机械设计基础总复习优秀课件

1、2021/3/291机机 械械 设设 计计 基基 础础总复习总复习 北京理工大学北京理工大学机械与车辆学院机械与车辆学院2021/3/292第一章第一章 概概 论论 一、载荷和应力分析一、载荷和应力分析 问：问： a a 、 m m 、 maxmax 、 min min 、 r参数各代表什么？参数各代表什么？ 绘图说明当绘图说明当m m =250 =250MPa， r= 0.25= 0.25时，应力随着时，应力随着时间时间 的变化曲线，这是什么应力？的变化曲线，这是什么应力？ 答：答： 应应 力力 幅：幅： a a = =（maxmax - - minmin）/ 2/ 2 平均应力：平均应力：

2、 m m = =（maxmax + + minmin）/ 2/ 2 最大应力：最大应力： maxmax 最小应力：最小应力： minmin 应力特性系数：应力特性系数：r = = minmin / / maxmax 2021/3/293 由：由：m =（max + min）/ 2 = 250（MPa ） ， r = min / max = 0.25， 求得求得 max = 400 （MPa ） min = 100 （MPa ） 为一般脉动循环变应力！为一般脉动循环变应力！2021/3/294 二、二、 机器的组成机器的组成 （以汽车为例）（以汽车为例） 1、动力部分、动力部分 提供动力（发动机

3、）提供动力（发动机） 2、传动部分、传动部分 提供变速、改变运动方向或运动形式等提供变速、改变运动方向或运动形式等 （变速箱、传动轴、离合器）（变速箱、传动轴、离合器） 3、工作部分、工作部分 直接完成设计者的构想，代替或减轻人类的直接完成设计者的构想，代替或减轻人类的 工作（车轮，转向器）工作（车轮，转向器） 4、控制部分、控制部分 使机器各部分运动协调。可以是手控、使机器各部分运动协调。可以是手控、 电控、遥控等。电控、遥控等。u 辅助系统：照明（前后灯，车内灯），信号（转辅助系统：照明（前后灯，车内灯），信号（转 向灯、后尾红灯），显示（里程表、向灯、后尾红灯），显示（里程表、 油量表、

4、速度表、电瓶电量表）等。油量表、速度表、电瓶电量表）等。2021/3/295 机器机器机机 （有能量转化）（有能量转化） 构件 零件械械 机构机构 零件零件 （无能量转化）（无能量转化） 信息机械信息机械 如计算机、电话机、传真机等如计算机、电话机、传真机等 构件构件是机器运动的最小单元，是机器运动的最小单元，零件零件是构成机械的最是构成机械的最小单元。小单元。部件是部件是由一组协同工作的零件所组成的独立制由一组协同工作的零件所组成的独立制 造或独立装配的组合体，如减速器，离合器等造或独立装配的组合体，如减速器，离合器等2021/3/296三、机械零件材料学基础三、机械零件材料学基础 制造机械

5、零件的材料用的最多的是金属材料，其次是非金属制造机械零件的材料用的最多的是金属材料，其次是非金属材料和复合材料。材料和复合材料。一、金属材料一、金属材料 金属材料又分为黑色金属（如钢、铸铁等）和有色金属金属材料又分为黑色金属（如钢、铸铁等）和有色金属（如铜、铝、钛及其合金等）。（如铜、铝、钛及其合金等）。 （一）（一） 黑色金属黑色金属 钢和铸铁都是铁碳合金，他们的区别主要在于含碳量的不同。钢和铸铁都是铁碳合金，他们的区别主要在于含碳量的不同。含碳量小于含碳量小于2.1%2.1%的铁碳合金称为钢。含碳量大于的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.1%2.1%的铁碳合金的铁碳合金称为铸铁。称为铸铁。 1

6、 1、钢、钢 通常使用的钢，含碳量在通常使用的钢，含碳量在0.05% 0.05% 0.7%0.7%之间。之间。 根据化学成分的不同，又可将钢分为碳素钢和合金钢。根据化学成分的不同，又可将钢分为碳素钢和合金钢。2021/3/297 （1 1）碳素钢）碳素钢 按照质量和用途，又可以分为：按照质量和用途，又可以分为： 1 1） 碳素结构钢碳素结构钢 (GB/T 700(GB/T 7002006)2006) 普通碳素结构钢不需热处理，供货状态下可直接使用。普通碳素结构钢不需热处理，供货状态下可直接使用。Q195Q195、Q215Q215、Q235-A Q235-A F F、Q235-BQ235-B、Q

7、235-CQ235-C、 Q235-D Q235-D、275275Q Q指屈服强度，后面的数字代表屈服强度指屈服强度，后面的数字代表屈服强度数值数值。2 2）优质碳素结构钢）优质碳素结构钢(GB/T 699(GB/T 6991999) 1999) 含碳量低于含碳量低于0.25%0.25%的钢为低碳钢，其强度和硬度低，但的钢为低碳钢，其强度和硬度低，但塑性塑性和焊接性能好，适用于冲压、焊接等方法成型。和焊接性能好，适用于冲压、焊接等方法成型。含碳量在含碳量在0.25%0.25%0.6% 0.6% 的钢为中碳钢，有良好的综合力学性能，应用最广，的钢为中碳钢，有良好的综合力学性能，应用最广，含碳量高

8、于含碳量高于0.6%0.6%的钢为高碳钢，常用作弹性元件和易磨损元件。的钢为高碳钢，常用作弹性元件和易磨损元件。 优质碳素结构钢一般经过热处理，可获得较高的弹性极限和较优质碳素结构钢一般经过热处理，可获得较高的弹性极限和较高的屈服强度。高的屈服强度。（低碳钢低碳钢不可以直接淬火）不可以直接淬火） 08 08、08F08F、1515、2020、20 A20 A、 20Mn 20Mn、4545、45Mn45Mn、85853 3）碳素工具钢）碳素工具钢(GB/T 1298(GB/T 12982008)2008) 碳素工具钢一般经过热处理，可获得较高的力学性能碳素工具钢一般经过热处理，可获得较高的力学

9、性能 T7T7、T8AT8A、T8MnT8Mn、T8MnAT8MnA、T10AT10A、T13T13、T13AT13A2021/3/298第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析1、低副、低副 通过面接触而组成的运动副。通过面接触而组成的运动副。限制限制2个自由度个自由度 1）回转副）回转副 2）移动副）移动副2、高副、高副 通过点、通过点、 线线接触而组成的运动副。接触而组成的运动副。限制限制1个自由度个自由度2021/3/2993 3、运动链的自由度（活动度）数、运动链的自由度（活动度）数 F： F = 3 = 3n - 2 - 2PL L - - PH H 式中：式中：n：机构

10、中可活动的构件数：机构中可活动的构件数, , PL L：低副数：低副数 PH H：高副数：高副数4 4、 计算自由度时注意：计算自由度时注意： a a、复合铰：有、复合铰：有K K个构件在某一点联接，这一点就构成个构件在某一点联接，这一点就构成了了K-1K-1个回转副，称为复合铰。个回转副，称为复合铰。 b b、局部自由度：在运动链中，、局部自由度：在运动链中，与整个运动链无关的自由度与整个运动链无关的自由度 为为局部自由度。为改善受力状况局部自由度。为改善受力状况而设。而设。2021/3/29103 3、虚约束、虚约束: : 有些约束对机构的自由度是重复的，称为有些约束对机构的自由度是重复的

11、，称为虚约束！虚约束！, 2 ,12, 9HLppn121229323HLppnF 机机 构构 具具 有有 确确 定定 运运 动的条件：动的条件： 在一个机构中，在一个机构中，原动机输入机构的主动原动机输入机构的主动件数和机构的自由度数件数和机构的自由度数相等。相等。2021/3/2911第三章第三章 平面连杆机构平面连杆机构1、四杆机构的组成与基本形式、四杆机构的组成与基本形式曲柄曲柄 连架连架 曲柄曲柄AB 能做整周转动能做整周转动 =360摇杆摇杆 杆杆 摇杆摇杆CD 做一定角度的摆动做一定角度的摆动 S2 轴向右移，由于轴承是正装，故轴向右移，由于轴承是正装，故2轴承受压！轴承受压！F

12、a1=S1=1118.75(N) Fa2=S1+FA=1118.75+380=1498.75 (N) S1S22021/3/2945 Fa1 / Fr1 = 1118.75 / 3580 =0.31 e = 0.37 X1 = 1.0 Y1 = 0 X2 = 0.4 Y2 = 1.6 P1 = X1Fr1 + Y1Fa1 =3580 (N) P2 = X2Fr2 + Y2Fa2 =0.4X3800+1.6X1498.75=3918 (N) P2 P1 2 轴承危险轴承危险)(10375)39182 .1322000 .1(98016667)(166673/10210hPfCfnLdTh2021

13、/3/2946第四节第四节 滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计一、轴系的轴向定位：一、轴系的轴向定位： 1、两端固定（双端单向固定）、两端固定（双端单向固定） 较短轴系（较短轴系（l 400）最常用的形式。压盖和轴承座）最常用的形式。压盖和轴承座之间需用垫片调整压盖和轴承外圈之间的间隙，留出之间需用垫片调整压盖和轴承外圈之间的间隙，留出 0.2 0.4 的距离，的距离，用于用于温度温度补偿。补偿。2021/3/2947 2、一端固定（单端双向固定）、一端游动、一端固定（单端双向固定）、一端游动 用于温升较高，热变形较大的场合。用于温升较高，热变形较大的场合。2021/3/2948 3、两端游

14、动。、两端游动。 用于人字齿轮传动，能自动对中。用于人字齿轮传动，能自动对中。2021/3/29492021/3/2950第十五章第十五章 机械的调速和平衡机械的调速和平衡 机械速度的波动，是在机械速度的波动，是在Wd d和和Wr r不为常量的情况下产生的。不为常量的情况下产生的。其结果是产生冲击、振动，影响机件的强度和寿命，降低运动其结果是产生冲击、振动，影响机件的强度和寿命，降低运动精度。应尽量避免精度。应尽量避免! !采用飞轮调速采用飞轮调速, ,降低速度不均匀系数降低速度不均匀系数 mminmax 回转件不平衡质量产生的离心力使轴弯曲，产生振动、噪回转件不平衡质量产生的离心力使轴弯曲，

15、产生振动、噪音，甚至破坏机件。音，甚至破坏机件。 静平衡条件：静平衡条件： m r = = mi ri + + mb rb = 0 = 0 或：或： mg r = = mig ri + + mbg g rb = 0 = 0 动平衡的条件：空间离心惯性力系的合力及合力矩均为零。动平衡的条件：空间离心惯性力系的合力及合力矩均为零。 动平衡又称为双面平衡，而静平衡则称为单面平衡。动平衡又称为双面平衡，而静平衡则称为单面平衡。 平衡的目的使回转件运动平稳平衡的目的使回转件运动平稳, ,它不能减小速度的波动。它不能减小速度的波动。2021/3/2951 轴系结构找错体：指出下图轴系结构中的错误或不合轴系

16、结构找错体：指出下图轴系结构中的错误或不合理之处，并简要说明理由，不要求改正！理之处，并简要说明理由，不要求改正！ 缺螺栓联接缺螺栓联接 轴承安装一顺轴承安装一顺 轴肩过高轴肩过高 缺键缺键 轴的长度应小于轮毂长度轴的长度应小于轮毂长度23mm 套筒过高套筒过高 轴承透盖结构错误轴承透盖结构错误 动静接触，应加动静接触，应加密封毡圈密封毡圈 加轴向定位加轴向定位 缺键缺键 （11）动静接触动静接触1132452697 810112021/3/2952结构题、结构题、 图示轴系结构有错误和不合理的地方，请指图示轴系结构有错误和不合理的地方，请指出并说明原因。出并说明原因。 2021/3/2953

17、1 1） 联轴器孔未开通。联轴器孔未开通。2 2） 联轴器周向未定位（加联轴器周向未定位（加键连接）。键连接）。3 3） 轴承透盖缺密封。轴承透盖缺密封。4 4） 透盖与套筒应有间隙。透盖与套筒应有间隙。 5 5）左轴承为游动轴承，内）左轴承为游动轴承，内圈右边缺定位。圈右边缺定位。6 6） 左轴承外圈要能游动，左轴承外圈要能游动，需去掉套杯凸肩，而且与端需去掉套杯凸肩，而且与端盖间要有间隙。盖间要有间隙。7 7） 右轴承为固定端轴承，内圈左边缺定位，外圈左边套杯上应有凸肩定右轴承为固定端轴承，内圈左边缺定位，外圈左边套杯上应有凸肩定位。位。8 8） 装圆螺母处轴径要小于轴承轴径，且车螺纹处要

18、有退刀槽。装圆螺母处轴径要小于轴承轴径，且车螺纹处要有退刀槽。9 9） 圆螺母处加止动垫圈防松。圆螺母处加止动垫圈防松。1010）轴段应比轴承孔短，以使轴承定位可靠。）轴段应比轴承孔短，以使轴承定位可靠。1111）轴承盖与套杯之间应有调整轴承间隙的调整垫片。）轴承盖与套杯之间应有调整轴承间隙的调整垫片。1212）箱体加工面和非加工面要分开。）箱体加工面和非加工面要分开。 2021/3/2954指出图示轴系的结构错误或不合理之处，并简要说明理由指出图示轴系的结构错误或不合理之处，并简要说明理由（齿轮采用油润滑，轴承采用脂润滑）。（齿轮采用油润滑，轴承采用脂润滑）。2021/3/29551 1）缺

19、挡油环；）缺挡油环；2 2）套杯左端凸肩内径太小，拆卸轴承外圈困）套杯左端凸肩内径太小，拆卸轴承外圈困难；难；3 3）左轴承内圈无法从轴右侧装入；）左轴承内圈无法从轴右侧装入；4 4）轴承为背对背安装，）轴承为背对背安装，外圈没有固定，应在两轴承外圈之间加凸台；外圈没有固定，应在两轴承外圈之间加凸台；5 5）不应有轴肩，）不应有轴肩，否则无法调整轴承；否则无法调整轴承；6 6）缺少调整轴承的装置，应加一小圆螺母；）缺少调整轴承的装置，应加一小圆螺母；7 7）精加工面过长，轴承装配不便，应加工成阶梯轴）精加工面过长，轴承装配不便，应加工成阶梯轴 8 8）轴与轴承盖之间应有间隙；）轴与轴承盖之间应

20、有间隙；9 9）缺少密封装置；）缺少密封装置；1010）带轮端面不应与轴承盖接触，应以轴肩定位；）带轮端面不应与轴承盖接触，应以轴肩定位；1111）键与轮毂键槽之间应有间隙；）键与轮毂键槽之间应有间隙；1212）轮毂上的键槽应为通槽；）轮毂上的键槽应为通槽；1313）轴端应比毂孔短一些，）轴端应比毂孔短一些，否则带轮轴向固定不可靠。否则带轮轴向固定不可靠。1414）缺少调整套杯位置）缺少调整套杯位置（调整锥齿轮啮合）的垫片。（调整锥齿轮啮合）的垫片。2021/3/2956指出图示轴系的结构错误，齿轮采用油润滑，轴承采指出图示轴系的结构错误，齿轮采用油润滑，轴承采用脂润滑（用笔按序号圈出错误之处

21、，并简要说明错用脂润滑（用笔按序号圈出错误之处，并简要说明错误原因，不要求改正图）。误原因，不要求改正图）。2021/3/29571）轴肩太高，）轴肩太高，不便拆卸；不便拆卸；2）缺少挡油环；）缺少挡油环；3）安装齿轮的轴）安装齿轮的轴段应小于轮毂宽段应小于轮毂宽度，否则齿轮轴度，否则齿轮轴向固定不可靠；向固定不可靠；4）键太长；）键太长； 5）套筒不应与轴承外圈接触；）套筒不应与轴承外圈接触；6）轴承应面对面布置；）轴承应面对面布置； 7）此处应加工成阶梯轴；）此处应加工成阶梯轴；8）端盖不应与轴接触；）端盖不应与轴接触； 9）端盖与轴之间应加密封；）端盖与轴之间应加密封；10）平键顶部与轮

22、毂键槽间应有间隙；）平键顶部与轮毂键槽间应有间隙；11）联轴器上的键槽应为通槽；）联轴器上的键槽应为通槽；12）两处键槽应位于一条母线上；）两处键槽应位于一条母线上；13）联轴器不应与端盖接触，应用轴肩轴向固定，且轴端不应）联轴器不应与端盖接触，应用轴肩轴向固定，且轴端不应超出孔的端面超出孔的端面,以免影响另一半联轴器的安装；以免影响另一半联轴器的安装；14）缺少轴承调整垫片；）缺少轴承调整垫片；15）应有凸台，减少加工面。）应有凸台，减少加工面。1514131110987654321122021/3/2958图示轴系结构有错误和不合理的地方，请指出并说图示轴系结构有错误和不合理的地方，请指出

23、并说明原因。明原因。 2021/3/29591 1）轴端面应在联轴器孔内。）轴端面应在联轴器孔内。 2 2）联轴器轴向未定位（加轴肩）。）联轴器轴向未定位（加轴肩）。3 3）轴承透盖与轴之间应有密封装置。）轴承透盖与轴之间应有密封装置。4 4）与左轴承配合处的轴段过长，轴缺少台阶，轴承装拆不方便。）与左轴承配合处的轴段过长，轴缺少台阶，轴承装拆不方便。5 5）套筒过高，轴承装拆不方便。）套筒过高，轴承装拆不方便。6 6）安装齿轮的轴段长度应小于轮毂宽度，以使齿轮得到可靠的轴）安装齿轮的轴段长度应小于轮毂宽度，以使齿轮得到可靠的轴向定位。向定位。 7 7）齿轮上的键槽与键之间应留有间隙。）齿轮上

24、的键槽与键之间应留有间隙。8 8）为便于加工，轴上安装齿轮处的键槽应与安装联轴器键处的键）为便于加工，轴上安装齿轮处的键槽应与安装联轴器键处的键槽开在同一母线上。槽开在同一母线上。 9 9）右轴承内圈没有固定。）右轴承内圈没有固定。 1010）圆锥滚子轴承应成对使用。）圆锥滚子轴承应成对使用。1111）轴承盖上的孔应大于螺钉外径。）轴承盖上的孔应大于螺钉外径。1212）箱体上螺纹孔的深度应大于螺钉拧入深度）箱体上螺纹孔的深度应大于螺钉拧入深度1313）轴承盖与机体之）轴承盖与机体之间无垫片，无法调间无垫片，无法调整轴承间隙。整轴承间隙。1414）箱体加工面和）箱体加工面和非加工面要分开。非加工

25、面要分开。 123 456789101181213 1413142021/3/2960模拟试题一、是非题一、是非题1 1、一对圆柱齿轮啮合时，大小齿轮的齿根弯曲应力相等。、一对圆柱齿轮啮合时，大小齿轮的齿根弯曲应力相等。2 2、零件内部的变应力只可能由变载荷引起。、零件内部的变应力只可能由变载荷引起。 （ ） 3 3、模数不相等的蜗杆与蜗轮也可以啮合传动。、模数不相等的蜗杆与蜗轮也可以啮合传动。 4 4、齿轮联轴器是挠性联轴器。、齿轮联轴器是挠性联轴器。5 5、 V V带是弹性元件，它在工作中只能承受拉应力。带是弹性元件，它在工作中只能承受拉应力。 ( ( ）6 6、滚动轴承中，保持架是重要的

26、和不可缺少的元件之一。、滚动轴承中，保持架是重要的和不可缺少的元件之一。 7 7、凸缘联轴器属于刚性联轴器。、凸缘联轴器属于刚性联轴器。 8 8、+1+1表示是对称循环变应力。表示是对称循环变应力。 （ ） 9 9、 磨损总是有害的，应该处处避免。磨损总是有害的，应该处处避免。 1010、传动效率高是蜗杆蜗轮传动的优点之一、传动效率高是蜗杆蜗轮传动的优点之一 1111、滚动轴承座圈和滚动体的常用材料是、滚动轴承座圈和滚动体的常用材料是Q235Q235钢。（钢。（ ) ) 1212、螺旋传动中使用的螺纹通常是三角形螺纹。、螺旋传动中使用的螺纹通常是三角形螺纹。 2021/3/2961二、二、 选

27、择题（每小题选择题（每小题2 2分）分）1.1.只承受弯矩，而不承受转矩的轴称为只承受弯矩，而不承受转矩的轴称为。 A.A.传动轴传动轴 B.B.转轴转轴 C.C.心轴心轴 D.D.阶梯轴阶梯轴2.2.带传动工作时最大应力发生在带传动工作时最大应力发生在_。 A.A.紧边小带轮出口处紧边小带轮出口处 B.B.紧边小带轮入口处紧边小带轮入口处 C.C.松边大带轮出口处松边大带轮出口处 D.D.松边大带轮入口处松边大带轮入口处 3 3、当两个被连接件之一太厚时，宜采用、当两个被连接件之一太厚时，宜采用_ A. A.双头螺柱连接双头螺柱连接 B.B.螺栓连接螺栓连接 C. C.紧定螺钉连接紧定螺钉连

28、接 D.D.销连接销连接 4.4.初步估算轴的直径时，一般采用初步估算轴的直径时，一般采用_方法。方法。 A. A.弯扭合成强度弯扭合成强度 B. B.扭转强度扭转强度 C. C.刚度刚度 D. D.安全安全系数系数 5. 5.在轴结构设计中，轴上零件轴向固定通常采用在轴结构设计中，轴上零件轴向固定通常采用_方法。方法。 A. A. 轴肩轴肩 B. B. 圆螺母圆螺母 C. C. 轴端挡圈轴端挡圈 D. D.前前面三种面三种 2021/3/29626.6.脉动循环变应力的应力循环特性系数脉动循环变应力的应力循环特性系数r_r_。 A. A.等于等于+1 B.+1 B.等于等于1 C.1 C.等

29、于等于0 D.0 D.等于等于1/21/27.7.蜗杆传动中，增加蜗杆头数，可使传动效率蜗杆传动中，增加蜗杆头数，可使传动效率_。 A. A. 提高提高 B. B.降低降低 C. C. 提高或降低提高或降低 D. D.不变不变8 8、适合制造滚动轴承的材料是、适合制造滚动轴承的材料是_。 A. A. GGr15 GGr15 B. 45B. 45钢钢 C. C. 球墨铸铁球墨铸铁 D. 40Cr D. 40Cr9.9.锥齿轮传动中，两轴线之间的交角用得最广泛的是锥齿轮传动中，两轴线之间的交角用得最广泛的是 A.60 A.60 B.75 B.75 C.90 C.90 D.120 D.120 10.

30、10.下面的螺纹牙型中，传动用螺纹采用的是下面的螺纹牙型中，传动用螺纹采用的是_。 A. A. 圆形螺纹圆形螺纹 B. B. 三角形螺纹三角形螺纹 C. C. 梯形螺纹梯形螺纹 D. D.管螺纹管螺纹2021/3/2963模拟试题三、三、 （1010分）分） 计计 算算 图图 示示 惯惯 性性 筛筛 机机 构构 的的 自自 由由 度，度， 并并 指指 出出 复复 合合 铰铰 链、链、 局局 部部 自自 由由 度度 和和 虚虚 约约 束，束， 最最 后后 判判 断断 其其 是是 否否 具具 有有 确确 定定 的的 运运 动动 规规 律（律（ 标标 箭箭 头头 的的 构构 件件 为为 原原 动动

31、件）。件）。2021/3/2964四、四、 （1414分）分） 已知四杆机构的摇杆已知四杆机构的摇杆DCDC长长38mm38mm，摆，摆角角6060，机架，机架ADAD长长70mm70mm，且与摆角的角平分线垂直。用，且与摆角的角平分线垂直。用作图法求解此四杆机构。（作图比例作图法求解此四杆机构。（作图比例1 1：1 1）。试求出：）。试求出：（1 1） 四个杆件的长度以及极位夹角四个杆件的长度以及极位夹角的度数的度数（2 2） 最小传动角最小传动角 minmin 的度数。的度数。五、五、 （1212分）分） 一对相啮合的渐开线标准直齿圆柱一对相啮合的渐开线标准直齿圆柱齿轮，小齿轮损坏。现测得大齿轮齿数齿轮，小齿轮损坏。现测得大齿轮齿数Z Z2 2130130，大齿，大齿轮齿全高轮齿全高h =9mmh =9mm。已知传动比。已知传动比i i5 5。求：小齿轮的分度。求：小齿轮的分度圆直径圆直径d1d1，齿顶圆直径，齿顶圆直径d da1a1，齿根圆直径，齿根圆直径d df1f1，基圆直径，基圆直径d db1b1。（。（haha* *=1, =