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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 + j, e" h2 }+ ?  L1 i9 e2 s

8 f" [; I  U* X; N" v# p: d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。
) H* H; P. F/ s$ D9 H8 M0 v* y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。
) T( [- m7 n0 y4 o5 J8 \# p
咱来一道难不倒“98%”工程师的题。并指望高人指教。
; ~0 K: q  a$ B; [6 H9 U) i0 s

! m/ u+ a; k. b) i+ G7 T说:8 P) A& x& p, L' d/ ?
正常条件下,一个轴,一个环。都是45号钢。
( M: X- f2 l6 H% d& d; e: }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 a! J2 x3 v) x5 r2 x! G8 ]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。! l- e' G; x& T# K4 C8 e/ _
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).
' L  A# R& x7 x; I2 v4 v- w
# S; d  E1 s4 Z
说要把轴和环装配起来,不用压装,  O  A( G+ ~, r. y% D& u! t
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。
4 [7 r( s' M1 n. g4 J8 V8 P8 L: }; E( m 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。- X' v5 ^' n/ _  i  M( H
两个工件装配到一起后,然后用压力机压拆。
  W9 K, \- v7 ^假设压拆过程一样,加载速度什么的都一样,: L4 J: G0 X3 W: e1 f
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)- |8 T" u' R6 \# a) }
1、热装的工件需要的压拆力大。* M( _( u+ d7 @. e
2、冷装的工件需要的压拆力大。2 _  T- y0 Y# w
3、基本相同。
! _- I; A8 g, F$ B( W, r4、随机,没有一定。
; r. M5 k6 K, @2 r$ \5、另有答案。! Y" P6 I/ e; I& 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。+ e* N5 U* K% L4 \: a( b
* V7 C, f* 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。”
9 g! a) a% r* `
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。& \6 l+ h4 N0 S8 m& b* C8 v, L9 ^; l

1 E6 H  }' G. G* R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。
) l: X) v# m0 l  P( {( m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。!
+ d+ I7 N8 W; R$ A
蓝字是第一次编辑。  t- c9 K( Z( }7 ^6 ~/ Z1 {
红字是第二次编辑,主要意思都没有变。) |& d( z# f2 b# u: {4 [0 L: E( |

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。6 l% r8 L1 n8 y. ~
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
' ]+ \4 ~7 E% l. t& G  x) M5 W! Y9 x7 g
冷装的工件需要的压拆力大
2 Y" f( W, X2 l3 i( O$ X) P- q) L, s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)
, ^! K- O  f6 ]- w(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)% w1 C4 C. [/ H* n" R! H
当然了 这个其实还受加热或者冷却时装配间隙影响5 j5 T1 k6 z& E& X' U
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)0 Q; L# Q" h, P% Z: }1 [
20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 - N! D0 Q1 P( E5 O5 f5 `7 U7 _% o  @$ z
冷装的工件需要的压拆力大
# c6 f9 _5 d% N3 @  _; [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 ...
5 ^, j, j% ?/ h! {0 e' l
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!
" s+ j$ K9 u0 r8 L8 p0 _7 ~1 A) y) P+ `
晕倒!" T& n2 x8 H& Z
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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 4 f# j' Z; I5 m

) g& q5 y0 h+ ^2 \  Q2 t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。
5 p) y* v: t" M0 n跟LIAO大交流了下,对他的观点认同。但是,咱有咱的说法。
3 ], D, ^) D" q+ u6 \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。0 ^8 Q! _1 v: |
6 S" S1 E  F  K
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。
2 ^" ?7 c( M! L+ A4 _, a0 h
) S" m* ^# g8 V* y+ r$ }7 [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   P$ [% [* J: D& a8 u6 e4 Q( g

' R6 y( K' _% K8 A; S& p+ o# c: B" w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°。7 C- i* ?  t% m

- @% H% e! J" v% Y+ w  O为了放进去,烧个开水或油泡泡也就可以。
' Z  H7 P. \; J& k1 h* L9 T: y1 ]; `( |/ A# I  k
-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。
9 U$ a2 ?+ @# X6 O$ i; x
# e- P. D. ~1 \. Q$ g/ T俺是选    1、热装的工件需要的压拆力大。

1 K$ b/ ~* J+ q) O2 \2 J; h1 Q' X- {$ e! c, G+ c
答案是冷裝  编辑一下,7/10,09:27 这是在实验羊群效应2 Y; M! ?) R0 F' R

( c" }0 H6 \! C" s要问俺是啥原因,俺就告诉你,俺喜欢发骚的。( [+ B6 H4 j: f+ t4 G. q

. |  ?( i' X  b- _& W7 C

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!

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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。
  Q/ \( [( u) 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。
5 m) K* U9 q3 Y1 f
; T8 t* k6 {0 |( j4 _& o) Q1 I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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