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文档简介
1、CA10B 解放牌汽车第四速及第五速变速叉零件的机械加工工艺规程及夹具设计学生姓名叶春生所在专业机械设计制造及其自动化所在班级机电 1091学号 200911411230指导教师谭光宇职称教授机械制造技术课程设计机械制造技术课程设计Il副指导教师职称答辩时间 2012 年 7 月 6 日目录目录1零件的分析 21.1零件的作用 21.2零件技术要求 21.3零件的工艺分析 22确定毛坯 32.1确定毛坯的制造形式 32.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 33拟定工艺路线 53.1定位基准的选择 53.1.1精基准的选择 53.1.2粗基准的选择 63.2表面加工方法确定 63.3制订工艺路线
2、 73.4加工余量、工序尺寸和公差的确定 93.5切削用量、时间定额的计算 103.5.1切削用量的计算 103.5.2时间定额的计算 114夹具设计 134.1提出问题 134.2定位基准的选择 134.3切削力和夹紧力计算 134.3.1切削力的计算 134.3.2夹紧力的计算 144.3.3定位误差分析 154.3.4夹具设计及操作的简要说明 155设计小结 156参考文献 16广东海洋大学 2009 届课程设计1设计总说明设计总说明本设计的是 CA10B 解放牌汽车第四速及第五速变速叉零件的机械加工工艺规程及钻工序的夹具设计。首先由加工零件的分析到确定加工零件的毛坯,再到拟定加工工艺路
3、线,最后设计钻床专用夹具,该夹具是用于加工 e1900-045孔。其中对加工 e1900-045孔的工序的做出了具体的分析和计算,首先是采用高速钢麻花钻钻 e18.5 孑 L,其次是用专用特制e19 的铰刀进行铰孔,直到达到精度要求 e1900045为止,最后是锪孔 e19mm 两端面和倒角,同时也对 e19 的加工余量、工序尺寸和公差做出了准确地计算,同时也对该孔做了详细的切削用量、时间定额的计算。因而,加工 e1900-045是加工该零件的重要工序,该孔的精度要求很高,对后面的工序息息相关,因此必须对该孔的加工工序做详细的分析。关键字:精度高;夹具设计;工序广东海洋大学 2009 届课程设
4、计21零件的分析1.1零件的作用题目所给定的零件是 CA10B 解放牌汽车第四速及第五速变速叉, 它位于变速箱中, 主要作用是拨动变速箱中的齿轮,使汽车达到变速的目的。1.2零件技术要求变速叉的形状特殊、结构简单,是属于典型的叉杆类零件。为实现换档、变速的功能,其叉轴孔与变速叉轴有配合要求,因此加工精度要求较高。叉脚两端面在工作中需要承受冲击载荷,为增强其耐磨性,该表面要求高频淬火处理,硬度为 5863HRC;为保证变速叉换档时叉脚受力均匀,要求叉脚两端面对叉轴孔19+0.045的垂直度要求为00.1mm。1.3零件的工艺分析此变速叉共有两组加工表面,它们之间有一定的位置要求,现分述如下:1.
5、以19+0.045mm 孔为中心的加工表面.0这组加工表面包括:019+0.045mm 孔及其倒角,孔上端尺寸为 16+0.24mm 的槽,槽的外00侧厚度为 10.8mm 的两个侧面,019+0.045mm 孔的上端距其中心 14mm 的两个端面,还有0孔下端 M10 的螺纹孔。2.以 082.2+imm 孔为中心的加工表面.0这组加工表面包括:082.2+imm 的孔及其倒角,082.2+imm 的孔的侧面,距 M1000螺纹孔中心线 63.7mm.这两组加工表面有着一定的位置要求,主要是:082.2+imm 孔与0其外端面垂直度公差为 0.1mm。由以上分析可知,对于这两组加工表面而言,
6、可以先加工其中一组表面,然后借助专用夹具加工另一组表面,并保证他们之间的位置精度要求。下图为加工工件零件图如图 1-1:广东海洋大学 2009 届课程设计32确定毛坯2.1确定毛坯的制造形式零件材料为 20 钢,零件经常拨动齿轮承受变载荷和冲击性载荷,因此应选用锻件,以使金属纤维尽量不被切断, 保证零件工作可靠。 因为为大批量生产, 且零件的轮廓尺寸不大,故采用模锻成型。这从提高生产率,保证加工精度上考虑,也是应该的。2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量由表 2-10表 2-12 可知,要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量,应先确定如下各项因素。1. 公差等级由变速叉的功用和技术要求,确定该零
7、件的公差等级为普通级。2. 锻件重量已知机械加工后变速叉的件的重量为 1.5kg, 由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为 2.5kg。3. 锻件形状复杂系数对变速叉零件图进行分析计算,可大致确定锻件外廓包容体的长度、宽度、高度,即 l=160mm,b=105mm,h=60mm(见毛坯图);由公式(2-3)和(2-5)可计算出该变速叉锻件的形状复杂系数:图 1-1BD1允许应孤血5_?去尖倉ff?75戚5理嘏岸7翻?所捲长度上的棺国表直的3S-63r兰在球直上定位并帯宴吕:固定是斯捲两尺寸的差别不大于CL3岂在川及占痣直上:宦位时斫指尺寸的_念差别不大于CL3广东海洋大学 2009 届课程设
8、计4S=m/m=2.5/(lbhp)=2.5kg/(160mmxl05mmx60mmx7.8xl0-6kg/mm3)2.5tN0.32故该变速叉的形状复杂系数属 S 级。2零件毛坯如图 2-1:图 2-14.锻件材质系数由于该叉材料为 20 钢,是碳的质量分数小于 0.65%的碳素钢,故该锻件的材质系数属 M 级。15.锻件分模线形状根据该零件的形位特点,选择零件高度方向的对称平面为分模面,属于不对称弯曲分模线。6. 零件表面粗糙度由零件图可知,该零件的各加工表面的粗糙度 Ra 均大于等于 3.2m。根据上述诸因素,可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量,所得结果列于下表格 2-1:广东海洋
9、大学 2009 届课程设计5表格 2-1锻件的重量包容体的重量形状复杂系数材质系数公差等级2.5kg7.8kgS2M1普通级项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm毛坯尺寸/mm备注宽度 R41.12.0+1.3-0.739.1+1.30.7表 2-61.72.2(取 2.0)表 2-9厚度 452.0+1.50.549+1.50.5表 2-71.72.2(两端面都取 2.0)表 2-9厚度 81.6+1.20.412+1.20.4表 2-71.72.2(两端面都取 2.0)表 2-9孔径191.8+1.40.4151.0表 2-62.0(单边)表 2-10中心距 1280.51280.5表
10、 2-8根据表 2-7 的表注,将公差按照1/2 的比例分配,故取公差值为1.0mm。3拟定工艺路线3.1定位基准的选择基准面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产效率得以提高。否则,加工工艺过程中会问题百出,更有甚者,还会造成零件大批报废,使生产无法正常进行。定位基准有粗基准和精基准之分,通常先确定精基准,然后再确定粗基准。基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一,它对零件的生产是非常重要的。3.1.1精基准的选择主要考虑基准重合的问题,当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算,根据该零件的技术要求和装配要求,选择叉轴孔19+0.045mm
11、 和孔左端面作为精基准,零0广东海洋大学 2009 届课程设计6件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工,叉轴孔 e19+0.045mm 的轴线是设计基0准, 选用其作精基准定位加工叉脚两端面和 M10 螺孔, 实现了设计基准和工艺基准的重合,保证被加工表面的垂直度要求。另外,由于变速叉刚性较差,受力易产生弯曲变形,为了避免在机械加工中产生夹紧变形,根据夹紧力应垂直于主要定位基面,并应该作用在刚度较大部位的原则,夹紧力作用点不能作用在叉杆上。选用叉头左端面作为精基准,夹紧可以作用在叉头的右端即孔19+0.045mm 的右端面上,夹紧稳定可靠。03.1.2粗基准的选择作为粗基准表面应该平整,没
12、有飞边、毛刺或其他表面缺欠。现选取19+0.045mm0孔的外轮廓不加工表面作为粗基准,用 V 形块、支承板和挡销来实现完全定位,以消除自由度。3.2表面加工方法确定1.根据变速叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗造度, 确定加工工件的各表面的加工方法,如表格 3-1 所示。表格 3-1加工表面尺寸精度表面粗糙度 Ra/pm加工方案备注16mm 槽及槽的两侧面IT136.3粗铳表 1-11e19mm 孔上端面IT136.3粗铳表 1-11e19mm 孔上端两侧面IT136.3粗铳表 1-1119mm 孔IT86.3钻-铰-锪表 1-10M10 螺纹孔IT1212.5钻-锪-攻丝表 1-10e
13、82.2mm 孔端面IT83.2粗铳-精铳表 1-11e82.2mm 孔IT93.2粗镗-半精镗表 1-102.加工阶段的划分该变速叉加工质量要求较高,可将加工阶段划分粗加工半精加工和精加工几个阶段。在粗加工阶段, 首先将精基准19mm 孔准备好, 使后续工序都可以米用精基准定位加工,保证其他的加工表面的精度要求;然后粗铳 16mm 槽及槽两侧面,粗铳上端面及两侧面,叉脚的两端面。在半精加工阶段,完成了叉脚的两内端面的半粗铣,钻 M10螺栓孔;在精加工阶段,进行19mm 孔,019mm 孔的全部加工工序。广东海洋大学 2009 届课程设计73. 工序的集中与分散本题选用工序集中原则安排变速叉的
14、加工工序。该零件的生产类型为大批生产,可以采用万能型机床配以专用工,夹具,以提高生产率;而且运用工序集中的原则使工件的装夹次数少,不但缩短辅助时间,而且由于在一次装夹加工多个工步,有利于保证各加工表面之间的相对位置度精度要求。4. 工序的安排一) 机械加工工序(1) 遵循“先基准后其他”原则,首先加工精基准叉轴 019mm 孔。(2) 遵循“先粗后精”原则,先安排粗加工工序,后安排精加工工序。(3) 遵循“先主后次”的原则,先加工主要表面叉轴孔径 019mm 的上端面和019mm 孔,后加工次要表面叉脚的两外端面。(4) 遵循“先面后孔”的原则,先加工叉轴 019mm 孔的两端面,后加工 03
15、7mm 孔和 030mm 孔。二) 热处理工序模锻成型后切边,进行调质,调质硬度为 241285HBS,并进行酸洗,喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度,增加耐磨性,消除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响。叉脚两端面在精加工之前进行局部高频淬火,提高其耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。三) 辅助工序粗加工叉脚两端面和热处理后,安排校直工序;在半精加工后,安排去毛刺和中间检查工序;精加工后安排去毛刺,清洗和终检工序。综上所述,该变速叉工序的安排顺序为:基准加工主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工主要表面半精加工和次要表面加工热处理主要表面精加工。3.3制订工艺路线制订工艺路线的出发点,应当是
16、使零件的几何形状,尺寸精度及位置精度的技术要求能得到合理的保证.按生产纲领已确定为大批量生产的条件下,可以考虑采用万能性机床以及专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量降低。工艺路线工艺路线工序一粗铳 16+0.24mm 槽,以19+0.045mm 孔定位。00工序二粗铳 16+0.24mm 槽的两侧面,以19+0.045mm 孔定位。00工序三粗铳距19+0.045mm 中心 12mm 的两个端面,以19+0.045mm 孔及 16+0.24mm 槽底000为基准。广东海洋大学 2009 届课程设计8工序四粗铳距19+0.045mm 中心 12
17、mm 的两个端面的侧面,以19+0.045mm 孔及 16+0.24mm000槽底为基准。工序五 16+0.24mm 槽两端 1.5*45。倒角。0工序六钻铰19+0.045mm 孔并倒角。0工序七钻攻距槽(16+0.24mm)12mm 底面 M10 螺纹孔并倒角。0工序八粗铳82.2+1mm 孔的两端面.0工序九粗镗81.7+1mm 孔。0工序十精镗82.2+1mm 孔0工序一钻82.2+1mm 孔并 1*45。倒角0工序十二精铳82.2+1mm 孔的两端面。0工序十三去毛刺工序十四中检工序十五热处理工序十六清洗工序十七终检。上述方案主要是以19+0.045mm 孔位基准,来加工 16+0.
18、24mm 槽,M10 螺纹,槽的两侧00面,这样可以修正由于基准不重合造成的加工误差,同时也照顾了加工路线方便的特点,因此最终确定如下:工序一粗铳 16+0.24mm 槽,以19+0.045mm 孔的外轮廓为粗基准定位,选用 XA6132 型00万能升降台铣床及专用夹具。工序二粗铳 16+0.24mm 槽的两侧面,以19+0.045mm 孔的外轮廓以及距槽底 32mm 的面00为基准,选用 XA6132 型万能升降台铳床及专用夹具。工序三粗铳19+0.045mm 孔上端两端面,以19+0.045mm 孔定位,选用 XA6132 型万能00升降台铣床及专用夹具。工序四粗铳19+0.045mm 孔
19、上端两端面的侧面,以19+0.045mm 孔定位,选用 XA613200广东海洋大学 2009 届课程设计9型万能升降台铣床及专用夹具。工序五 16+o.24mm 槽 1.5*45。倒角,选用 C620-1 车床及专用夹具。0工序六钻铰19+0.045mm 孔并倒角,以19+0.045mm 孔及端面定位,选用 Z525 立式钻00床及专用夹具。工序七钻距槽(16+0.24mm)12mm 底面 M10 螺纹孔并倒角,然后攻丝。以19+0.045mm 孔00及 16+0.24mm 槽底定位,选用 Z525 立式钻床及专用夹具。0工序八粗铳82.2+1mm 孔的两端面,以19+0.045mm 孔定位
20、,选用 XA6132 型万能升00降台铣床及专用夹具。工序九粗镗81.7+1mm 孔,以19+0.045mm 孔及距中心线 63.7mm 的面为基准,选用00T740 双面卧式金刚镗床及专用夹具。工序十精镗82.2+1mm 孑 L,以19+0.045mm 孔及距中心线 63.7mm 的面为基准,选用00T740 双面卧式金刚镗床及专用夹具。工序一 082.2+imm 孔 1*45。倒角。选用 C620-1 型车床及专用夹具。0工序十二精铳 082.2+imm 孔的两端面。以 019+0.045mm 孔定位,选用 XA6132 型万能00升降台铣床及专用夹具。工序十三去毛刺工序十四中检工序十五热
21、处理工序十六清洗工序十七终检3.4加工余量、工序尺寸和公差的确定在此只确定工序切的加工余量和工序尺寸公差,其他的类同。如附表一机械加工工序卡片所示。工序 6 钻铰 019+0.045mm 孔并倒角。0由表 2-20 可查得,铰孔余量 Z=0.25mm;钻孔余量 Z=18.75mm。查表 1-10 可依铰钻次确定各工序尺寸的加工精度等级为,铰:IT8;钻:IT12。再查标准公差数值表 2-30可确定各工步的公差值分别为,铰:0.033mm;钻:0.21mm。综上所述可知道,该工序各工步的工序尺寸及公差分别为,铰:019+0.033mm,钻:019+o.21mm。003.5切削用量、时间定额的计算
22、第 6 道工序钻铰19+0.045mm 孔的切削用量和时间的确定方法。03.5.1切削用量的计算3.5.1.1钻孔工步钻孔为18.5+0.045mm,采用高速钢直柄麻花钻头(GB/T1438.12008)。0广东海洋大学 2009 届课程设计1018.51)背吃刀量的确定取ap=Z钻/2=厂=9.25mm。2)进给量的确定由表 5-22 以及表 4-10 所列 Z525 型立式钻床的进给量,可选取该工步的每转进给量为 f=0.22mm/r。3)切削速度的计算由表 5-22,按工件材料为 20 钢的条件选取,切削速度 v 可取为20m/min。由公式(5T)n=1000v/nd 可得该工序钻头转
23、速 n=344.29r/min,参照表 4-9 所列 Z525 型立式钻床的主轴转速,取转速 n=392r/min。再将此转速代入公式(5-1),可求出该工序的实际钻削速度为:nnd_392X3.14X18.5TW_10003.5.1.2铰孔工步铰孔为 e19+0.045mm,采用高速钢铰刀铰孔。00.51)背吃刀量的确定取ap_Z铰/2_2_0.25mm。2)进给量的确定由表 5-31 以及表 4-10 所列 Z525 型立式钻床的进给量,可选取该工步的每转进给量 f=0.17mm/r。3)切削速度的计算由表 5-31,切削速度 v 可取为 8m/min。由公式(5-1)n=1000v/nd
24、可求得该工序铰刀转速 n=134.09r/min,参照表 4-9 所列 Z525 型立式钻床的主轴转速,取转速 n=195r/min。再将此转速代入公式(5-1),可求出该工序的实际切削速度为:nnd195X3.14X19门/.v_11.6m/min10001000_22.78m/min广东海洋大学 2009 届课程设计113.5.1.3锪倒角工步19+o.o45mm 孔倒角 1*45o两端,由表 3-10,采用 90o莫氏锥柄号为 2 的锥柄锥面钻,0l=124mm,l=32mm12取 a=0.15mm。p由表 5-33 和表 4-10,可选取该工步的每转进给量为由表 5-33,按工件材料为
25、 20 钢的条件选取,切削速度 v 可取为 23m/min。由公式 n=1000v/兀d可求得钻头转速为:n=1000X23m/min/兀X131.5mm=232.54r/min,参照表 4-9 所列 Z525 型立式钻床的主轴转速,取转速 n=272r/min。再将此转速代入公式 n=1000v/兀d,可求出该工序的实际钻削速度为:nnd272X3.14X31.5v=1000=1000=269m/min3.5.2时间定额的计算3.521基本时间tm计算工序 6钻铰19mm 孔1) 钻孔工步根据表 5-45,钻孔的基本时间可由公式t=L/fn=(l+l+l)/fn 求j12得,(式中l加工长度
26、,11为刀具切入长度,12为刀具切出长度)式中】=45mm,取l=1mm,l二cotk+(12)二(xcot54+1)二7.72mm,(取212r2k=54),f=0.22mm/r,n=392r/min,将上述结果带入公式,则该工序的基本时间心rj0.62min=37.4s。2) 铰孔工步根据表 5-45,铰圆柱孔的基本时间可由公式 t=L/fn=(l+l+l)/fnj12求得,(式中1加工长度,1为刀具切入长度,1为刀具切出长度)。查表 5-46,按k=15、12r0.5a=Z铰/2=0.25mm的条件查得l=0.92mm,取l=39mm,已知p铰212】=45mm,f=0.17mm/r,n
27、=195r/min,将上述结果带入公式,则该工序的基本时间t=153.7s=2.56min。j3)锪孔1900.045mm 两端面和倒角,根据表 5-45,锪倒角的基本时间可由公式其中,d=31.5mm,1)背吃刀量的确定2) 进给量的确定f=0.10mm/r。3) 切削速度的计算广东海洋大学 2009 届课程设计12t二 Lfn=(l+l)/fn 求得,其中l为倒角深度l=0.5,取/=1,f=0.10mm/r,n=272r/mm,j11那么该工序的基本时间为t.23.3s,有两个端面,则 t=2t=6.6s。jj3.522辅助时间ta的计算a根据第五章第二节所述,辅助时间和基本时间t.之间
28、的关系为:.tf=(0.150.2)tj,取tf=0.17tj,贝V:工序 5 钻孔工步的辅助时间为:tf=0.17X37.4=6.4s=0.11min;工序 5 铰孔工步的辅助时间为:tf=0.17X153.7=26.2s=0.44min;工序 5 锪孔工步的辅助时间为:tf=0.17X6.6=1.2s=0.02min。3.5.2.3其他时间计算除了作业时间(基本时间与辅助时间之和)以外,每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要的时间和准备与终结时间。由于本题目中变速叉的生产类型为大批生产,分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微,可忽略不计;布置工地时间 t 是作业时间的 2%7
29、%,休息与生理需要时间 t 是作业时间的 2%4%,本题均取 3%,bx则工序 5 的其他时间(tb+t)可按关系式(3%+3%)X(t.+tf)计算,它们分别为:bxjf工序 5 钻孔工步的其他时间为:t+t=6%X(37.4s+6.4s)=2.63s;bx工序 5 铰孔工步的其他时间为:t+t=6%X(153.7s+26.2s)=10.8s;bx工序 5 锪孔工步的其他时间为:t+t=6%X(6.6s+1.2s)=0.47s。bx3.524单件时间的tdj计算根据公式,单件时间为:tt+tf+tb+1则本工序的单件时间分别为:t应dj=jfbx,dj按三个工步分别计算之后再求和,则:钻孔工
30、步 t=(37.4+6.4+2.63)s=46.39s=0.77min;dj铰孔工步 t=(153.7+26.2+10.8)s=190.7s=3.17min;dj锪孔工步 t=(6.6+1.2+0.47)s=8.3s=0.14min。dj因此,工序 5 的单件计算时间为:t=t+t+t+t 二(46.39+190.7+8.3)s=245.4s=4.1min.djjfbx将确定的上述各项内容填入工艺卡片中, 可得到该变速叉工件的机械加工工艺过程卡以及第 5 工序的工序卡片,可见于机械加工工序卡中。4夹具设计夹具设计为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。广东海洋大学 2
31、009 届课程设计134.1提出问题本夹具要用于粗钻,铰孔 e19,对孔的要求有:粗糙度等级为 6.3 级,有很高的垂直度要求,此孔将作为加工其他各工作面的基准。因此,在本道工序加工时,我们应首先考虑保证孔的各加工精度,如何提高生产效率,降低劳动强度。4.2定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理,否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理,或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度(特别是位置精度)要求。因此应该根据零件图的技术要求,从保证零件的加工精度要求出发,合理选择定位基准。此零件图没有
32、较高的技术要求,也没有较高的平行度和对称度要求,所以应考虑如何提高劳动效率,降低劳动强度,提高加工精度。在本设计中,加工e19 的孔是比较重要的一步,因为该孔是后续加工过程中所要用到的重要基准。所以,加工这个孔一定要保证精度,由于其他基准都不存在,此孔只能运用毛坯的外轮廓定位来设计夹具,工件是以028外圆及端面和叉口外侧为定位基准,用V形块、支承板和挡销来实现完全定位。为了提高加工效率,缩短辅助时间,决定用简单的螺旋压板来作为夹紧机构。4.3切削力和夹紧力计算4.3.1切削力的计算刀具:根据表 3-4可得,采用高速钢直柄麻花钻头(GB/T1438.12008)其中:d=18.5mm,l=233
33、,l1=135,Z=1机床:采用 Z525 型立式钻床由金属切削机床夹具手设计册所列公式可得:F=Cto.86S0.7D-0.86BZKFZp查表3-56得其中:修正系数k=VC二 682t=1mmS=0.12mmFZD=100B=80mmK二7.82Z二 1p代入上式,可得F=1509N广东海洋大学 2009 届课程设计14因在计算切削力时,须把安全系数考虑在内。安全系数K=KKKK1234其中:K为基本安全系数1.5;1K为加工性质系数1.1;2K为刀具钝化系数1.1;3K为断续切削系数1.1;4所以可得切削力为:F二 KF 二 3012.71N4.3.2夹紧力的计算F选用钩形压板夹紧机构查课程设计指导教程表10-2得F=J1+3LfH3012.71取f=1,则F二302o二 1481.66NJ3x62x0.11+18夹紧螺母:公称直径d=12mm,材料Q235性能级数为8级Q=6x10MPao 二8xj 二480MPaBs10螺母疲劳极限:o=0.32o=0.32x600=192MPa-1BEkk极限应力幅:o=m-o=51
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