249机械设计基础期末复习.ppt

机械设计基础期末复习 教学媒体介绍课程总体要求考核要求 王窈惠 机械设计教学媒体 1 文字教材 机械设计基础 刘颖主编 已由中央广播电视大学出版社出版 教材中既包括了对教学内容的系统讲授 完整叙述 也包括了教学内容的总结 归纳和对重点 难点的讲解 同时各章还附有习题 供学习者使用 机械设计教学媒体 2 ip课件ip课件共13讲 主讲教师 渤海船舶职业技术学院教授唐春龙 本课程的ip课件主要讲授课程的重点 难点 疑点 并为学习者提供学习方法的指导 它与文字教材相互补充 密切配合 目的是帮助同学们学习和掌握课程的教学内容 机械设计教学媒体 3 网上资源在湖南电大的 电大在线 平台的本课程网页上还包括网上教学指导与服务的内容 机械设计教学媒体 1 作业辅导机械设计基础作业 一 及答案机械设计基础作业 二 及答案机械设计基础作业 三 及答案机械设计基础作业 四 及答案 本课程的总体教学要求 第一章静力学基础 力的概念 静力学的四个基本定理三种约束类型及其约束力受力分析和受力图的画法力在轴上的投影 合力投影定理力矩和力偶力向一点的简化 平衡方程及其应用 下面我们通过讲解一些实例来掌握这些内容 例1 请看下图 根据力的可传性 是否可以将作用于bc杆上的力f沿作用线移动到ab杆上 例2重力为p的圆球放在板ac与墙壁ab之间 如图1 2a所示 设板ac重力不计 试作出板与球的受力图 解 先求fab和fbc的方向 我们能确定在b点处两吊杆ab和bc所承受的拉力方向与水平方向的夹角 的大小 根据已知的几何条件 sin 200 400 0 5 30 列x方向平衡方程 由 fx 0得列y方向平衡方程 由 fy 0得联立求解得fab fbc f 2kn 第二章常用机构概述 运动副及其类型 运动副的约束机构运动简图平面机构的自由度计算及其注意事项机构具有确定运动的条件 了解机构的组成 机构是由若干个构件通过动联结组合而成 机构是由原动件 从动件和机架三部分组成的 两个构件通过运动副联接以后 构件的相对运动会受到约束 1 机构自由度的计算 我们知道 机构相对机架所具有的独立运动数目 称为机构的自由度 在平面机构中 设机构的活动构件数为n 在未组成运动副之前 这些活动构件共有3n个自由度 用运动副联接后便引入了约束 并失去了自由度 一个低副因有两个约束而将失去两个自由度 一个高副有一个约束而失去一个自由度 若机构中共有pl个低副 ph个高副 则平面机构的自由度f的计算公式为f 3n 2pl ph 例4 如下图2 1所示的搅拌机 是一个平面四杆机构 计算其自由度 其活动构件数n 3 低副数pl 4 高副数ph 0 则该机构的自由度为f 3n 2pl ph 3 3 2 4 0 1 2 计算自由度应注意的三个问题 1 复合铰链 2 局部自由度 3 虚约束 例5计算图2 2所示的筛料机构的自由度 去除一个局部自由度 一个虚约束以后 再加上一个复合铰链 我们标注出实际计算图2 2b 按图2 2b计算自由度 现在机构中的可动构件数为n 7 pl 9 ph 1 故该机构的自由度为f 3n 2pl ph 3 7 2 9 1 1 2 3 机构运动简图的绘制 首先对机构进行分析 目的在于了解机构的运动特性 即组成机构的各构件是如何工作的 故只需要考虑与运动有关的构件数目 运动副类型及相对位置 而无需考虑机构的真实外形和具体结构 因此常用一些简单的线条和符号画出图形进行方案讨论和运动 受力分析 这种撇开实际机构中与运动关系无关的因素 并用按一定比例及规定的简化画法表示各构件间相对运动关系的工程图形称为机构运动简图 上面的例子所示的就是机构运动简图 4 机构具有确定运动的条件是自由度数等于主动构件数 第三章平面连杆机构 考核重点 了解常见铰链四杆机构的类型 特点及应用掌握铰链四杆机构曲柄的存在条件及类型判别方法掌握平面四杆机构的运动特性 1 铰链四杆机构的基本类型 铰链四杆机构的三种类型曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构 通过下面的例题来了解四杆机构的特点 如图3 1所示的平面四杆机构是否存在曲柄 如果存在 哪个构件为曲柄 若各构件长度不变能否获得双摇杆机构 如何获得 图3 1 2 平面四杆机构的运动特性 急回特性 机构的返回行程速度大于工作行程速度的性质 称为机构的急回特性 3 平面四杆机构的死点位置摇杆作主动件时 当曲柄与连杆共线时 从动件转向不定或被卡死的现象 第四章凸轮机构 凸轮机构的组成与应用凸轮机构的类型和常用运动规律凸轮机构的压力角和基圆半径 第五章其它常用机构 结合学员的生产实际介绍和了解其它常用机构 第六章构件内力分析基础 弹性体的概念 变形 内力拉伸压缩时的内力和变形 轴力图剪切和挤压变形圆轴扭转时的内力 扭矩图弯曲内力分析梁的类型剪力和弯矩剪力图和弯矩图 第七章构件的强度和刚度 应力和应变的概念拉压应力和应变 胡克定律材料拉伸时的力学性能强度条件 许用应力 安全系数拉压时的强度计算剪切 挤压 扭转时的强度计算弯曲应力和强度计算变应力的概念 疲劳强度的概念 这两章有一些基本的计算要求 如截面法求内力 杆件横截面上的应力计算 强度计算等 以拉 压杆为例 轴向拉伸或压缩时 强度条件为 下面我们用例题来加深对上述问题的理解 例7 1 请看这个例子 图6 1所示为圆截面阶梯杆 直径分别为d1 20mm d2 35mm f1 40kn f2 20kn 材料的许用应力 150mpa 兆帕 试校核该杆的强度 解 1 求轴力 取1 1截面和2 2截面 由平衡条件可求得各段轴力 2 计算1 1截面和2 2截面的应力 根据该截面的轴力和面积之间的关系式 3 校核强度 为了保证构件具有足够的强度 必须使危险截面的应力不超过材料的许用应力 已知许用应用 150mpa 1 127 39 安全 2 62 39 安全 例2 例题7 2 简支梁如图6 2所示 已知f 10kn 作用点在梁的中点 梁的全长l 4m 160mpa 试求 1 梁a b端的约束力 2 画出弯矩图 3 确定横截面的尺寸 a 解 1 以ab梁为研究对象 画出其受力图 求支座a b的约束力 2 根据支座反力 画出ab梁的弯矩图 最大弯矩在梁的中点 3 计算截面尺寸 根据题意已知梁的截面形状为矩形 边长为a 则该梁的抗弯截面系数w为a 3 6 因此在最大弯矩处的最大正应力与许用应力之间存在关系 通过此式可算出 就满足安全需要 梁的上边缘受压应力 下边缘受拉应力 第八章齿轮传动 齿轮传动的类型 渐开线及其特性渐开线齿廓啮合直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算直齿圆柱齿轮的正确啮合条件 连续传动条件 齿轮的加工 根切和最少齿数斜齿圆柱齿轮和圆锥齿轮主要参数和几何尺寸计算齿轮的失效形式 受力分析 强度计算的概念及齿轮的结构 齿轮传动 主要掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合原理 几何尺寸计算和设计方法 决定渐开线标准直齿圆柱齿轮尺寸的基本参数有5个 它们是齿数z 模数m 压力角 齿顶高系数ha 和顶隙系数c ha c 分别称为齿顶高系数和顶隙系数 国家标准齿制规定 正常齿制ha 1 c 0 25 短齿制ha 0 8 c 0 3 齿顶高 齿根高 全齿高及顶隙都是齿轮的径向尺寸 它们与齿轮的几何尺寸之间的计算关系我们要了解清楚 下面我们通过例题来理解如何计算渐开线标准直齿圆柱齿的几何尺寸 例8 1 某标准渐开线直齿圆柱齿轮 已知齿距p 12 566mm 齿数z 25 正常齿制 试计算该齿轮的齿顶圆直径 齿根圆直径 分度圆直径 基圆直径 全齿高和齿厚 解 因已知齿距p m 求出分度圆直径d mz 4 25 100mm齿顶圆直径da z 2ha m 108mm齿根圆直径df z 2ha 2c m 90mm全齿高h 2ha c m 9mm齿厚s p 2 m 2 6 283mm基圆直径db d1cos20 93 97mm 例8 2 已知一对外啮合直齿圆柱标准齿轮的z1 30 z2 45 压力角 20 模数m 5mm 齿顶高系数ha 1 试求齿轮1的分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 两轮啮合传动的中心距和传动比 解 分度圆直径d1 mz1 5 30 150mm齿顶圆直径da1 z1 2ha m 160mm齿根圆直径df1 z 2ha 2c m 137 5mm中心距a m z1 z2 2 187 5mm传动比i z2 z1 1 5 第九章蜗杆传动 蜗杆传动的类型 特点和应用蜗杆和蜗轮的主要参数和几何尺寸蜗杆传动的啮合特点和常用材料 第十章轮系 轮系的组成和应用定轴轮系的传动比计算了解周转轮系的传动比计算方法 根据轮系运动时轴线是否固定 可将轮系分为定轴轮系和周转轮系两大类 1 定轴轮系轮系运动时 所有齿轮轴线都固定的轮系 称为定轴轮系 如图10 1所示 齿轮1 齿轮2 齿轮2 齿轮3 齿轮3 齿轮4 齿轮5的轴线都是固定的 因此此轮系为定轴轮系 2 周转轮系轮系运动时 至少有一个齿轮的轴线可以绕另一根齿轮的轴线转动 这样的轮系称为周轮轮系 轴线可动的齿轮称为行星轮 如图10 2中齿轮2 它既绕本身的轴线自转 又绕o1或oh公转 齿轮1与齿轮3的轴线固定不动 称为太阳轮 象这种整个轮系的自由度为1的周转轮系 我们称它为行星轮系 自由度为1的周转轮系 为行星轮系 自由度为2的周转轮系 为差动轮系 下面我们首先要掌握如何计算平行轴定轴齿轮系的传动比 在平行轴定轴齿轮系中 当首轮轮1的转速为n1 末轮轮k转速为nk 则此齿轮系的传动比为 如何计算周转轮系的传动比呢 在图10 2所示行星齿轮系中 行星轮z2既绕本身的轴线自转 又绕o1或oh公转 因此不能直接用定轴轮系传动比计算公式求解行星轮系的传动比 而通常采用反转法来间接求解其传动比 这就是我们引入的周转轮系的转化机构 在转化机构中 周转轮系转化机构传动比的一般公式为 以下举例说明如何计算不同类别的齿轮系的传动比 在这类计算中关键是要判定需要计算传动比的轮系是属于什么轮系 判定正确后用对应计算公式对号入座进行计算即可 例10 1在图10 1所示的齿轮系中 已知z1 20 z2 40 z2 30 z3 60 z3 25 z4 30 z5 50 均为标准齿轮传动 若已知轮1的转速n1 1440r min 试求轮5的转速 z1 20 z2 40 z2 30 z3 60 z3 25 z4 30 z5 50 均为标准齿轮传动 若已知轮1的转速n1 1440r min 试求轮5的转速 n5 n1 i 1440 8 180r min负号表示轮1和轮5的转向相反 再看一例 图10 3所示的轮系中 已知z1 100 z2 101 z2 100 z3 99 均为标准齿轮传动 试求ih1 在转化机构中 齿轮1与3的传动比为 第十一章带传动 带传动的工作原理 类型和应用v带的标准 主要参数和选择方法带传动的打滑 弹性滑动 受力和应力的概念v带带轮的的主要结构 第十二章连接 了解常用螺纹联接 键联接和销联接的特点和应用螺纹联接的类型 特点和常用螺纹标准件键联接的类型 特点和应用常用销联接的类型和特点 第十三章轴 轴的功用和类型轴的结构 轴与轴上零件的安装和拆卸了解轴的强度的概念 第十四章轴承 轴承的功用和类型滚动轴承的特点 类型和结构常用滚动轴承的代号常用滚动轴承类型选择和安装拆卸方法 第十五章联轴器和离合器 联轴器和离合器的功用常用联轴器的类型常用离合器的类型 课程考核基本要求 形考与终考的关系 本课程的考核主要由两部分组成形成性考核与终结考核形成性考核以平时作业的形式考核主要是考核学生平时对本课程的知识和内容的掌握情况用开卷作业的方式考核在终结考试中不易考核的内容终结性考核以卷面的形式半开卷考试90分钟系统的考核学生对本课程重点内容的掌握情况 终结性考核 用卷面的形式考核 考试的形式是半开卷考试90分钟题型的组成 判断题 选择填空题 简答题和计算题等 判断题 主要以考核学员对基本理论的理解能力 如刚体受三个力作用时 这三个力的作用线必交于一点 对基本概念的掌握情况力偶的力偶矩大小与矩心的具体位置无关 对机械设计基础知识的掌握情况工作中转动的轴称为转轴 填空题 考核学员对机械设计基本概念和基本理论的掌握情况 如1 对于铰链四杆机构 当满足杆长之和的条件时 若取 为机架 将得到双曲柄机构 a 最长杆b 与最短杆相邻的构件c 最短杆d 与最短杆相对的构件2 为保证平面四杆机构良好的传力性能 不应小于最小许用值 a 压力角b 传动角c 极位夹角d 啮合角3 渐开线齿廓基圆上的压力角 a 大于零b 小于零c 等于零d 等于20 4 渐开线齿廓形状取决于 直径大小 a 基圆b 分度圆c 节圆d 齿顶圆 简答题 考核学员对基本概念 基本原理和设计方法的掌握情况 如 什么是刚度 对有些承受载荷的构件为何要提出刚度的要求 计算题 考核学员对机械设计基本计算的掌握情况 如计算图示机构的自由度 并指出复合铰链 局