1、目录第1篇总论第1章绪论1 .1复习笔记1 .2名校考研真题详解第2章机械设计总论2 .1复习笔记2 .2名校考研真题详解第3章机械零件的强度3 .1复习笔记3 .2课后习题详解3 .3名校考研真题详解第4章摩擦、磨损及润滑概述4 .1复习笔记4 .2名校考研真题详解第2篇连接第5章螺纹连接和螺旋传动5 .1复习笔记5 .2课后习题详解5 .3名校考研真题详解第6章键、花键、无键连接和销连接6 .1复习笔记6 .2课后习题详解6 .3名校考研真题详解第7章铆接、焊接、胶接和过盈连接7 .1复习笔记7 .2课后习题详解7 .3名校考研真题详解第3篇机械传动第8章带传动8 .1复习笔记8 .2课后
2、习题详解8 .3名校考研真题详解第9章链传动9 .1复习笔记9 .2课后习题详解9 .3名校考研真题详解第1 0章齿轮传动1 0 .1复习笔记1 0 .2课后习题详解1 0 .3名校考研真题详解第1 1章蜗杆传动1 1 .1复习笔记1 1 .2课后习题详解1 1 .3名校考研真题详解第4篇轴系零、部件第1 2章滑动轴承1 2 .1复习笔记1 2 .2课后习题详解1 2 .3名校考研真题详解第1 3章滚动轴承1 3 .1复习笔记1 3 .2课后习题详解1 3 .3名校考研真题详解第1 4章联轴器和离合器1 4 .1复习笔记1 4 .2课后习题详解1 4 .3名校考研真题详解第1 5章轴1 5 .
3、1复习笔记1 5 .2课后习题详解1 5 .3名校考研真题详解第5篇其他零、部件第1 6章弹簧1 6 .1复习笔记1 6 .2课后习题详解1 6 .3名校考研真题详解第1 7章机座和箱体简介1 7 .1复习笔记1 7 .2名校考研真题详解第1 8章减速器和变速器1 8 .1复习笔记1 8 .2名校考研真题详解第1篇总论第1章绪论1 .1复习笔记一、本课程讨论的具体内容1总论部分机器及零件设计的基本原则，设计计算理论，材料选择，结构要求，以及摩擦、磨损、润滑等方面的基本知识；2连接部分螺纹连接，键、花键及无键连接，销连接，铆接，焊接，胶接与过盈连接等；3传动部分螺旋传动，带传动，链传动，齿轮传动
4、，蜗杆传动以及摩擦传动等；4轴系部分滚动轴承，滑动轴承，联轴器与离合器以及轴等。5其他部分弹簧、机座和箱体，减速器和变速器等。二、本课程的性质本课程的性质是以一般通用零件的设计为核心的设计性课程，而且是论述它们的基本设计理论与方法的技术基础课程。三、本课程的主要任务培养学生以下素质和能力：1有正确的设计思想并勇于创新探索；2掌握通用零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，进而具有综合运用所学的知识，研究改进或开发新的基础件及设计简单的机械的能力；3具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力；4掌握典型机械零件的试验方法，获得实验技能的基本训练；5了解国家当前的有关技术的经济政策，
5、并对机械设计的新发展有所了解。1 .2名校考研真题详解本章内容只是对整个课程的一个总体介绍，基本上没有学校的考研试题涉及到本章内容，读者简单了解即可，不必作为复习重点，所以本部分也就没有选用考研真题。第2章机械设计总论2 .1复习笔记一、机器1机器的组成（1）基本组成原动机部分：驱动整部机器完成预定功能的动力源；执行部分：用来完成机器预定功能的组成部分；传动部分：把原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数的问题。（2）附加组成：控制系统和辅助系统。图2 -12设计机器的一般程序根据长期以来的设计经验，一部机器的设计程序可归纳为如表2 -1所示。表2 -1 设
6、计机械的一般程序3设计机器应满足的要求（1）使用功能要求：正确的选择机器的工作原理，正确地设计或选用能够全面实现功能要求的执行机构、传动机构和原动机，以及合理地配置必要的辅助系统来实现。（2）经济性要求：设计制造的经济性表现为机器成本低，使用的经济性表现为高生产率，高效率，较少地消耗能源、原材料和辅助材料，以及低的管理和维护费用。更多各类考试资料 v：344647 公众号：顺通考试资料 （3）劳动保护和环境保护要求：要使所设计的机器符合劳动保护法规定的要求；要把环境保护提高到一个重要的位置。（4）寿命与可靠性的要求：机器的可靠度是指在规定的使用时间（寿命）内和规定的环境条件下机器能够正常工作的
7、概率；机器由于某种故障而不能完成其预定的功能称为失效。二、机械零件任何机器的主体都是它的机械系统，机械系统总是由一些机构组成，而机构又是由许多零件组成。所以，机器的基本组成要素是机械零件。按照使用情况将机械零件分为通用零件和专用零件两类。1机械零件的失效形式（1）整体断裂：由于危险截面上的应力超过零件的强度极限，或由于零件的变应力超过其疲劳极限而造成的失效。如齿轮轮齿根部的折断。（2）过大残余变形：由于作用于零件上的应力超过其材料的屈服极限而引起过大的变形量，使零件不能正常工作。（3）零件的表面破坏：零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳，如齿轮齿面磨损、疲劳点蚀等。（4）破坏正常工作条件引
8、起的失效：有些机械零件只有在一定的工作条件下才能正常工作，如果这些必备的工作条件被破坏，就将导致零件的失效。如带传动，其工作条件是有效圆周力小于临界摩擦力，否则将会产生打滑的失效。2设计机械零件时应满足的基本要求（1）避免在预定寿命期内失效的要求组成机器的所有零件必须具有相应的工作能力，否则就会失效。为此，机械零件应具有足够的强度、刚度和规定的寿命。强度是指零件抵抗断裂、过大的残余变形和表面接触疲劳的能力。提高机械零件强度的措施：a采用强度高的材料；b使零件具有足够大的横截面积尺寸；c合理地设计零件的截面形状，以增大截面的惯性矩；d采用热处理和化学处理方法，以提高材料的力学性能；e提高运动零件
9、的制造精度，以降低工作时的动载荷；f合理地配置机器中各零件的相互位置，以降低作用于零件上的载荷等。刚度是指零件抵抗弹性变形的能力，分为整体变形刚度和表面接触刚度两种。提高零件的整体刚度的措施：a增大零件横截面积或增大截面的惯性矩；b缩短支承跨距或采用多支点结构，以减小挠曲变形等。提高接触刚度的措施：a增大贴合面以降低压力；b采用精加工以降低表面不平度等。寿命是指零件正常工作延续的时间。影响零件寿命的因素主要包括：材料的疲劳、材料的腐蚀以及相对运动零件接触表面的磨损等三个方面。（2）结构工艺性要求零件具有良好的结构工艺性，即要求零件便于加工、便于装配、费用低等。零件的结构工艺性不仅与毛坯制造、机
10、械加工、装配要求有关，而且与零件的材料、生产批量、生产设备条件等有关。零件的结构设计对零件的结构工艺性具有决定性的影响。（3）经济性要求经济性要求就是要降低零件的生产成本，通常采取的措施有：采用轻型的零件结构以降低材料消耗；采用少余量或无余量的毛坯或简化结构以减少加工工时；采用工艺性良好的结构以减少加工和装配费用；采用廉价材料代替贵重材料；采用组合结构代替整体结构；尽量采用标准化的零部件取代特殊加工的零部件等。（4）质量小的要求设计时应力求减小零件质量，这样不但节约材料，便于运输，降低成本，还可以减小运动零件的惯性，改善机器的动力性能。（5）可靠性要求机器是由许多零件组成的，因而机器的可靠性取
11、决于机械零件的可靠性。为了提高零件的可靠性，应当使工作条件和零件性能的随机变化尽可能小，并在使用中加强维护和对工作条件进行监测。3机械零件的设计准则（1）强度准则强度准则是最基本的设计准则，是指零件中的应力不得超过允许的限度。对一次断裂来讲，应力不超过材料的强度极限；对于疲劳破坏来讲，应力不超过零件的疲劳极限；对残余变形来讲，应力不超过材料的屈服极限。其代表性表达式为考虑到各种偶然性或难以精确分析的影响，要除以设计安全系数S，即为许用应力，表达为（2）刚度准则零件在载荷作用下产生的弹性变形量y小于或等于机器工作性能所允许的极限值(即许用变形量)，则称满足了刚度要求。其表达式为（3）寿命准则影响
12、寿命的主要因素：腐蚀、磨损和疲劳是三个不同范畴的问题，它们各自发展过程的规律完全不同。迄今为止，还没有提出实用有效的腐蚀寿命、磨损寿命的定量计算方法，因而不拟讨论。对于疲劳寿命，通常是以求出使用寿命的疲劳极限或额定载荷来作为计算的依据。（4）振动稳定性准则振动是指机械零件发生周期性的弹性变形现象。所谓的振动稳定性，是指在设计时要使机器中受激振作用的各零件的固有频率与激振源的频率错开。令表示零件的固有频率，表示激振源的频率，则通常应保证如下的条件或如果不能满足上述条件，则可用改变零件及系统的刚性，改变支撑位置，增加或减少辅助支承等办法来改变的大小。此外，提高回转件的动平衡精度，采用隔振元件把激振
13、源与零件隔离，或者增加阻尼以减小受激振动零件的振幅等措施，都可以改善零件的振动稳定性。（5）可靠性准则可靠性用可靠度来度量。所谓零部件或机械系统的可靠度，是指它们各自在规定的工作条件下和规定的工作时间(寿命)内，无故障地完成规定功能的能力(或概率)。可靠性准则是指将常规设计中视为常量的设计参数如实地作为随机变量对待，把概率统计理论运用到机械设计中来，按照零部件或机械系统应有的定量的可靠度来设计它们。4机械零件的设计方法（1）理论设计根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计，分为设计计算和校核计算两类。设计计算：根据零件的工作情况，选定计算准则，按其规定的要求计算出零件的主要结构尺寸和参
14、数。多用于能通过简单的力学模型进行设计的零件。校核计算：先按其他方法初步拟定出零件的主要结构尺寸和参数后，依据计算准则校核零件是否安全。多用于结构复杂，应力分布较复杂，又能用现有的计算准则进行计算的场合。由于校核计算时，已知零件的有关尺寸，因此能计入影响零件失效的结构因素和尺寸因素，计算结果比较精确。（2）经验设计经验设计是根据对某类零件已有的设计与使用实践而归纳出的经验关系式，或根据设计者本人的工作经验用类比的办法所进行的设计。这对那些使用要求变动不大而结构形状已典型化的零件，是很有效的设计方法。例如箱体、机架、传动零件的各结构要素等。（3）模型试验设计把初步设计的零、部件或机器制作成小模型
15、或小尺寸样机，通过实验的手段对其各个方面的特性进行检验，根据实验结果对设计进行局部的修改，从而使设计更加完善。5机械零件设计的一般步骤（1）根据零件的使用要求，选择零件的类型和结构；（2）根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷；（3）分析零件可能的失效形式，从而确定零件的设计准则；（4）根据零件的工作条件及对零件的特殊要求，选择适当的材料；（5）根据设计准则进行有关的计算，确定出零件的基本尺寸；（6）根据工艺性及标准化等原则进行零件的结构设计；（7）细节设计完成后，必要时进行详细的校核计算，以判定结构的合理性；（8）画出零件的工作图，并写出计算说明书。6机械零件的材料及其选用（1）机械零件
16、常用的材料主要包括金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料等。其中，高分子材料又包括塑料、橡胶及合成纤维三种类型。（2）机械零件材料的选择原则：载荷、应力的大小和性质；零件的工作情况；零件的尺寸及质量；零件结构的复杂程度及材料的加工可能性；材料的经济性；材料的供应状况。7机械零件设计中的标准化所谓零件的标准化，是指通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法和制图要求等制定出各种设计者共同遵守的标准。这对于保证零件质量、节约材料和设备、缩短设计制造周期、降低成本、便于安装和维修等具有重大的意义。与标准化密切相关的是系列化和通用化。系列化是指对于同一产品，在同一基本结构或基本条件下，
17、规定出若于不同辅助尺寸的产品。通用化是指在不同规格的同类或不同类产品之间采用同一结构和尺寸的零部件。我国现行标准从运用范围来讲，有国家标准(GB)、行业标准和企业标准三个等级。2 .2名校考研真题详解一、判断题增大零件的截面尺寸只能够提高零件的强度不能提高零件的刚度。（）上海大学2 0 0 6研二、选择题1材料为4 5号钢经调质处理的轴由计算发现处于危险的共振区，解决的措施应当是（）。中科院2 0 0 7研A采用其它钢材B采取表面硬化处理C改变表面粗糙度D改变轴的直径2在机械零件的强度条件式中，常用到“计算载荷”，而“计算载荷”一般（）。上海大学2 0 0 5研错【答案】零件截面尺寸的增大不仅
18、能提高零件的强度，同时也可提高零件的刚度。【解析】D【答案】改变轴的直径，则轴的刚性发生变化，零件的固有频率也发生变化。A项，由于金属材料的弹性模量基本相同，故改变材料不能改变轴的刚度；B项，采取表面硬化处理能提高轴的疲劳强度，不能改变刚度；C项，表面粗糙度提高只能改变接触刚度。【解析】A小于名义载荷B大于静载荷而小于动载荷C接近于额定载荷D大于名义载荷而接近于实际载荷【解析】机械工作中的实际载荷近似用计算载荷表征，且是名义载荷（即额定载荷）F与载荷系数K的乘积，即。其中，载荷系数K是考虑载荷随时间作用和分布的不均匀性以及其他零件受力情况等因素后选取的系数，其值大于1。3零件的工作安全系数为（
19、）。中南大学2 0 0 5研A零件的极限应力比许用应力B零件的工作应力比许用应力C零件的极限应力比零件的工作应力D零件的工作应力比零件的极限应力 。三、简答题D【答案】C【答案】在对零件的强度进行校核时用到工作安全系数，其值小于等于许用安全系数时零件安全，其表达式为【解析】1机械零件的设计准则有哪些？武汉理工大学2 0 0 6研答：参见本章复习笔记相关内容。2何为互换性?互换性在机械制造业中的作用是什么? 中国科学技术大学2 0 1 1研答：（1）互换性指在机械和仪器制造工业中，零、部件的互换性是指在同一规格的一批零件或部件中，任取其一，不需任何挑选或附加修配就能装在机器上，达到规定的性能要求
20、。（2）互换性在机械制造业中的作用：从使用方面看，当零件损坏以后，可以用同样规格的零件换上，快速简单；从制造方面看，互换性是提高生产水平和进行文明生产的有力手段。装配时，不需辅助加工和修配，故能减轻装配工人的劳动强度，缩短装配周期，并且可使装配工人按流水作业方式进行工作，以致进行自动装配，从而大大提高效率。3什么是机械零件的失效？常见的机械零件失效形式有哪些？北京理工大学2 0 0 4研答：参见本章复习笔记相关内容。4导轨的基本要求有哪些?中科院2 0 0 5研答：导轨的基本要求包括以下8点：（1）导向精度：指运动构件沿导轨导面运动时其运动轨迹的准确程度，影响因素主要有导轨承导面的几何精度、结
21、构类型、导轨副的接触精度、表面粗糙度、导轨和支承件的刚度等，直线导轨一般包括垂直面和水平面内的直线度、两条导轨面间的平行度；（2）精度保持性：在工作过程中保持原有几何精度的能力；（3）运动灵敏度和定位精度：运动构件能实现的最小行程和停止在指定位置的能力；（4）运动轻便、平稳、低速无爬行现象；（5）抗振性好：导轨副承受受迫振动和冲击的能力；（6）耐磨性好，温变不敏感；（7）足够的刚度：抵抗受力变形的能力；（8）工艺性好：在满足设计要求的前提下，应尽量做到制造和维修方便，成本低廉。第3章机械零件的强度3 .1复习笔记一、材料的疲劳特性材料的疲劳特性可用最大应力、应力循环次数、应力比来描述。1疲劳曲
22、线疲劳曲线是指在一定应力比下，疲劳极限与应力循环次数的关系曲线，如图3 -1所示。图3 -1 材料疲劳曲线之一（-N曲线）（1）在原点处，对应的应力循环次数为N=1 /4，意味着在加载到最大值时材料被拉断，显然该值为强度极限。（2）AB段，应力循环次数,基本不变，可以近似看作为静应力强度。（3）BC段，材料已发生塑性变形，故称其为应变疲劳，由于应力循环次数N相对较小，也称为低周疲劳；（4）疲劳曲线中CD及D点以后两段所代表的疲劳通常称为高周疲劳。CD段内，试件经过一定次数的变应力作用之后，总会发生疲劳破坏，曲线CD段上任何一点所代表的疲劳极限称为有限寿命疲劳极限。该段代表有限疲劳寿命阶段，可用
23、下式来描述D点之后，作用的变应力的最大应力小于D点的应力（），则无论应力循环多少次，材料都不会破坏，代表无限疲劳寿命阶段。由于有时很大，于是常人为规定一个循环次数（循环基数），和其相对应的疲劳极限来近似代表和，则可描述为则有限寿命区间内任意循环次数的疲劳极限表达式为2等寿命疲劳曲线（极限应力线图）同一材料在不同的循环特性r下，有不同的疲劳极限，它们之间的关系可用极限应力线图来表示。按试验的结果，这一疲劳特性曲线为二次曲线，但在工程应用中，常将其以直线来近似代替，如图3 -2所示。图3 -2折线即为材料的极限应力曲线。其中，点为对称循环极限应力点，点为脉动循环极限应力点，点为屈服极限应力点。直线
24、上任意点代表了一定循环特性时的疲劳极限；直线上任意点的最大应力达到了屈服极限应力。当循环应力参数落在以内时，表示不会发生疲劳破坏。当应力点落在以外时，一定会发生疲劳破坏。而正好落在折线上时，表示应力状况达到疲劳破坏的极限值。二、机械零件的疲劳强度计算1零件的极限应力线图图3 -3以弯曲疲劳极限的综合影响系数表示材料对称循环弯曲疲劳极限与零件对称循环弯曲疲劳极限的比值，即 弯曲疲劳极限的综合影响系数反映了应力集中、尺寸因素、表面加工质量及强化等因素的综合影响结果，其计算公式如下式中，为有效应力集中系数；为尺寸系数；为表面质量系数；为强化系数。同理，剪切疲劳极限的综合影响系数零件的极限应力线图如图
25、3 -3所示。2单向稳定变应力时的疲劳强度计算图3 -4进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的及确定平均应力与应力幅，然后，在极限应力线图的坐标中表示出相应工作应力点M或N，如图3 -4所示。最后在零件的极限应力线AGC上确定相应的极限应力点或。零件的极限应力点要根据零件的工作应力变化规律来确定，通常典型的的工作应力变化规律有以下三种情况：（1）变应力的应力比保持不变，这是绝大多数转轴中的应力状态。图3 -5如图3 -5所示，工作应力点在M点时，计算安全系数及疲劳强度条件为凡是工作应力点落在OGC区域内，在循环特性的条件下，极限应力为屈服极限，只需要进行静强度计算。则工作应力点在N点
26、时的计算安全系数及疲劳强度条件为（2）变应力的平均应力保持不变，例如振动着的受载弹簧中的应力状态。此时可通过工作应力点作纵轴的平行线，就可找到极限应力点，如图3 -6所示。图3 -6M点按零件的疲劳极限进行校核计算，计算安全系数及疲劳强度条件为凡是工作应力点落在GCH区域内，在循环特性的条件下，极限应力为屈服极限，故N点只需要进行静强度计算。（3）变应力的最小应力保持不变，例如紧螺栓连接中螺栓受轴向载荷时的应力状态。通过工作应力点作与横坐标轴为4 5 的直线，就可找到极限应力点，如图3 -7所示。图3 -7在GCI区域内，极限应力为屈服极限，故N点按静强度校核在OJGI区域内，极限应力在疲劳极
27、限应力曲线上，则计算安全系数及疲劳强度条件为3单向不稳定变应力时的疲劳强度计算不稳定变应力分为非规律性和和规律性两大类，非规律性用统计方法进行疲劳强度计算；规律性按损伤累积假说进行疲劳强度计算。疲劳损伤线性累积假说(Min er法则)的数学表达式 (1 )当应力作用顺序是先大后小时，等号右边值小于1，即；(2 )当应力作用顺序是先小后大时，等号右边值大于1，即。通过大量实验，一般情况有：。若材料在这些应力作用下，未达到破坏，则不稳定变应力强度条件为。4双向稳定变应力时的疲劳强度计算当零件上所承受的两个变应力、均为不对称循环时，分别求出 然后按式计算安全系数。5提高零件疲劳强度的措施(1）尽可能
28、的减小零件上的应力集中的影响。零件结构形状和尺寸的突变是应力集中的结构根源，因此要尽可能的增大过渡处的圆角半径；同一零件上相邻截面处的刚性变化应尽可能的小；在不可避免地要产生较大应力集中的结构处，可采用减载槽来降低应力集中的作用。(2）选用疲劳强度高的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺。(3）提高零件的表面质量。(4）尽可能地减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。三、机械零件的抗断裂强度低应力脆断：工作应力小于许用应力时所发生的突然断裂现象，结构内部裂纹和缺陷的存在是导致低应力断裂的内在原因。断裂力学：研究带有裂纹
29、或带有尖缺口的结构或构件的强度和变形规律。对于高强度材料，一方面是它的强度高（即许用应力高），另一方面则是它抵抗裂纹扩展的能力要随着强度的增加而下降。因此，用传统的强度理论计算高强度材料结构的强度问题，就存在一定的危险性，故应用断裂力学来解决此类问题。四、机械零件的接触强度机械零件中各零件之间的力的传递，总是通过两个零件的接触形式来实现的。接触强度计算包括接触应力的计算、极限应力与许用应力的确定以及强度条件的校核三部分。接触应力：初始接触线处的压应力最大，以此最大压应力代表两零件间接触受力后的应力，用来表示。对于线接触，弹性力学给出的接触应力计算公式式中，为最大接触应力或赫兹应力；为初始接触线
30、长度；为作用在接触面上的总压力；为综合曲率半径，“”用于外接触，“”用于内接触；和为零件1、2材料的泊松比；和为零件1、2材料的弹性模量。五、机械零件可靠性设计简介可靠性表示产品在规定的工作条件及规定的使用期限内完成规定功能的能力。通过产品的概率设计，可以确定产品在规定的条件下及规定的使用期限内完成规定功能的概率，称之为可靠度，用R表示，是反映产品可靠性的定量指标之一。零件的失效概率F应等于强度r小于应力s的概率，可由以下两式中的一个来表示式中，r为强度；s为作用应力；z为安全裕度，且。3 .2课后习题详解3 -1 某材料的对称循环弯曲疲劳极限-1 =1 8 0 MPa，取循环基数NO=5 1
31、 0 6，m=9，试求循环次数N分别为7 0 0 0、2 5 0 0 0、6 2 0 0 0 0次时的有限寿命弯曲疲劳极限。解 根据教材式3 -3可得不同循环系数时的有限寿命弯曲疲劳极限分别为：。3 -2 已知材料的力学性能为S=2 6 0 MPa，-1 =1 7 0 MPa，=0 .2，试绘制此材料的简化的等寿命疲劳曲线(参看教材图3 -3中的ADGC)。解 根据题意可得：点，即；点，即，分别如图3 .1所示。点，其中脉动循环疲劳极限解得 按比例绘制该材料的疲劳弯曲极限应力线图，如图3 .1所示。图3 .13 -3 一圆轴的轴肩尺寸为D=7 2 mm，d =6 2 mm，r=3 mm。材料为
32、4 0 CrNi，其强度极限B=9 0 0 MPa，屈服极限S=7 5 0 MPa，试计算轴肩的弯曲有效应力集中系数k 。解 根据题意可得：，。则查教材附表3 -1并插值得理论应力集中系数，查教材附图3 -1并插值得敏性系数，故有效应力集中系数：。3 -4 圆轴轴肩处的尺寸为：D=5 4 mm，d =4 5 mm，r=3 mm。如用题3 -2中的材料，设其强度极限B=4 2 0 MPa，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。解 根据题意可得：，。则查教材附表3 -1并插值得理论应力集中系数，查教材附图3 -1并插值得敏性系数，故有效应力集中系数：。查教材附图3 -2并插值得尺寸及截面形状系数；查教
33、材附图3 -4并插值得表面质量系数；查教材附表3 -1 1并插值得强化系数，故综合影响系数：则简化极限应力线图的各点坐标：点，即；点，即；点，即，按比例作图，如图3 .2所示AGC。图3 .23 -5 如题3 -4中危险截面上的平均应力m=2 0 MPa，应力幅a=3 0 MPa，试分别按r=C、m=C，求出该截面的计算安全系数Sca。解 若工作点出现在疲劳强度区，可得安全系数：若工作点出现在屈服强度区，可得：。若工作点出现在疲劳强度区，可得安全系数：若工作点出现在屈服强度区，可得：。3 .3名校考研真题详解一、填空题若一零件的应力循环特性， N/mm2，此时为（），为（ ），为（）。中南大学
34、2 0 0 0研解得： N/mm2 N/mm2则平均应力： N/mm2。二、选择题14 5号钢经调质后的对称循环疲劳极限-1 =3 0 7 MPa，应力循环基数N=5 1 0 6次，疲劳曲线指敛m=9，当实际应力循环次数N=1 0 6时，有限寿命的疲劳极限-1 N 为（）MPa。同济大学2 0 1 0研A2 5 7B3 6 7 C4 7 4D4 2 5【解析】根据笔记中有关有限寿命区间内任意循环次数的疲劳极2 1 0 N/mm2；2 8 0 N/mm2；1 4 0 N/mm2。【答案】根据题意可得【解析】B【答案】限表达式可得。2滚动轴承工作时滚动体的应力循环特征是( )。北京交通大学2 0
35、0 1研Ar=-1Br=1Cr=0D0r1【解析】当滚动轴承工作时，滚动体受的最小应力，因而应力比。3受稳定径向载荷的一转轴，轴截面产生的弯曲应力为( )应力。武汉理工大学2 0 0 4研A静B对称循环变C脉动循环变D非对称循环变C【答案】B【答案】转轴所承受的的弯矩是不变的，随着轴的转动，其拉压应【解析】4对于受循环变应力作用的零件，影响疲劳破坏的主要因素是（）。中南大学2 0 0 2研A最大应力 B平均应力 C应力幅三、简答题1通常典型的应力变化规律有哪几种？绝大多数转轴中的轴中的应力状态属于哪一种？武汉理工大学2 0 0 7研答：参见本章复习笔记相关内容。2影响机械零件疲劳极限的综合影响
36、系数，与哪些因数有关？中南大学2 0 0 4研答：综合影响系数由此可知，影响机械零件疲劳极限的综合影响系数的因数主要有：有效应力集中系数、尺寸系数、表面质量系数、强化系数等。应力集中处裂纹更容易萌生和扩展，明显降低材料的疲劳极限；零件尺寸越力区交变。所以对于一点来说，轴截面的弯曲应力是正负变化的，故为对称循环变应力。C【答案】对于受循环变应力作用的零件，最小应力不变的情况下，应力幅越小，零件的疲劳强度越高。【解析】大，其疲劳强度越低；表面粗糙度数值越大，零件表面越粗糙，疲劳强度越低。四、分析计算题1一零件用含金钢制成，其危险截面上最大应力MAX=2 5 0 MPa，最小应力，MIN=-5 0
37、MPa，该截面处应力综合影响系数K=16 6，该合金钢的力学性能为；对称循环极限应力-1 =4 4 0 MPa，脉动循环疲劳极限0 =7 2 0 MPa，屈服极限=8 0 0 MPa，强度极限=9 0 0 MPa。要求：(1 )按比例绘制零件的简化极限应力线图；(2 )按r=c求与工作应力点相应的极限应力幅a、极限平均应力m和极限应力max ；(3 )按r=c校核此零件危险截面上的安全系数。同济大学2 0 1 0研解：（1）要绘制此材料试件的简化的极限应力线图，应确定以下几点坐标，如图3 -1 0所示。与纵轴交点（0，），即（0，4 4 0）；与横轴交点（，0），即（8 0 0，0）；曲线经过
38、的另一点（，），即（3 6 0，3 6 0）。连接点、，并延长，与过点与横轴正方向成1 3 5 角的直线交于点。折线即为所求零件的简化极限应力线图。图3 -1 0注：在折线ABES以内为疲劳和塑性安全区；在折线ABES以外为疲劳和塑性失效区。（2）应力幅=（-）/2 =1 5 0 MPa平均应力=（+）/2 =1 0 0 MPa受循环弯曲应力时，材料常数为在r=c的情况下，根据公式有极限应力所在点的极限应力幅为MPa极限平均应力为MPa极限应力为MPa(3 )r=c时，分两种情况。当工作应力点在疲劳强度区AOE区域内时，按疲劳强度进行计算，则安全系数当工作应力点在屈服强度区OES区域内时，按静
39、强度进行计算，则安全系数2已知某一合金钢的-1 =3 7 0 MPa，s=8 8 0 MPa，O=6 2 5 MPa。试：（1）按比例绘制此材料试件的简化的a-m极限应力线图；（2）设此试件受max =3 0 0 MPa，min =-1 2 0 MPa的变应力作用，用所绘制的极限应力线图求出该试件在这种情况下（按r=C的变化规律）的极限应力r。上海大学2 0 0 6研解：（1）要绘制此材料试件的简化的极限应力线图，应确定以下几点坐标，如图3 -1 1所示。与纵轴交点（0，），即（0，3 7 0）；与横轴交点（，0），即（8 8 0，0）；曲线经过的另一点（，），即（3 1 2 .5，3 1 2
40、 .5）。连接点、，并延长，与过点与横轴正方向成1 3 5 角的直线交于点。折线即为所求极限应力线。图3 -1 1（2）设材料的工作应力点为M（，），则：将点M标在上图3 -1 1中。工作应力按的规律变化，则连接OM，并延长与极限应力线相交于点，点即为该材料的极限应力所在点。由图3 -1 1可量得，极限平均应力与极限应力幅分别为、所以极限应力为 第4章摩擦、磨损及润滑概述4 .1复习笔记把研究有关摩擦、磨损与润滑的科学与技术统称为摩擦学。摩擦是相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象，磨损是伴随摩擦而产生的必然结果，是由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；润滑是降低摩擦，减轻磨损所应采取的措
41、施。一、摩擦在正压力作用下相互接触的两物体受切向外力的影响而发生相对滑动，或者有相对滑动的趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这一自然现象称为摩擦。1摩擦的分类（1）发生在物质内部，阻碍分子相对运动的内摩擦。（2）当相互接触的两个物体发生相对滑动或有相对滑动的趋势时，在接触表面上产生阻碍相对滑动的外摩擦。其中，仅有相对滑动趋势的摩擦叫做静摩擦；相对滑动进行中的摩擦叫做动摩擦。2动摩擦根据位移形式的不同可分为滑动摩擦和滚动摩擦；3滑动摩擦根据摩擦面间存在润滑剂的情况可分为干摩擦、边界摩擦、流体摩擦及混合摩擦。边界摩擦、混合摩擦及流体摩擦都必须具备一定的润滑条件，所以相应的润滑状态常分别称
42、为边界润滑、混合润滑及流体润滑。可用膜厚比来大致估计两滑动表面所处的摩擦（润滑）状态，即式中，为两滑动粗糙表面间的最小公称油膜厚度；、分别为两接触表面形貌轮廓的均方根偏差。一般认为边界摩擦（润滑）状态；混合摩擦（润滑）状态；流体摩擦（润滑）状态。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。修正后的黏附理论认为，做相对运动的两个金属表面间的摩擦系数为当两金属界面被表面膜分隔开时，为表面膜的剪切强度极限；当剪断发生在较软金属基体内时，为较软金属基体的剪切强度极限；若表面膜局部破裂并出现金属粘附结点时，将介于较软金属的剪切强度极限和表面膜的剪切强度极限之间。边界摩擦：当运动副的摩擦表面被
43、吸附在表面的边界膜隔开、摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦。且按边界膜形成机理，边界膜分为吸附膜（物理吸附膜及化学吸附膜）和反应膜。（3）流体摩擦：当运动副的摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。流体摩擦的特点是润滑剂中的分子大都不受金属表面吸附作用的支配而自由移动，摩擦是在流体内部的分子之间进行，所以摩擦系数极小（油润滑时约为0 .0 0 10 .0 0 8），是理想的摩擦状态。（4）混合摩擦：摩擦表面间处于边界摩擦与流体摩擦的混合状态（膜厚比）。混合摩擦时，如流体润滑膜的厚度增大，表面轮廓峰直接接触的数量就要减小，润滑膜的承载比例也随之增加。所以在一定
44、条件下，混合摩擦能有效地降低摩擦阻力，其摩擦系数要比边界摩擦时小得多，但因表面间仍有轮廓峰的直接接触，所以不可避免地仍有磨损存在。二、磨损磨损是指相互接触的物体在相对运动时，运动副之间的摩擦导致零件表面材料的逐渐丧失、迁移或者产生残余变形的现象。1磨损的过程一个零件的磨损过程根据机件的磨损量与工作时间的关系大致可分为三个阶段，如图4 -1所示。图4 -1 机件的磨损量与工作时间的关系曲线（1）磨合阶段：包括摩擦表面轮廓峰的形状变化和表面材料被加工硬化两个过程。其特点为：新的摩擦副表面较粗糙，在一定的载荷作用下，摩擦表面逐渐被磨平，实际接触面积逐渐增大，磨损速度开始很快，然后减慢。（2）稳定磨损
45、阶段：经过磨合，摩擦表面加工硬化，微观几何形状改变，从而建立了弹性接触的条件，磨损速度缓慢，处于稳定状态。（3）剧烈磨损阶段：经过较长时间的稳定磨损后，因零件表面遭到破坏，使摩擦条件发生较大的变化(如温度的急剧增高，金属组织的变化等)，磨损速度急剧增加，这时机械效率下降，精度降低，出现异常的噪声及振动，最后导致零件失效。从磨损过程的变化来看，为了提高机械零件的使用寿命，应在设计或使用机器时，应该力求缩短磨合期，延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损的到来。2磨损的分类（1）根据磨损结果着重对于磨损表面外观的描述，分为点蚀磨损、胶合磨损、擦伤磨损等。（2）根据磨损机理分，主要有如下几种类型，如表4 -1所
46、示。表4 -1 磨损类型类型内容特点举例粘附磨损当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊”后，在相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘附磨损。接触点粘附剪切破坏内燃机的铝活塞壁与缸体摩擦擦伤磨外部进入摩擦面间的游离硬颗粒（如空气中的尘土或磨损造成的金属微粒）或硬的轮廓峰尖在软材料表面上犁刨出很多沟纹时被移去磨粒作球磨机的衬板与钢球；粒磨损的材料，一部分流动到沟纹两旁，一部分则形成一连串的碎片脱落下来成为新的游离颗粒，这样的微切削过程就叫磨粒磨损。用于材料表面而破坏农业与矿山机械零件磨损疲劳磨损由于摩擦表面材料微体积在重复变形作用时疲劳破坏而引起的机械磨损
47、。表层或次表层受接触应力反复作用引起疲劳破坏滚动轴承；齿轮副流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损（冲蚀磨损）由流动的液体或气体中所夹带的硬质物体或硬质颗粒作用引起的机械磨损，即流体磨粒磨损；由液流或气流的冲蚀作用引起的机械磨损，即流体侵蚀磨损。由流动的液体或气体夹带的硬物质或自身的冲蚀引起的机械破坏利用高压空气输送型砂或用高压水输送碎矿石的管道内壁；燃气涡轮机叶片机械化学磨损（腐蚀磨损）在摩擦过程中，摩擦副表面材料与周围介质发生化学或电化学作用，在相对运动中造成的表面材料的损失现象，即腐蚀磨损。有化学或电化学作用的表面腐蚀破坏曲轴轴颈氧化磨损；微两摩擦副表面在微运动中，由粘附磨损、磨粒磨片式摩动磨损（微
48、动损伤）损、机械化学磨损和疲劳磨损共同形成的复合式磨损形式，即微动磨损。复合式磨损擦离合器的内外摩擦片的接合面上三、润滑剂、添加剂和润滑方法1润滑剂的作用及分类（1）作用：降低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭侵蚀，采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。由于液体的不可压缩性，润滑油膜还具有缓冲、吸振的能力。使用膏状润滑脂，既可防止内部的润滑剂外泄，又可阻止外部的杂质侵入，避免加剧零件的磨损，起到密封作用。（2）分类：气体、液体、半固体和固体4种基本类型。任何气体都可作为气体润滑剂，其中用得最多的是空气，主要用在气体轴承中。液体润滑剂中应用最广泛的是润滑油，包括矿物油、动植物油、合成油和各种乳剂；半固
49、体润滑剂主要是指各种润滑脂，它是润滑油和稠化剂的稳定混合物，主要分为钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑脂和铝基润滑脂；固体润滑脂如石墨、二硫化钼和聚四氟乙烯等；2润滑剂的评价指标（1）润滑油的评价指标粘度 润滑油的粘度是指润滑油的流动阻力，其粘度随温度和压力变化十分明显。粘度主要有以下几种表达形式：a.动力粘度：流体中任意点处的切应力与该处的速度梯度成正比，表示为式中，为流体单位面积上的剪切阻力，即切应力；为流体垂直于运动方向的速度梯度；为流体的流动速度；为流体的动力粘度。b .运动粘度：工程中常用动力粘度与同温下该液体的密度的比值表示粘度，称为运动粘度，表示为c.条件粘度：指在一定条件下，利用
50、某种规格的粘度计，通过测定润滑油穿过规定孔道的时间来进行度量的粘度。我国常用恩氏度（）作为条件粘度单位。其他指标 评判润滑油优劣的指标还有：润滑性（油性）、极压性、闪点、凝点、氧化稳定性等。（2）润滑脂的主要性能指标锥(针)入度(或稠度)：表征润滑脂稀稠程度的指标，锥入度越大，表示润滑脂的流动性也越大。滴点：表示润滑脂受热后开始滴落时的温度，它标志润滑脂耐高温的能力。3添加剂的分类与作用（1）分类：添加剂的种类有很多，主要有：油性添加剂、极压添加剂、分散净化剂、消泡添加剂、抗氧化添加剂、降凝剂、增粘剂等等。为了有效提高边界膜的强度，简单而行之有效的方法就是在润滑油中添加一定量的油性添加剂或者极
