机械设计内容总结

1、机械设计高教-第八版目录第一篇 总论第一章 绪论第二章 机械设计总论第三章 机械零件的强度第四章 摩擦、磨损及润滑概述第二篇 连接第五章 螺纹连接和螺旋传动第六章 键、花键、无键连接和销连接第七章 铆接、焊接、胶接和过盈连接第三篇 机械传动第八章 带传动第九章 链传动第十章 齿轮传动第十一章 蜗杆传动第四篇 轴系零、部件第十二章 滑动轴承第十三章 滚动轴承第十四章 联轴器和离合器第十五章 轴第五篇 其他零、部件第十六章 弹簧第十七章 机座和箱体简介第十八章 减速器和变速器第二章 机械设计总论2-6 机械零件的设计准则（一） 强度准则零件中的应力不得超过允许的限度。一次断裂，应力不超过材料的强度

2、极限疲劳破坏，应力不超过零件的疲劳极限残余变形，应力不超过材料的屈服极限lim/SS为设计安全系数（二） 刚度准则弹性变形量y，允许的极限值yyy（三） 寿命准则影响寿命的主要因素：腐蚀、磨损、疲劳（四） 振动稳定性准则f零件的固有频率，fp激振源的频率0.85ffp或1.15ffp（五） 可靠性准则一大批某种零件，件数No，在一定工作条件下进行试验，t时间后仍有N件正常工作。可靠度 R=N/No失效率(t)= - 负号表示dN增大将使N减小2-8 机械零件设计的一般步骤1） 根据零件的使用要求，选择零件的类型和构造2） 根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷3） 确定零件的设计准则4）

3、选择适当的材料5） 确定零件的基本尺寸6） 进行零件的结构设计7） 进行详细的校核计算8） 画出零件的工作图，写出计算说明书2-9 机械零件的材料及其选用（一）机械零件常用的材料1.金属材料2.高分子材料3.陶瓷材料4.复合材料（二）机械零件材料的选择原则1.载荷、应力的大小和性质脆性材料原则上只适用于制造在静载荷下工作的零件。在多少有些冲击的情况下，应以塑性材料作为主要使用的材料。2.零件的工作情况3.零件的尺寸及质量4.零件结构的复杂程度及材料的加工可能性5.材料的经济性6.材料的供应状况2-10 机械零件设计中的标准化国家标准（GB）、行业标准、企业标准第三章 机械零件的强度3-1 材料

4、的疲劳特性最大max，应力循环次数N，应力比（循环特性）r=min/max对称循环应力r= -1脉动循环应力r=0应力幅值a平均应力m（一）N疲劳曲线有限寿命疲劳阶段：NcNND无限寿命疲劳阶段：NND（二）等寿命疲劳曲线又称极限应力线图反应max=m+a，与r=的关系。对称循环疲劳极限-1脉动循环疲劳极限0极限应力曲线为 折线AGC 材料中发生的应力若处于OAGC区域以内，则表示不发生破坏；若在此区域外，则表示一定要发生破坏；若正好处于折线上，则表示工作应力状况正好达到极限状态。直线AG方程： -1=a+m为试件受循环弯曲应力时的材料常数=(2-1 o)/ o直线CG方程： m+a=s3-2

5、 机械零件的疲劳强度零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限弯曲疲劳极限的综合影响系数K材料对称循环弯曲疲劳极限-1零件对称循环弯曲疲劳极限-1eK=-1/-1e直线AG方程：-1e=-1/K=ae+eme或 -1=Kae+ame直线CG方程：ae+me=se零件受循环弯曲应力时的材料常数e=/K=（一）单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算（二）单向不稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算（三）双向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算（四）提高机械零件疲劳强度的措施1） 尽可能降低零件上的应力集中的影响2） 选用疲劳强度高的材料3） 提高零件的表面质量4） 尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂

6、纹的尺寸第四章 摩擦、磨损及润滑概述4-1 摩擦摩擦分两大类：内摩擦、外摩擦内摩擦：发生在物质内部，阻碍分子间相对运动的内摩擦外摩擦：当相互接触的两个物体发生相对滑动或有相对滑动的趋势时，在接触表面上产生的阻碍相对滑动的外摩擦静摩擦：仅有相对滑动趋势时的摩擦动摩擦：相对滑动进行中的摩擦动摩擦分：滑动摩擦、滚动摩擦滑动摩擦分：干摩擦、边界摩擦（边界润滑）、流体摩擦（流体润滑）、混合摩擦（混合润滑）干摩擦：表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦边界摩擦：当运动副的摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开、摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦流体摩擦：当运动副的摩擦表面被流体膜隔开、摩擦性质

7、取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦混合摩擦：当摩擦状态处于边界摩擦及流体摩擦的混合状态时膜厚比：1边界摩擦（润滑）3流体摩擦（润滑）13混合摩擦（润滑）4-2 磨损磨损：运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。磨损过程：磨合阶段，稳定磨损阶段，剧烈磨损阶段设计或使用机器，应力求缩短磨合期，延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损的到来。（一） 粘附磨损（二） 磨粒磨损（三） 疲劳磨损（四） 流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损（冲蚀磨损）（五） 机械化学磨损（腐蚀磨损）（六） 微动磨损（微动损伤）4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法（一）润滑剂分气体、液体、半固体、固体4种基本类型液体润滑剂中应用最广泛的是

8、润滑油半固体润滑剂主要是指各种润滑脂1.润滑油润滑油的油类分三类：机油、矿物油、化学合成油（1）粘度即润滑油的流动阻力1）动力粘度粘性定律：流体中任意点处的切应力均与该处流体的速度梯度成正比= -流体单位面积上的剪切阻力，即切应力u流体的流动速度流体沿垂直于运动方向（即流体膜厚度方向）的速度梯度，式中“-”号表示u随y（流体膜厚度方向的坐标）的增大而减小动力粘度2）运动粘度v动力粘度与同温下改液体的密度（kg/m3）的比值。单位m²/sv=/3)条件粘度（2）润滑性（油性）润滑性越好，油膜与金属表面的吸附能力越强（3）极压性（4）闪点（5）凝点（6）氧化稳定性2.润滑脂分：钙基润滑脂

9、、钠基润滑脂、锂基润滑脂、铝基润滑脂主要质量指标：（1）锥（针）入度（或稠度）锥入度越小表明润滑脂越稠（2）滴点润滑脂的工作温度至少应低于滴点20（二）添加剂为了提高油的平直和使用性能，常加入某些分量虽少（从百分之几到百万分之几）但对润滑剂性能改善起巨大作用的物质（三）润滑方法1.油润滑间歇式、连续式（1） 滴油润滑（2） 油环润滑（3） 飞溅润滑（4） 压力循环润滑2.脂润滑只能间歇供应润滑脂4-4 流体润滑原理简介（一） 流体动力润滑（二） 弹性流体动力润滑（三） 流体静力润滑第五章 螺纹连接和螺旋传动5-1 螺纹（一）螺纹的类型和应用连接螺纹：普通螺纹，非螺纹密封的管螺纹，用螺纹密封的管

10、螺纹，米制锥螺纹，传动螺纹：矩形螺纹，梯形螺纹，锯齿形螺纹。（二）螺纹的主要参数1） 大径d 公称直径2） 小径d13） 中径d24） 线数n 单线螺纹，多线螺纹5） 螺距P6） 导程S S=nP7） 螺纹升角8） 牙型角9） 接触高度h5-2 螺纹连接的类型和标准连接件（一）螺纹连接的基本类型1.螺栓连接2.双头螺栓连接3.螺钉连接4.紧定螺钉连接（二）标准螺纹连接件六角头螺栓、双头螺栓、螺钉、紧定螺钉、自攻螺钉、六角螺母、圆螺母、垫圈。螺纹连接件分三个精度等级，代号A、B、C级。A及精度的公差小，精度最高，用于要求配合精确、防止振动等重要零件的连接B及精度多用于受载较大且经常拆装、调整或承

11、受变载荷的连接C及精度多用于一般的螺纹连接。5-3 螺纹连接的预紧拧紧后螺纹连接件在预紧力作用下产生的预紧应力不得超过其材料屈服极限s的80%。碳素钢螺栓 Fo(0.60.7) sA1合金钢螺栓 Fo(0.50.6) sA1s螺栓材料的屈服极限A1螺栓危险截面的面积 A1d1²/4控制预紧力方法：侧力矩扳手、定力矩扳手5-4 螺纹连接的防松摩擦防松：对顶螺母、弹簧垫圈、自锁螺母机械防松：开口销与六角开槽螺母、止动垫圈、串联钢丝破坏螺旋副运动关系防松：铆合、冲点、涂胶粘剂5-5 螺栓组连接的设计(一)螺栓组连接的结构设计1）连接的接合面的几何形状通常设计成轴对称的简单几何形状2）螺栓连

12、接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近连接接合面的边缘，以减小螺栓的受力3）合理的间距、边距4）同一圆周上的螺栓数目应取4、6、8等偶数5）工艺上保证被连接件、螺母、螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。凸台、沉头座、斜面垫圈、球面垫圈（二）螺栓组连接的受力分析1.受横向载荷的螺栓组连接对于普通螺栓连接：FoKS防滑系数，KS=1.11.3f接合面的摩擦系数i接合面数F横向总载荷z螺栓数目2.受转矩的螺栓组连接采用普通螺栓时，各螺栓所需预紧力：Fof接合面的摩擦系数ri第i个螺栓的轴线到螺栓组对称中心o的距离z螺栓数目KS防滑系数采用铰制孔用螺栓时，受力最大的螺栓的工作剪力：Fmax=

13、3.受轴向载荷的螺栓组连接F=F/z4.受倾覆力矩的螺栓组连接螺栓所受最大工作载荷：Fmax=接合面应力：pmaxzFo/A+M/WppminzFo/A -M/W05-6 螺纹连接的强度计算（一） 松螺纹连接强度计算=或 d1F工作拉力，Nd1螺栓危险截面的直径，mm螺栓材料的需用拉应力，MPa（二） 紧螺纹连接强度计算1. 仅承受预紧力的紧螺栓连接拉伸应力：=扭转切应力：0.5根据第四强度理论，螺栓预紧状态下的计算应力：ca=1.3ca=2. 承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接螺栓的总拉力F2=残余预紧力F1+工作拉力Fca=3. 承受工作剪力的紧螺栓连接螺栓与孔壁的挤压强度条件：p=p螺栓杆

14、的剪切强度条件：=设计分析：在轴向力Fh作用下，螺栓受工作拉力Fa=Fh/z在倾覆力矩M作用下，螺栓受力Fmax=螺栓轴向工作载荷F=Fa+Fmax在横向力FV的作用下，底板接合面不滑移的条件fKS FV残余总预紧力F1=每个螺栓所受的总拉力F2=F0+F应力= s/S校核工作能力pmax=+p（许用挤压应力）pmin=-0A为接合面面积，W为接合面有效抗弯截面系数5-8提高螺纹连接强度的措施（一） 降低影响螺栓疲劳强度的应力幅（二） 改善螺纹牙上载荷分布不均的现象（三） 减小应力集中的影响（四） 采用合理的制造工艺方法第六章 键、花键、无键连接和销连接6-1 键连接一、功能、分类及应用键连接

15、主要类型：平键连接、半圆键连接、楔键连接、切向键连接1. 平键连接工作面为两侧面不能承受轴向力普通平键和薄型平键用于静连接导向平键和滑键用于动连接圆头（A型）、平头（B型）、单圆头（C型）2. 半圆键连接用于轻载静连接3. 楔键连接上下两面为工作面用于毂类零件的定心精度要求不高和低转速的场合4. 切向键连接用于大型带轮、大型飞轮、矿山用大型绞车的卷筒及齿轮等与轴的连接二、强度计算平键连接强度计算k键与轮毂键槽的接触高度l键的工作长度d轴的直径6-2花键连接矩形花键、渐开线花键第八章 带传动8-1概述带传动的类型：摩擦型、啮合型摩擦型带传动分：平带传动、圆带传动、V带传动、多楔带传动8-2传动带

16、工作情况分析（一）带传动受力分析工作前，初拉力F0工作时，紧边拉力F1，松边拉力F2F1+ F2= 2F0有效拉力Fe，工作表面总摩擦力FfFe=Ff= F1 - F2传动功率P（kW）P=Fev/1000带轮初拉力F0必须大于带传动正常工作所要求的最小初拉力(F0)min（二）带传动最小初拉力和临界摩擦力即将打滑的摩擦力-临界摩擦力Ffc，临界有效拉力FecFfc=Fec=2(F0)minf摩擦系数带在带轮上的包角 ，rad，取1和2中较小者（三）带的应力分析1.拉应力紧边拉应力1，松边拉应力2 （MPa）1=F1/A2=F2/A2.弯曲应力b1Eh/dd1b2Eh/dd2h传动带高度E传动

17、带弹性模量3.离心拉应力c=qv2/Aq传动带单位长度的质量，kg/m带中可能产生的瞬时最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处max1+b1+c（四）带的弹性滑动和打滑滑移率平均传动比i=n1/n2=因滑移率不大，固可不考虑i= n1/n2dd2/dd18-3 普通V带传动的设计计算一、设计准则和单根V带的基本额定功率Pomax1+b1+c1 b1 -c临界有效拉力Fec最大功率P0(kW)二、单根V带的额定功率PrPr=(Po+Po)KKLPo当传动比不等于1时，单根V带额定功率的增量K当包角不等于180°时的修正系数KL当带长不等于试验规定的特定带长时的修正系数三、带传动的参数选

18、择1.中心距a0.7（dd1+dd2）a02(dd1+dd2)2.传动比ii73.带轮的基准直径4.带速v8-4 V带轮的设计一、V带轮的结构形式V带轮由轮缘、轮辐、轮毂组成根据轮辐结构不同分：实心式、腹板式、孔板式、椭圆轮辐式8-5 V带传动的张紧、安装与防护一、V带传动的张紧1.定期张紧装置2.自动张紧装置3.采用张紧轮的张紧装置第九章 链传动9-2 传动链的结构特点一、滚子链链节数采用偶数，为了避免采用过渡链节二、齿形链第十章 齿轮传动10-1 概述齿轮传动特点：1）效率高2）结构紧凑3）工作可靠、寿命长4）传动比稳定齿轮传动可做成 开式、半开式、闭式10-2 齿轮传动的失效形式及设计准

19、则一、失效形式1.轮齿折断2.齿面磨损3.齿面点蚀4.齿面胶合5.塑性变形二、设计准则通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算10-3 齿轮的材料及其选择原则一、常用的齿轮材料1.钢1）锻钢2）铸钢2.铸铁3.非金属材料二、齿轮材料选择原则1.齿轮材料必须满足工作条件的要求2.应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成形方法及热处理和制造工艺。3.正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮4.合金钢常用于制作告诉、重载并在冲击载荷下工作的齿轮5.飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可

20、能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢6.小齿轮与大齿轮的硬度差10-4 齿轮传动的计算载荷沿齿面接触线单位长度的平均载荷p(N/mm)p=Fn/LFn作用于齿面接触线上的法向载荷，NL沿齿面的接触线长，mm计算载荷pcapca=Kp=KFn/LK为载荷系数与使用系数KA，动载系数KV，齿间载荷分配系数K，齿向载荷分布系数K关系K=KAKVKK一、使用系数KA考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加载荷影响的系数二、动载系数KVpb1<pb2，从动轮齿修缘pb1>pb2，主动轮齿修缘三、齿间载荷分配系数K四、齿向载荷分布系数K10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算一、轮齿的受力分析主动轮

21、轮齿T1小齿轮传递的转矩，N·mmd1小齿轮的节圆直径，对标准齿轮即为分度圆直径啮合角，标准齿轮=20°（二）齿根弯曲疲劳强度计算齿轮在受载时，齿根所受的弯矩最大，因此齿根处的弯曲疲劳强度最弱10-6 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择一、设计参数选择1.压力角的选择增大压力角，齿轮的齿厚及节点处的齿廓曲率半径随之增加，有利于提高齿轮传动的弯曲强度及接触强度。但增大压力角并不一定都对传动有利2.齿数z的选择3.齿宽系数d的选择d=b/d110-7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算一、受力分析Ft ,Fa ,Fn ,Fr 二、计算载荷三、齿根弯曲疲劳强度计算四、齿面接触疲劳

22、强度计算10-8 标准锥齿轮传动的强度计算第十一章 蜗杆传动11-1 蜗杆传动的类型圆柱蜗杆传动，环面蜗杆传动，锥蜗杆传动一、圆柱蜗杆传动1.普通圆柱蜗杆传动1）阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）2）法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）3）渐开线蜗杆（ZI蜗杆）4）锥面包络圆柱蜗杆（ZK蜗杆）2.圆弧圆柱蜗杆传动（ZC蜗杆）二、环面蜗杆传动三、锥蜗杆传动11-2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算一、主要参数1.模数m和压力角2.蜗杆的分度圆直径d1直径系数 q=d1/m4.导程角q和z1确定后，也就确定了5.传动比i和齿数比u6.蜗轮齿数z27.蜗杆传动的标准中心距aa=(d1+d2)/2=(q+z2)m/

23、211-3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算蜗杆，碳钢或合金钢，淬火。蜗轮，铸造锡青铜，铸造铝铁青铜，灰铸铁。时效处理。11-5 普通圆柱蜗杆传动的效率总效率 =i·2·3i、2、3分别为单独考虑啮合摩擦损耗、轴承摩擦损耗及溅油损耗时的效率。主要取决于1.第十二章 滑动轴承12-2 滑动轴承的主要结构形式1.整体式径向滑动轴承2.对开式径向滑动轴承3.止推滑动轴承12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料一、失效形式1.磨粒磨损2.刮伤3.咬粘（胶合）4.疲劳剥落5.腐蚀二、轴承材料1.轴承合金（巴氏合金或白合金）重载，中高速2.铜合金低速，重载3.铝基轴承合金4.灰铸铁及耐磨铸铁

24、轻载低速，不受冲击载荷5.多孔质金属材料6.非金属材料12-4 轴瓦结构一、轴瓦的形式和构造整体式、对开式二、轴瓦的定位三、油孔及油槽12-6 不完全液体润滑滑动轴承设计计算一、径向滑动轴承的计算1.轴承的平均压力p(MPa)p=F/dBpB轴承宽度p轴瓦材料许用压力2.轴承的pv（Mpa·m/s）pv=Fn/19100Bpv3.滑动速度vvv第十三章 滚动轴承13-2 滚动轴承主要类型及其代号一、类型分 向心轴承、推力轴承、向心推力轴承 三大类类型代号；类型名称；结构代号；轴向承载能力；性能特点1；调心球轴承；10000；少量；能自动调心，不宜承受纯轴向载荷2；调心滚子轴承；20000；少量；能自动调心，具有较大的径向承载能力2；推力调心滚子轴承；29000；很大；用于承受以轴向载荷为主的轴向、径向联合载荷3；圆锥滚子轴承；