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好吧,我来出一道难不倒98%工程师的题。

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发表于 2013-7-9 23:14:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 一两酒 于 2013-7-11 22:19 编辑
% A# R' C6 w5 }6 b
/ u- z0 ?# L2 A+ r; g% e. A自诩为工程师,有时打字一不小心联想出来就是“狗吃屎”,咱也许是后者。/ O7 F: R* i/ \  D) ?3 e+ Z
猛然在机械社区看到一“干翻98%”的高人,且其观点颠覆本人多年的认识,甚是仰慕。
# u7 u, H5 o; H+ d6 l& `% [
咱来一道难不倒“98%”工程师的题。并指望高人指教。) @1 |8 K$ Y* ]9 ~8 R! b

: F. f/ u3 S# c3 w, d1 [说:+ h( w% ]6 U) r* I; V9 }5 o
正常条件下,一个轴,一个环。都是45号钢。+ U/ w% r" @6 H& v7 j  ]
轴外径50,环内孔50,两者是过盈配合,过盈随便取一个,咱没有那个计算逻辑推理加有限元之类,
5 _: W; }0 e9 @8 m' q& }假设轴尺寸50 +0.005/+0.010 , 孔尺寸50 -0.010/-0.005”。过盈面宽度就取10毫米。0 X+ ~$ W% W+ ]% j
假设环厚10毫米,外径,100,轴长50毫米,实心轴(有大侠对此提出要求).$ z* P! }) Z: Q2 q

9 |8 \; q$ ?9 u: d- w1 h9 ~! o
说要把轴和环装配起来,不用压装,
/ h. ^5 o4 t6 N7 o: {! S一是用热装,加热环(加热到100度) ,套到轴上,然后静止冷却到室温。
8 X1 K. ~3 m3 d5 H$ a 一是采用冷装,把轴冷却(冷却到-50度) ,赛到环里,然后静止回升到室温。
, O" r+ X; ?7 ]  q两个工件装配到一起后,然后用压力机压拆。! G# P6 y7 N4 U$ ?% h( r! j2 }
假设压拆过程一样,加载速度什么的都一样,
# p' l% y7 ?9 ^是热装到一起的工件需要的压拆力大呢?还是冷装的工件需要的压拆力大呢(假设是同一套工件)
! l) U% @$ q0 M% S
1、热装的工件需要的压拆力大。
* A: ?3 M" [3 U! `% r2、冷装的工件需要的压拆力大。
4 j8 q, f; ^1 R3、基本相同。8 d1 w) c  i! U# w2 N, [
4、随机,没有一定。/ w, o3 d; `) t$ b  k
5、另有答案。
3 \! J1 j- v8 e* ~$ {) h这题真的很简单,基本概念,没啥复杂,而且是紧扣“干翻98%工程师”的题目。
3 j" q1 u' ]# A& t  h7 I: w& [; N' l. H1 m# x
我是期待“干翻98%”的高人的“严格计算和推导,最好来段有限元。”
, R4 G; D* @: s
我不求高人样样精通,你就是给一个计算推导思路,计算时考虑那几个因素,或者推导用什么原理,一步步可以得出一个结论。" G, V' ?) t% N# {" R
+ G! Z4 v! h+ A1 d, Z) L
有人问我为什么出这道题,是不是叫板?我说我其实是一个混世之徒,就是到处瞎混混,我就是来学习的,我确实是来学习的,同时我也愿意分享我的心得,我是一个很直白的人,我们可以相互分享自己的观点。2 N3 N$ E5 S. x# y  X. ?) W" C
我觉得这题很好,这题是我原来的导师出给我们班上同学的题目,班上的同学展开激烈讨论,当时的讨论结果很有意思,不同机械工程师对此有不同看法,而不同的看法恰恰可以反映不同对机械原理的基本认识,我非常希望看到声称“干翻98%”的高人的观点。!- u2 U6 d* z" w; U8 E
蓝字是第一次编辑。4 p$ ^, ^% p) T5 m5 e7 M
红字是第二次编辑,主要意思都没有变。
+ S$ B6 T7 e- Q# \4 F& q

点评

一个简支梁,同样的载荷和截面及长度,结构钢焊接结构与灰铸铁结构哪个变形大?  发表于 2013-10-12 21:00
在下愚见:机械的不确定性在于加工的随机性。楼主的问题试验的结果可能都很难说明问题哦!  发表于 2013-7-16 13:38
期待楼主解答^_^  发表于 2013-7-13 22:22
俺的看法虽已提出未必正确,所依据者确有规律可循,且参数直接影响结果。01知也。  发表于 2013-7-10 13:00
就我粗浅的经验,我认为本题是有规律可循的,但是不敢确认,就是等2%出现,等高人的传道,授业,解惑也!  发表于 2013-7-10 12:35
留名围观,静候高人出现  发表于 2013-7-10 11:57
不管怎么样,很期待某人来一段,然后我等围观高喊:再来一段,再来一段。话说,我是没干过这个啦,所以自觉入座98%之列。  发表于 2013-7-10 11:50
对了,酒爷,忘记提醒你了,那位“大师”不喜有限元,认为有限元是计算器。看来你是铁定看不到有限元了  发表于 2013-7-10 09:39
大家不要乱猜,猜就是那98%的吊丝了,就被别人“干翻”了。而且我期待的是计算,或者给个计算思路也可以,我们学习学习。  发表于 2013-7-10 08:39
在高人回答之前,大家最好围观,我本身也对这题一知半解,真的是求教。期待“严格计算和推导,最好来段有限元。”  发表于 2013-7-9 23:56

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参与人数 2威望 +2 收起 理由
沉没二十年 + 1
生而为赢 + 1 思想深刻,见多识广!

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发表于 2013-7-9 23:26:19 | 显示全部楼层
我看没人扯这蛋!
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发表于 2013-7-9 23:49:26 | 显示全部楼层
呵呵,很久没看见酒侠的文字了,还是那么风趣。
' w/ N+ F0 V' h- T我也想看一下那位高人以这道来演算一下,教教象我这般低水平的吊丝
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发表于 2013-7-9 23:53:53 | 显示全部楼层
新手只能旁观
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发表于 2013-7-10 00:12:18 | 显示全部楼层

本帖最后由 水水5 于 2013-7-10 00:14 编辑 ! y: z: ]  P' e: W& k- \

& b9 h: `$ |; M! R! H冷装的工件需要的压拆力大
9 ]. L( }: M1 U因为  加热时的碳钢的线膨胀率约为11.2而冷却的线膨胀率只有8(×10^-6 /摄氏度)" J9 T# I: h3 S( L( s; [' K! U
(再没见这个帖子之前,我刚刚在看手册的时候读到了这一部分,印象中是这个数,请有心人自行查阅手册中轴及其联接一章,过盈联接)" o; w" y4 ~% j. Q8 K- R% B+ z6 B
当然了 这个其实还受加热或者冷却时装配间隙影响6 {$ p6 `; Q* m4 K6 K0 g% `
如果  如果说加热或者冷却后都形成了间隙  。。。 。    。。  那么加热和冷却所需要的压装力是一样的  直接就推进去了啊(这是脑筋急转弯)
4 C7 m+ [  v% c# I7 o20丝的过盈,50的轴  估计要压坏了啊  超过了屈服极限

点评

膨胀率分加热和冷却?那加热后就冷却不到原来的样子啦?加热,冷却,加热,冷却。然后,材料就为0 了?  发表于 2013-8-8 12:58
哎,原来是2丝的过盈 抱歉  发表于 2013-7-11 16:39
唉!  发表于 2013-7-10 16:14
你看错了。  发表于 2013-7-10 08:53
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发表于 2013-7-10 00:41:20 | 显示全部楼层
水水5 发表于 2013-7-10 00:12
& ~  \3 w/ L* Y$ A9 L  M, D& F9 ~冷装的工件需要的压拆力大 % t9 i7 W2 Y" ?* y, p7 m2 l
因为  加热时的碳钢的线膨胀率约为11.2而冷却的线膨胀率只有8(×10^-6 /摄氏度 ...

! G" p, M! U2 G8 u* ~嗯?越看越糊涂了,谁告诉你20丝的过盈?1-2丝的过盈好不好!
# P, @& s% `- {" j" X3 c0 y
4 k% o. W3 Y5 k晕倒!
# y* \3 {5 s. m
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发表于 2013-7-10 00:45:38 | 显示全部楼层
本帖最后由 zerowing 于 2013-7-11 00:17 编辑 * u# Z8 H% I/ v' k3 C, T, \. [' w
: j9 s4 E# B. l, W# `
这是“酒爷”对“九爷”下的战书吗?哈哈!看来是等不到传说中的大师了。哈哈。那就参与进来好了。- Y' M$ G( b( @3 z
跟LIAO大交流了下,对他的观点认同。但是,咱有咱的说法。6 g7 m+ R# G# Q" t: k# v! S* H
说法1:对于一个热胀的线变过程,比如从T1到T2,膨胀系数a,那么有D2-D1=a*(T2-T1)*D1。这个没错吧。然后从T2再变回T1,出现,D2-D3=a*(T2-T1)*D2。所以,很容易发现,实际上D2-D1是小于D2-D3的。也就是说热装后,孔变小了一些。平均过盈量变大。同时,这个过程中,对任意一个内径进行线变分析,ddi,那么跟据上述变化,冷却后会出现表面粗导度升高的结果。; Q) |: n9 w8 k  s4 z1 }- }

0 \4 J6 g+ A+ d说法2:谈原子分子层面。在晶格结构改变之前,升温增加原子分子活性,间距变大。反之减小。因此引发线变。但是跟据变化过程不同,间距变化量也不同。一种理解是,从小间距到大间距,同样升温下,分子(原子)在增加动能的同时,需要克服势能做功,即E=Em+Ek。而降温过程,E=Em-Ek。由此可见,收缩压力永远高于舒张压。冷装只会比热装压力小。; k* Y- J3 z3 ^3 y; w( S
& X/ Q! J: q" B9 T7 M$ v
最后,综合上面两种说法,热装压力大。

点评

热装是否考虑分子扩散呢、?扩散后分子间的接触面大大的增加,进而摩擦力也会增加许多,这方面的因素是否应该考虑进去 ?  发表于 2013-10-10 22:15
第一个问题看我的点评。第二个问题,加热本身就是增加系统总能量,不可能按平衡算  发表于 2013-7-15 00:03
势能应该等于加热前的总量才是,它怎么会又变化呢?要是有变化,能量哪里来?  发表于 2013-7-14 23:26
我有一个问题不明白,想请教zerowing大侠,按照你的第一个说法“加热到T2然后冷却到T1”孔就变小了一些,那N个循环之后,孔是不是会变得很小?你的第二个说法,按照能量守恒定律,物体冷却到T1时,内部物质的动能和  发表于 2013-7-14 23:24
静待结果吧。  发表于 2013-7-12 12:02
奥氏体转变温度附近的。  发表于 2013-7-12 11:46
大虾说的对。是我们自己说得跑偏题了。单就本题而言,既便有那么点区别,在工程上也是不值得关注的。就像没有人会在意汽轮机轴承座重了10g。之所以选择不同的方式,主要是受制于尺寸、温度,没人想把零件加热到  发表于 2013-7-12 11:45
我们这些参与的人,好像一群瞎子在摸象,每个人其实只说了一个方面。哈哈。这教授水平很高!  发表于 2013-7-12 10:33
同样,冷装后升温也是这样。要看一个时效性。时效之外,就应该是LIAO大的晶格理论了。在未发生晶项改变的情况下,那就只能说最后结果是没影响了。后来想了想,答案应该就是这个  发表于 2013-7-12 10:32
说实话,虽然这么推热胀过程的变形量,但是我不确认这种观点。一个轴加热一次如果内孔真会大一点点的话。那么还有问题了。不过,这里没有考虑一个时效问题。如果降温时间够长,那么推理不成立。  发表于 2013-7-12 10:30
呵呵,貌似越玩越热闹了。不过楼主定义到冷装-50度,估计LIAO大的理论要实现了。  发表于 2013-7-12 10:28
特定的对象聊更好,比如叶轮-转子,轴-轴承  发表于 2013-7-12 10:21
是复杂的三维应力状态。主气阀阀座冷、热都采用。关键是收尺寸限制。薄壁的要考虑孔不规则变形后局部屈服,以及边角处的应力,屈服了应力就舒缓了,也就是说结合松弛了。酒大虾的问题提得很好,但应该放在一个  发表于 2013-7-12 10:20
佩服zerowing大虾的材料学知识!不过个人认为加热时D1和收缩时D2的为小量,a*DeltaT也是小量,小量乘小量算是高阶无穷小,在工程上意义有限。这个问题的关键在于孔,汽轮机叶轮和主轴采用套装结构就死红套,结合处  发表于 2013-7-12 10:13
看看43#先, 07/11 00:23  发表于 2013-7-11 00:23
恩,酒爷说得对。我们确实是来学习的。恩恩  发表于 2013-7-10 08:58
我们是来学习的,不是神马下战书。  发表于 2013-7-10 08:53
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发表于 2013-7-10 01:33:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 LIAOYAO 于 2013-7-10 09:27 编辑 6 b+ g' ~2 T# m9 {
- \+ f+ ~/ y: R7 {
过盈量1~2丝呀,45钢俺一般系数取12.7(127要偶去^_^),按照50的尺寸只需温度变化32°左右,放冰箱也就是到0°左右,可能会有点紧,再不成俺去买干冰回来,降他个到负30多摄氏度都不是问题。加热也就60°。8 L4 l) y7 }! x1 V3 Z1 _7 c+ N$ s
( f; K6 e- L8 a. I+ W  E0 D1 o7 t
为了放进去,烧个开水或油泡泡也就可以。
7 u! Z1 v" N' O* a6 I- ^
) U, ?8 H- P+ `3 \/ p% W: ~# A) _/ I-30°或 100°,晕倒,两者对材料的影响是不同的,靠,看来还是不要花钱去买冰了。 烧烧开水还是比较简单,呵呵。
: X7 Y6 j- q( `1 s6 t3 g9 z, A  v  P; h$ }% R- Y
俺是选    1、热装的工件需要的压拆力大。
! n: w* r  b* s6 I5 k7 v: u- s8 I( o
$ S) _/ F" ]0 s$ a) s$ X! u
答案是冷裝  编辑一下,7/10,09:27 这是在实验羊群效应
5 i. C/ D1 h! z6 x9 x6 O# a: ]- Y; g' g5 r' s2 S2 a4 Z
要问俺是啥原因,俺就告诉你,俺喜欢发骚的。
( Y. U$ N. F$ U2 i, o8 ?0 w0 M% N- w9 M: R0 b/ ]1 }

点评

75℃温度变化引起的膨胀或收缩量不足以影响装配哈拆卸  发表于 2013-7-12 14:27
零下膨胀系数小于零上 以室温25℃算,加热温度变化是75℃,冷却温度变化也是75℃,膨胀和收缩量都很小可以忽略吧。 这样孔热大尺寸是,轴冷小尺寸是  发表于 2013-7-12 14:19
最新理解,应该选5。不同条件下,结果不同。哈哈  发表于 2013-7-12 10:34
因未验证,具体结果俺还是以晶粒形态为判断依据,体心、面心、六方密之体积各有不同,还有晶界(固溶)问题。如果在升降温过程中有晶态改变,就是1或2,否则就是3。  发表于 2013-7-11 01:47
哈哈,你这着太牛了。43的我看了,在晶格结构变形前是我说的第二种说法。变形后就是固溶。其实也是那个原理,间距压缩到一定程度,就会挤出其他原子形成原子团结构,表现为单层分子数增加,硬化。  发表于 2013-7-11 01:25
45#钢 20°-100°C 膨胀系数 11.59 ^-6 ;零下 膨胀系数尚未查得数据。  发表于 2013-7-11 00:53
也无需再重新编辑呀, 直接Ctrl A 就看得见了呀! ^_^  发表于 2013-7-11 00:25
貌似不用藏了,我已经把我的观点更新上来了,LIAO大不妨也显示出来吧。  发表于 2013-7-11 00:18
。。LIAO大突然一用敬语,我深感不适啊。私下交流下,向大侠学习下。  发表于 2013-7-10 11:41
关于低温装配和本例的看法俺和您不同,要尊重酒侠现在先保留。  发表于 2013-7-10 11:34
同意冷装。大概推了推,同样情况下,冷装出来的拆卸力一定会大。明白为啥鬼子搞低温装配室了。  发表于 2013-7-10 11:00
世间有五界,天地人神鬼。估计大神说得98%是神届的,我等凡夫俗子够不到。哈哈  发表于 2013-7-10 09:13
回酒侠,俺不在那98%之列,更不是2%里的,人说JX”GCS“是要有本的,俺木有本 非是98%+2%之属。  发表于 2013-7-10 09:06
被大伙认同的称为高人;被群众同擂的叫做糕人。 倘若等的是糕人,还不如看看 http://video.sina.com.cn/p/news/w/v/2013-07-09/131262649439.html  发表于 2013-7-10 08:59
你也属于那98%之列!哈哈哈!  发表于 2013-7-10 08:54
哈哈!啥叫做 “破窗效应” 或是说 “羊群效应” 这就是例子。  发表于 2013-7-10 08:39
我们要先等高人给出正确答案。哈哈。  发表于 2013-7-10 02:40
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发表于 2013-7-10 02:41:11 | 显示全部楼层
我选热装的拆装需要的压力大!一般过盈1~2丝可以直接干进去!

点评

呵呵,记得以前车间里的行车的变速箱轴经常断,就是24磅铁锤抡进去的,尺寸与此一样的。  发表于 2013-7-11 22:05
计算放一边,1~2丝确实用个木槌就搞进去了  发表于 2013-7-10 09:04
严格的计算推导过程?  发表于 2013-7-10 08:54
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发表于 2013-7-10 05:59:50 | 显示全部楼层
热装压柴力大,因为通常轴质量大,环质量小,热装加热环,所以装上后环将温度传导至轴,降温相对快。
8 }. V, {% A  s" X( g* g- c冷装时冷冻轴,装上后所以升温相对慢,速冷或速热的形变大,所以热装压材力大。: |. Q7 s: [* B( c0 N8 M

6 G) Q& \0 Z: Z4 R当然如果轴质量要比环小,那就反过来,一般环不会比轴大吧。

点评

也算有严密推理过程,赞一个!  发表于 2013-7-10 12:33
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