長，適用于較大中心距的遠(yuǎn)距離傳動。V帶傳動：橫截面為梯形，其兩側(cè)面為工作面。V帶傳動的工作能力較平帶傳動大。在一般機(jī)械中，V帶傳動已取代了平帶傳動而成為應(yīng)用最廣的帶傳動裝置，故本章主要介紹V帶傳動。多楔帶傳動：兼有平帶和V帶傳動的優(yōu)點(diǎn)，適于結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞功率較大的場合。圓帶：結(jié)構(gòu)簡單，多用于小功率傳動，如儀器和家用器械中。第一節(jié)概述108（二）帶傳動的特點(diǎn)（三）應(yīng)用范圍優(yōu)點(diǎn)：

1）運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲?。?/p>

2）能緩沖沖擊載荷；

3）構(gòu)造簡單，精度低，特別是在中心距大的地方；

4）不用潤滑，維護(hù)成本低；

5）過載時打滑，可以保護(hù)傳動系統(tǒng)中的其他零件。缺點(diǎn)：

1）存在彈性滑動，效率低，傳動比不準(zhǔn)確（同步帶除外）；

2）帶的壽命較短，且不宜于高溫、易燃、易爆等場合；

3）軸上的壓軸力和輪廓尺寸大；帶傳動的應(yīng)用范圍很廣，特別是在傳動中心距大的場合，如農(nóng)業(yè)機(jī)械、食品機(jī)械、汽車、自動化設(shè)備等。第一節(jié)概述109指出帶傳動的類型？V帶傳動平帶傳動（輸送帶）1分鐘便利貼三、V帶的類型、特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)V帶有普通V帶(a)、窄V帶(b)、聯(lián)組V帶(c)、齒形V帶(d)、大楔角V帶(e)、寬V帶(f)等多種類型。其中普通V帶和窄V帶已標(biāo)準(zhǔn)化。普通V帶有Y、Z、A、B、C、D、E七種型號。窄V帶分為基準(zhǔn)寬度制的窄V帶和有效寬度制的窄V帶，基準(zhǔn)寬度制窄V帶有SPZ、SPA、SPB、SPC四種型號。第一節(jié)概述111V帶由包布、頂膠、抗拉體及底膠等部分構(gòu)成。抗拉體用來承受基本拉力。按抗拉體的結(jié)構(gòu)可分為簾布芯V帶和繩芯V帶兩種類型。繩芯V帶撓性好，抗彎強(qiáng)度高，適用于轉(zhuǎn)速較高，帶輪直徑較小，要求結(jié)構(gòu)緊湊場合。簾布芯V帶制造方便，抗拉強(qiáng)度較高，但易伸長、發(fā)熱和脫層。節(jié)線——V帶彎曲時，在帶中保持原長度不變的一條周線。節(jié)寬bp——由全部節(jié)線構(gòu)成的面稱為節(jié)面，節(jié)面的寬度稱為節(jié)寬?；鶞?zhǔn)直徑dd——與所配用V帶的節(jié)寬bp相對應(yīng)的帶輪直徑?；鶞?zhǔn)長度Ld——在規(guī)定的張緊力下，位于帶輪基準(zhǔn)直徑上的周線長度，基準(zhǔn)長度系列見表4-3。節(jié)面第一節(jié)概述112第二節(jié)帶傳動工作情況的分析一、帶傳動中的受力分析安裝時，帶必須以一定的預(yù)緊力F0緊套在帶輪上Ffn2FfF1帶工作前：帶工作時：F0F0此時，帶只受預(yù)緊力F0作用n1F2F2松邊－退出主動輪的一邊緊邊－進(jìn)入主動輪的一邊由于摩擦力的作用：緊邊拉力--由F0

增加到F1；松邊拉力--由F0

減小到F2

。Ff

－帶輪作用于帶的摩擦力F1113Fe

－

有效拉力帶是彈性體，工作后可認(rèn)為其總長度不變緊邊拉力增量＝松邊拉力減量即F1

-F0

＝

F0-F2

F1

＝F0

＋Fe/2F2

＝F0

－Fe/2再由Fe=F1

–F2，得：帶所傳遞的功率為：P增大時，所需的Fe

加大。但Ff

不可能無限增大，有一極限值，即最大摩擦力(臨界值，最大有限圓周力）

Ffmax。

Ffmax≥Fe時，帶傳動才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。若有效拉力超出此值時，傳動帶將在帶輪上打滑。F1F2FfFe=

Ff

=F1

–F2

帶速v(m/s)Fe(N)P=Fev(W)第二節(jié)帶傳動工作情況的分析114二、帶傳動的最大有效拉力及其影響因素帶傳動中，當(dāng)帶有打滑趨勢時，摩擦力即達(dá)到極限值，也即帶傳動的有效拉力達(dá)到最大值。柔韌體摩擦的歐拉公式式中，f——摩擦因數(shù)（對V型帶用fv代）；

——帶在帶輪上的包角（rad），一般為主動輪。小輪包角：大輪包角：第二節(jié)帶傳動工作情況的分析115最大有效拉力Fec

最大有效拉力Fec與下列因素有關(guān)：（1）預(yù)緊力F0

：Fec與

F0成正比。（2）包角

：Fec與

成正比。由于小帶輪上的包角

1較小，因此Fec取決于

1的大小。（3）摩擦因數(shù)f：Fec與

f成正比。f與帶及帶輪的材料和表面狀況、工作環(huán)境等有關(guān)。

此外帶的單位質(zhì)量q和帶速v對Fec也有影響，帶的q，v越大，F(xiàn)ec越小，故高速傳動時帶的質(zhì)量要盡可能輕。

Fe=F1–F2F1

＝F0

＋Fe/2F2

＝F0

－Fe/2第二節(jié)帶傳動工作情況的分析116三、帶的應(yīng)力分析工作時，帶橫截面上的應(yīng)力由三部分組成：（一）拉應(yīng)力

A

－帶的橫截面積第二節(jié)帶傳動工作情況的分析117（二）彎曲應(yīng)力

b式中E——帶材料的彈性模量（MPa）；

dd——帶輪基準(zhǔn)直徑（mm）；

h——帶的高度（mm）。

h越大、dd越小時，彎曲應(yīng)力就越大。故帶繞在小帶輪上時的彎曲應(yīng)力大于大帶輪上的彎曲應(yīng)力。

為了避免彎曲應(yīng)力過大，帶輪的基準(zhǔn)直徑就不能過小。V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑見表4-5

。

第二節(jié)帶傳動工作情況的分析118（三）離心拉應(yīng)力帶在繞過帶輪時作圓周運(yùn)動，從而產(chǎn)生離心力，并在帶中引起離心拉力FC，從而在帶中引起離心拉應(yīng)力，作用在整個帶長上。式中q——V帶的單位長度質(zhì)量（kg/m），見表4-6

v——帶的線速度（m/s）

A–––帶的截面積（mm2）

第二節(jié)帶傳動工作情況的分析表4-6V帶的單位長度質(zhì)量（摘自GB/T13575.1-2008）帶型YZSPZASPABSPBCSPCDEddmin/mm0.040.060.070.100.120.170.200.300.370.600.87119帶傳動在傳遞動力時，帶中產(chǎn)生拉應(yīng)力σ1、彎曲應(yīng)力σb和離心拉應(yīng)力σc，其應(yīng)力分布如圖所示。在緊邊進(jìn)入主動輪處帶的應(yīng)力最大（減速傳動時），其值為帶是在變應(yīng)力下工作的，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定數(shù)值后，帶將產(chǎn)生疲勞破壞。第二節(jié)帶傳動工作情況的分析120四、彈性滑動和打滑（一）彈性滑動帶傳動在工作時，帶受到拉力后要產(chǎn)生彈性變形。由于帶所受的拉力是變化的，因此帶彈性變形也是變化的。當(dāng)帶在b點(diǎn)繞上主動輪時，帶的速度v和主動輪的圓周速度v1是相等的。但在帶自b點(diǎn)轉(zhuǎn)到c點(diǎn)的過程中，所受拉力由F1逐漸降到F2，彈性伸長量也要相應(yīng)減小。這樣帶一面隨帶輪前進(jìn)，一面向后收縮，因此帶的速度低于主動輪的圓周速度，造成兩者之間發(fā)生相對滑動。

在從動輪上，情況正好相反，即帶的速度v大于從動輪的圓周速度v2，兩者之間也發(fā)生相對滑動。

第二節(jié)帶傳動工作情況的分析121

由于帶傳動中存在著帶的彈性變形的變化，導(dǎo)致了帶與帶輪之間有一定的相對速度，因此存在帶與帶輪間的相對滑動。這種因彈性變形而引起的相對滑動稱之為帶傳動的彈性滑動。

彈性滑動是帶傳動中無法避免的一種正常的物理現(xiàn)象。由于彈性滑動的存在，使帶溫度升高，降低了傳動效率；從動輪的圓周速度v2低于主動輪的圓周速度v1，即產(chǎn)生了速度損失。這就使得帶傳動不能保證準(zhǔn)確的傳動比。其降低量可用滑動率ε來表示。在考慮彈性滑動的情況下，帶傳動的傳動比為：式中n1、n2——分別為主、從動輪的轉(zhuǎn)速（r/min）；

dd1、dd2——分別為主、從動輪的基準(zhǔn)直徑(mm)。1%~2%,粗略計算可忽略不計第二節(jié)帶傳動工作情況的分析122

打滑是由過載引起的帶在帶輪上的全面滑動。打滑是可以避免的。彈性滑動不能避免。

接觸弧可分成有相對滑動（滑動?。┖蜔o相對滑動（靜?。﹥刹糠?，兩段弧所對應(yīng)的中心角，分別稱為滑動角（

）和靜角（

）。實踐證明，靜弧總是出現(xiàn)在帶進(jìn)入帶輪的這一邊上，動弧總是發(fā)生在離開帶輪的一側(cè)。帶不傳遞載荷時，滑動角為零，隨著載荷增加，滑動角逐漸加大而靜角則在減小，當(dāng)滑動角增大到包角時，達(dá)到極限狀態(tài)，帶傳動的有效拉力達(dá)最大值，帶就開始打滑。（二）打滑第二節(jié)帶傳動工作情況的分析如何避免打滑？123第三節(jié)V帶傳動的設(shè)計計算

根據(jù)帶傳動的工作情況分析可知，帶傳動的失效形式有帶的疲勞斷裂、打滑和磨損。

帶的打滑和疲勞斷裂是最常見的失效形式，因此，帶傳動的設(shè)計準(zhǔn)則是：既要在工作中充分發(fā)揮其工作能力而又不打滑，同時還要求傳動帶有足夠的疲勞強(qiáng)度，以保證一定的使用壽命。一、帶傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則及單根V帶的基本額定功率（一）帶傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則124（二）單根V帶的基本額定功率1）由疲勞強(qiáng)度條件得：

2）由帶傳動不打滑條件：傳遞的臨界功率為：單根V帶所能傳遞的