《机械设计例题》PPT课件.ppt
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1、机械设计例题机械设计例题例例:某转动心轴,其危险剖面上的平均应力为某转动心轴,其危险剖面上的平均应力为m=20MPa,应力幅,应力幅a=30MPa,试求最大,试求最大应力应力max、最小应力、最小应力min和循环特性和循环特性r。解解:最大应力为最大应力为max=m+a=20+30=50MPa最小应力为最小应力为min=m-a=20-30=-10MPa循环特性为循环特性为该变应力为非对称循环变应力。该变应力为非对称循环变应力。例例:某静止构件受弯曲应力某静止构件受弯曲应力b150MPa,扭转,扭转剪应力剪应力r50MPa;材料为;材料为35钢(钢(B540MPa,s320MPa)。试分别用第一
2、、三、四)。试分别用第一、三、四强度理论求计算应力强度理论求计算应力ca,并校核静强度是否安,并校核静强度是否安全?用哪个强度理论较为合理?全?用哪个强度理论较为合理?解解:(1)求材料的许用拉应力)求材料的许用拉应力由于由于s/B=320540,按表用内插法得,按表用内插法得许用拉应力许用拉应力MPa(2)按第一、三、四强度理论求计算应力)按第一、三、四强度理论求计算应力ca按第一强度理论得按第一强度理论得MPa按第三强度理论得按第三强度理论得MPa按第四理论强度得按第四理论强度得MPa(3)结论)结论由于许用拉应力由于许用拉应力212MPa均大于按第均大于按第一、三、四强度理论所求得的计算
3、应力一、三、四强度理论所求得的计算应力ca,所,所以该构件强度足够,较为安全。但由于以该构件强度足够,较为安全。但由于35钢塑性钢塑性较好,故用三、四强度理论较合理。较好,故用三、四强度理论较合理。例例:如图所示,某轴受弯矩如图所示,某轴受弯矩M作用。作用。已知:材料为优质碳素结构钢,已知:材料为优质碳素结构钢,其抗拉强度极限其抗拉强度极限B=600MPa;D=60mm;d=55mm;r=1.5mm;表面精车削加工表面精车削加工(表面粗糙度(表面粗糙度Ra=1.6m););调质处理。调质处理。求过渡圆角处的有效应力集中求过渡圆角处的有效应力集中系数系数k、绝对尺寸系数、绝对尺寸系数和表面状态系
4、数和表面状态系数。解解:(1)有效应力集中糸数)有效应力集中糸数k为求(为求(Dd)/r=3.33及及r/d=0.0273参数下的参数下的k值,须先从表中查出值,须先从表中查出(Dd)/r=2以及以及r/d=0.02和下的和下的k值,然后值,然后通过插值计算才可求得所要求的通过插值计算才可求得所要求的k值。值。计算步骤如下:计算步骤如下:查表,在(查表,在(Dd)/r=2和和B=600MPa条件条件下,下,r/d=0.02时,时,k,r/d=0.03时,时,k;通过;通过内插法可求得(内插法可求得(Dd)/r=2,r/d时的应力集中时的应力集中系数为系数为:再查表,在(再查表,在(Dd)/r=
5、4和和B=600MPa条条件下,件下,r/d=0.02时,时,k,r/d时,时,k;通过内;通过内插法可求得(插法可求得(Dd)/r=4,r/d时的应力集中系时的应力集中系数为数为:最后再通过内插法计算即可求得(最后再通过内插法计算即可求得(Dd)/r3.33和和r/d=0.0273时的有效应力集中系数为时的有效应力集中系数为:(2)绝对尺寸糸数)绝对尺寸糸数查表,当查表,当d55mm,材料为碳素结构钢时,材料为碳素结构钢时,。(3)表面状态系数)表面状态系数查表,当材料的查表,当材料的B600MPa及表面精车削加及表面精车削加工(工(Ra1.6m)田寸,)田寸,。在疲劳强度计算中,应根据具体
6、晴况选取在疲劳强度计算中,应根据具体晴况选取值。值。例例:一优质碳素结构钢零件,其一优质碳素结构钢零件,其B560MPa,s280MPa,-1250MPa。承受工作变应力。承受工作变应力max155MPa,min30MPa。零件的有效。零件的有效应力集中系数应力集中系数k,绝对尺寸系数,绝对尺寸系数,表面状态,表面状态系数系数(精车)。如取许用安全系数(精车)。如取许用安全系数S。校核此零件的强度是否足够。校核此零件的强度是否足够。解解(1)计算应力幅和平均应力)计算应力幅和平均应力应力幅应力幅MPa平均应力平均应力MPa(2)计算疲劳强度安全系数)计算疲劳强度安全系数椐表查得等效系数椐表查得
7、等效系数(拉压应力,车削表面)(拉压应力,车削表面),计算安全系数为计算安全系数为:(3)计算静强度安全系数)计算静强度安全系数:由上述计算结果可知,该零件的疲劳强度和静强由上述计算结果可知,该零件的疲劳强度和静强度安全系数均大于许用安全糸数度安全系数均大于许用安全糸数S,故零件,故零件强度足够。强度足够。例例:一转轴受规律性非稳定非对称循环变应力作用,一转轴受规律性非稳定非对称循环变应力作用,其各级变应力的其各级变应力的a和和m初的名义值见下表的第初的名义值见下表的第二、第三列。各级变应力的循环次数见第四列。二、第三列。各级变应力的循环次数见第四列。材料力材料力45钢调质,钢调质,-1250
8、MPa,m9,N0107。k,表面状态糸数,表面状态糸数,。许用安。许用安全糸数全糸数S。求该轴的计算安全糸数。求该轴的计算安全糸数S。应力级序号应力幅a平均应力m循环次数ni12312011090202020310471044106解解:(1)计算各级变应力的当量应力)计算各级变应力的当量应力ii的计算结果见下表的第五列。的计算结果见下表的第五列。应力级序号应力幅a平均应力m循环次数ni当量应力i12312011090202020310471044106292268220.6(2)求当量应力循环次数)求当量应力循环次数Nv因因3小干材料的小干材料的-1,故对零件不会造成疲劳损,故对零件不会造
9、成疲劳损伤,在求伤,在求Nv时不计入。时不计入。(3)求寿命糸数)求寿命糸数KN(4)求计算安全糸数)求计算安全糸数S结论:该转轴疲劳强度足够安全。结论:该转轴疲劳强度足够安全。例例:如图如图a所示的铸铁(所示的铸铁(HT150)支架,用一组螺栓固定在)支架,用一组螺栓固定在钢制底座上,支架轴孔中心受一斜力钢制底座上,支架轴孔中心受一斜力P10000N,P力力与水平面的夹角与水平面的夹角30,轴孔中心高度,轴孔中心高度h250mm,底,底板尺寸板尺寸l1200mm,l2400mm,l3150mm,螺栓,螺栓孔中心距孔中心距l320mm。试求螺栓所受的最大轴向总载荷,。试求螺栓所受的最大轴向总载
10、荷,并校核螺栓组联接接合面的工作能力。并校核螺栓组联接接合面的工作能力。解解(1)螺栓受力分析)螺栓受力分析将斜力将斜力P分解为水平分力分解为水平分力Px和垂直分力和垂直分力Pz;再;再将水平分力将水平分力Px简化到接合面上,得翻转力矩简化到接合面上,得翻转力矩M和作用在接合面上的横向力和作用在接合面上的横向力Px。支架螺栓组共受。支架螺栓组共受以下诸力和力矩作用:以下诸力和力矩作用:轴向力(作用干螺栓组形心,垂直向上)轴向力(作用干螺栓组形心,垂直向上)N横向力(作用于接合面,水平向右)横向力(作用于接合面,水平向右)N翻转力矩(绕翻转力矩(绕O轴,顺时针方向)轴,顺时针方向)计算每个螺栓所
11、需要的预紧力计算每个螺栓所需要的预紧力Qp。Px要使底板向右滑移,受到联接接合面摩擦力要使底板向右滑移,受到联接接合面摩擦力的阻挡。预紧力的阻挡。预紧力Qp使接合面间产生摩擦力。使接合面间产生摩擦力。Px使预紧力减小。使预紧力减小。M对摩擦力无影响,因在对摩擦力无影响,因在M作用作用下,底板右部的压力虽然增犬,但其左部的压力下,底板右部的压力虽然增犬,但其左部的压力却以同样程度减小。考虑却以同样程度减小。考虑Pz对预紧力的影响可对预紧力的影响可得底扳不滑移条件为得底扳不滑移条件为:取取Kf,f(铸铁对干燥加工表面,无垫片)(铸铁对干燥加工表面,无垫片),则则:N计算螺栓的工作拉力。在垂直拉力计
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