机械设计重点复习

机械设计

复习重点

动力机传动装置工作机控制部分（传感器、信息处理单元、驱动器等）辅助系统（润滑、显示、照明等）第二章机械设计总论§2-1机器的组成§2-３对机器的主要要求３．劳动保护和环境保护要求４．可靠性要求基本要求１．使用要求２．经济性要求

应当指出，以上各项要求往往是相互矛盾的，这就要求设计者在设计时，找出该机械或零件的主要要求，依照主要要求进行设计，并兼顾其它要求。5．其它专用要求断裂表面失效过量变形零件的主要损伤与失效形式§2-4机械零件的主要失效形式破坏正常工作条件引起的失效§2-5、2-6、2-7机械零件的设计要求、准则及方法

一、强度

强度是零件抵抗断裂、表面失效及塑性变形的能力，是保证零件工作能力的最基本的计算准则。其条件式为：

≤［］或≤［］

二、刚度

刚度时零件工作时抵抗弹性变形的能力。其条件是为：

y≤[y]或≤［］

三、寿命

零件抵抗因磨损而造成材料移失的能力。其条件式为：

p≤[p]

四、振动稳定性

指机器在工作时不能发生振幅超过允许值的振动现象。

fp>1.5f或fp

<0.8f（fp

—振源频率，f

—固有频率）

五、耐热性

包括抗氧化、抗热变形和抗蠕变的能力。§2－8机械设计以及机械零件设计的一般步骤

1、机械设计的一般步骤计划阶段编制设计任务书

应当注意，设计过程是一个不断修改、不断完善、逐步接近最优设计结果的过程。这个过程不是一个简单重复的过程，需要设计者反复分析、推敲、评价、决策的过程。而且上面所述的设计各个阶段应根据具体设计进行取舍或调整。方案设计

2、机械零件设计的一般步骤选择材料绘图拟定计算简图工作能力计算结构设计技术设计总装图、零、部件图技术文件的编制概述3-1疲劳失效的特点第三章机械零件的强度

机械零件的强度，是指机械零件抵抗各种机械性破坏的能力。早期的机械零件强度设计只限于静强度计算。实际上，常用的机械零件很多是在交变应力作用下工作的，疲劳破坏是其主要的失效形式之一。⑴工作应力值较低；⑵疲劳失效过程：裂纹萌生、裂纹扩展和断裂；⑶疲劳断口特征：贝壳纹稳定循环变应力的分类——σmax=σminσa=0σm=σmaxr=+1σmaxr

=0σmax=-σmin=σaσminr=-1σaσaσmaxσminσm-1＜r＜1静应力脉动循环变应力对称循环变应力任意不对称循环变应力σmin=0tσ0σaσm=σaσaσm=0机械零件的疲劳强度计算1机械零件的疲劳强度计算一、零件的极限应力线图由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量及强化因素等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。以弯曲疲劳极限的综合影响系数Ｋσ表示材料对称循环弯曲疲劳极限σ-1与零件对称循环弯曲疲劳极限σ-1e的比值，即在不对称循环时，Ｋσ是试件与零件极限应力幅的比值。将零件材料的极限应力线图中的直线A'D'G'按比例向下移，成为右图所示的直线ADG，而极限应力曲线的CG

部分，由于是按照静应力的要求来考虑的，故不须进行修正。这样就得到了零件的极限应力线图。详细介绍

四、影响疲劳强度的主要因素：

1、应力集中的影响系数：用Kσ表示。（或Kτ表示）（如过渡圆角、键槽、孔、螺纹、过盈配合等）

2、尺寸影响系数：用εσ（或ετ）表示。具体取值，可参阅：图2-14。

3、表面状态系数：用β来表示。具体取值，可参阅：表2-1及图2-15。∴综合影响系数：五、安全系数计算：

其中:σlim---利用零件的极限应力图求出。

σ-----工作应力的最大应力。

1、单向应力（恒幅、无限寿命）：根据工作应力特点的不同，通常又分以下三种情况：公式：σa

σm

σs

0σ0/2D1

A1B1塑性零件G45°疲劳强度区静强度区NN1M1M⑴作图法:⑵公式法:α----直线AD与水平线所夹锐角。ψσ其值与材料有关。对碳素钢：ψσ≈0.1～0.2，ψτ≈0.05～0.1

合金钢：ψσ≈0.2～0.3,ψτ≈0.1～0.15安全系数S求解方法：（有两种）MM'NN'疲劳强度区静强度区习题1.机械零件常见的失效形式有哪些？

答：断裂、塑性变形、表面失效、破坏正常工作

2.机械设计中，避免零件失效的基本要求答：1）强度、2）刚度、3）寿命例题：某材料的，取、m=9，其对称循环疲劳极限，脉动循环疲劳极限：1）求当应力循环次数时，材料的有限寿命对称循环疲劳极限、脉动循环疲劳极限；2）绘制当零件受弯曲稳定循环变应力，应力循环次数、取零件的弯曲疲劳极限综合影响系数时，零件的极限应力图即曲线3）若零件的应力循环次数恰为且应力循环按r=C变化时，用图解法求受平均应力为，应力幅为情况下零件的安全系数。如许用安全系数〔S〕=1.6，判断该零件是否安全。1.由材料疲劳寿命

曲线：得：即=280.8155MPa同理得：即=464.4257MPa2.绘制的疲劳曲线(零件极限应力图）已知：；=280.8155Mpa；=464.4257MPa；3），；且r=C时，图解法零件的安全系数。由作图解得：=XB/XA=YB/YA=OB/OA=1.8第四章润滑与密封概述复习重点1.摩擦的四种状态：干摩擦、流体摩擦、边界摩擦、混合摩擦2.常用润滑剂的性能

第五章螺纹连接

复习重点1.螺纹的基本知识2.螺纹连接

简答题1常用的螺纹牙型有几种？说明各自的特点和应用场合。2螺纹的公称直径指哪一直径？螺栓强度计算使用哪一直径？螺纹几何尺寸计算使用哪一直径？3螺纹联接为什么要预紧？常用控制预紧力的方法有哪些？4螺纹联接为什么要防松？防松的根本问题是什么？按照防松原理，举例说明如何实现防松。0工作时，螺栓受纯拉伸，工作载荷为

F（N）。——校核式——设计计算式1、松螺栓联接的强度计算★特点：装配时，螺母不拧紧；★强度计算：二、受拉螺栓联接的强度计算5-8a（1）仅承受预紧力的紧螺栓联接——普通螺栓联接（受拉螺栓联接）2、紧螺栓联接的强度计算★特点：装配时，螺母需拧紧,螺栓受预紧力（预加锁紧力）F0和螺纹阻力矩M1的作用。F0★特点：所加载荷为横向工作载荷F（载荷方向⊥螺栓轴线），加载后，螺栓受力不发生变化，而靠预紧力产生的摩擦力抵抗外载荷。F0★强度计算：要考虑到螺栓杆同时受拉应力和扭转剪应力的作用。∵螺栓是塑性材料∴应按第四强度理论求拉扭合成当量应力：★系数1.3的含义是——※对于普通螺栓联接的标准螺栓来说，虽然同时受拉应力和扭转剪应力作用，但计算时可作为纯拉伸的情况处理，即只需将拉伸载荷加大30%以考虑扭转剪应力的影响。——校核式（5-9）——设计式（5-10）★简化处理如下：对于M10～M64的钢制普通螺栓→

ψ、d2/d1取统计平均值、′=arctan0.17→

≈0.5因此，当量应力为：其中：典型实例：压力容器缸盖上的螺栓联接（2）承受预紧力和轴向静载荷的紧螺栓联接

★特点：装配时（容器未加载），螺母需拧紧，螺栓受F0作用;加载后，螺栓总拉力：FΣFpDF0=F′+F？★工作拉力F：F2≠F0+F★受力变形分析：（图5-11）螺栓被联接件无力无变形无力无变形受力F’变形δb受力F’变形δm变形δb＋Δδ

受力F+F1

变形δm－Δδ

受力F1★因此，工作状态下螺栓所受总拉力为：承受工作载荷后预紧后F0F0δmδbFFΔδ残余预紧力F1+FF1+FF0F0预紧前F1F1Δδδm－Δδδb＋Δδ★受力变形关系图

（图5-12）FbmFbF'mF'b

mF0bmFFF1F2⊿F－⊿F⊿F若Cb

和Cm

分别表示螺栓与被联接件的刚度，则由图可得：F2=F+F1F2=F0＋⊿F

F2=F0+KcFF0=F1+(1-Kc)FF1=F0-(1-Kc)F其中：

Kc—

螺栓与被联接件的相对刚度，与联接的材料、结构等有关。当螺栓与被联接件均为钢制时，一般仅决定于垫片的材料：金属垫片Kc

=0.2～0.3；皮革垫片Kc=0.7；铜皮垫片Kc=0.8；橡胶垫片Kc=0.9。◆有紧密性要求的联接，取F1

=(1.5～1.8)F◆对不太重要的联接:

若外载荷稳定，取F1=（0.2～0.6）F

若外载荷有变动，取F1=（0.6～1.0）F

对地脚螺栓，取F1≥F★设计与计算①联接不出现缝隙，应满足F1

＞0②螺栓的强度条件：（5-15）（5-16）1．采用螺纹联接时，若被联接件之一较厚，在需要经常装拆的情况宜采用（）。

A.螺栓联接B.双头螺柱联接C.螺钉联接2．螺纹的公称直径（管螺纹除外）是指它的（）。

A.小径d1

B.中径d2

C.大径d3．下列螺纹当中，常用于联接的螺纹是（）。

A矩形螺纹B三角形螺纹C梯形螺纹D锯齿形螺纹简答题1.根据防松原理，螺纹联接常用的防松方法有哪几类？请各举一例填空题计算题FRFR图所示的联接由一个M20的螺栓联接，螺栓的许用应力为被联接接合面的摩擦系数μ=0.1，可靠系数K＝1.2。试计算该螺栓许可传动的最大横向载荷FR(M20的螺栓，d1=17.294)。解：

从而得：

又根据：（1）和（2）联立得

该螺栓许可传动的最大横向载荷FR为2528.4N。

第六章轴毂联接轮毂联接是实现轴和轴上零件之间的周向定位，主要方式有：键联接、花键联接和过盈配合。复习重点

1.键连接1普通平键的长度应（

B

）A．稍长于轮毂的长度 B．略短于轮毂的长度C．是轮毂长度的三倍 D．是轮毂长度的二倍2.普通平键联接传递动力是靠（）。A.两侧面的摩擦力B.两侧面的挤压力C.上下面的挤压力D.上下面的摩擦力选择填空第八章带传动复习重点(概念为主）1.带传动的组成、工作原理、传动特点链传动的组成、工作原理、传动特点8.1带传动的结构特点：1、组成：主动轮、从动轮、传动带2、分类：㈠按工作原理分：摩擦型、啮合型带传动㈡按带的截面形状分：㈢按带的传动形式分：开口传动：两轮转向相同交叉传动：两轮转向相反半交叉传动：用于交错轴8.2工作原理、工作特点、应用1、工作原理：靠摩擦和靠啮合两种

2、工作特点：适宜布置在高速级优点：可远距离传动、缓冲吸振、过载保护、结构简单、维护方便缺点：传动比不准确、传动效率低、带的寿命短、压轴力大

η带=0.92～0.95、η链=0.95～0.97、η齿轮=0.97～0.993、应用：功率（P≤100KW）、带速（V=5～25m/s）、传动比（i≤7）8.3受力分析工作前:两边初拉力Fo=Fo工作时:两边拉力变化：①紧力Fo→F1；②松边Fo→F2F1—Fo=Fo—F2F1—F2=摩擦力总和Ff=有效圆周力Fe

所以:紧边拉力：F1=Fo+Fe/2（应力σ1）松边拉力：F2=Fo—Fe/2（应力σ2）另外：带受到的弯曲应力：σb1和σb2

离心拉力：Fc=qv2（应力σc）带传动的应力分布图：如下8.4带的弹性滑动和打滑

㈠弹性滑动：带与轮缘之间会发生不显著的相对滑动称为---。滑动的结果：V1＞V＞V2㈡打滑：当带传动的有效圆周力超过了带的极限摩擦力时，带和带轮之间发生显著的相对滑动，称为---。㈢弹性滑动和打滑的区别：⑴弹性滑动是不显著的相对滑动，只发生在部分包角范围内；而打滑是显著的相对滑动，发生在全部包角范围内。⑵弹性滑动是带工作时的固有特性，是不可避免的；而打滑是带过载时的一种失效形式，是可以避免的。简答题1带传动中的弹性滑动与打滑有何区别？对传动有何影响？答：见上面9.4㈢2.带传动的主要失效形式是什么？答：1、带的疲劳破坏2、打滑3.带传动工作时，带中的应力有哪几部分组成？最大应力发生在哪个位置？答：1)紧边和松边的拉应力、离心拉应力和弯曲应力。2）最大应力发生在紧边刚饶进主动小带轮的那个截面上。选择填空1.带在工作时产生弹性滑动，主要是由于（C）。A.带不是挠性件B.带与带轮间的摩擦系数偏低C.带的紧边与松边拉力不等D.带绕过带轮产生离心力第九章链传动复习重点链传动的组成、工作原理、传动特点链传动的组成、工作原理、传动特点

1、组成：主动链轮、从动链轮、传动链

2、工作原理：靠啮合。（滚子链：靠链节和链轮轮齿的啮合。齿形链：靠链齿和轮齿的啮合）

3、链传动的优缺点：优点：⑴无弹性滑动、打滑现象、i平均=常数⑵压轴力小⑶可在恶劣环境中工作⑷传动效率比带传动高，易安装、远距离传动轻便。缺点：⑴i瞬时≠常数⑵传动时有振动、冲击、噪声⑶只能用于两平行轴之间的传动⑷传动急速反转时性能较差。4.传动链结构特点：按链条的结构不同分：⑴套筒滚子链：（简称滚子链）⑵齿型链⑴滚子链：）①结构：由外链板、内链板、套筒、滚子、销轴五部分组成。标记如：滚子链20A--2×60GB/T/243-1997

表示：A系列、节距P=20×25.4/16=31.75mm、双排、60节的滚子链。⑵齿形链：（无声链）是由一组齿形链板由铰链联接而成。按铰链的形式不同又分圆销式、轴瓦式、滚柱式等）

问答题1影响链传动速度不均匀性的主要因素是什么？答：由于链条绕在链轮上形成多边形啮合传动而引起传动速度不均匀的现象，称为多边形效应。链轮的节距越大，链轮齿数越少，链速的不均匀性越明显。填空题1链传动中，链条的链节数通常选

A链节数。A偶数B奇数C质数D整数

第十章齿轮机构复习重点1、齿轮传动的失效形式2.齿轮传动中的受力分析（齿轮的转向及轮齿旋向分析）10.4齿轮传动的失效形式对齿轮失效形式的分析有助于准确选择齿轮传动强度设计方法，以及寻求防止或延缓失效最有效、最经济的对策。齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，其失效形式主要有以下五种：

1.轮齿折断

2.齿面点蚀

3.齿面磨损

4.齿面胶合

5.齿面塑性变形

习题

1常见的齿轮失效形式有哪几种？轮齿折断2.齿面点蚀3.齿面磨损4.齿面胶合5.齿面塑性变形2.圆柱齿轮传动中大、小齿轮的齿宽是否相等？为什么？3.齿轮传动中两齿轮的齿面接触应力和齿根弯曲应力是否相等？为什么？4….图示为二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器，已知主动轮1的转向和旋向，为使Ⅱ轴上两齿轮的轴向力相互抵消。试确定：（1）各轴的转向；（2）斜齿轮2、3、4的螺旋线方向；（3）画出中间Ⅱ轴上的2齿轮受力图（即标出Ft2、Fr2、Fx2的方向）。IIIIII1234n1第12章蜗杆传动复习重点蜗杆传动的结构、特点蜗杆传动受力分析

蜗杆传动受力分析图示为蜗杆蜗轮与一对斜齿轮传动，轮1转向如图示，问斜齿轮1、2螺旋角的旋向如何，才能使中间轴上斜齿轮2与蜗杆2’的轴向力反向，画出斜齿轮2和蜗杆2’在啮合点处所受作用力的方向。

第十二章滑动轴承复习重点滑动轴承的主要类型2.形成动压油膜的必要条件§1概述按照承受载荷方向分类按照摩擦（润滑）状态分类径向（向心）轴承止推轴承混合摩擦(润滑)轴承液体摩擦(润滑)轴承液体静压滑动轴承主要承受径向载荷的轴承主要承受轴向载荷的轴承依靠轴承自身的几何、运动及润滑油的动力学特性等条件形成承载油膜的液体润滑的滑动轴承依靠一套完整的供油系统供给的压力油而形成承载油膜的液体润滑的滑动轴承第十二章滑动轴承滑动轴承的类型液体动压滑动轴承§7液体动力润滑的基本原理FrV一、动压油膜承载机理

※结论——形成动压油膜的必要条件：⒈两板所构成的间隙必须呈收敛楔形；⒉两板间必须具有一定的相对速度，且速度方向由大口指向小口；⒊两板间必须有充足的、具有一定粘度的润滑油。3.两倾斜表面作相对运动∵大口进，小口出→进入间隙的油量＞流出间隙的油量；∵润滑油不可压缩→过剩油量被挤出→进口处速度曲线呈内凹形，出口处速度曲线呈外凸形；只要连续充分地提供一定粘度的润滑油，且两板间相对速度足够大→收敛间隙间的动压力就能够稳定存在。

第十三章滚动轴承复习重点

1.滚动轴承的基本类型

2.结构特点13.1滚动轴承的结构特点：1.结构：内外圈：一般内圈随轴转动，外圈固定不动。滚动体的形状多样：有球形、圆柱滚子、圆锥滚子、鼓形、滚针等。保持架：使滚动体均匀隔开。2.结构：㈠按滚动体的形状分类：㈡按滚动体承载的方向分：⑴径向接触轴承：主要承受径向载荷。⑵向心角接触轴承：既承受径向又承受轴向载荷。⑶轴向接触轴承：主要承受轴向载荷。3.滚动轴承的代号：它的组成为三部分：前置代号、基本代号、后置代号。前置代号基本代号后置代号成套轴成分部件代号类型代号尺寸系列代号内径代号内部结构、密封防尘与座圈形式、公差等级…所加的补充代号宽（高）度系列代号直径系列代号五四三二一举例：练习：写出下列滚动轴承代号的意义

6312；30218/p2；7110B/P4

6312——内径为

；公差等级为

级；轴承类型为

。

宽度系列代号为

直径系列代号为

。30218/P2—内径为

；公差等级为

级；轴承类型为

。

宽度系列代号为

直径系列代号为

。7210B/p4—内径为

；公差等级为

级；轴承类型为

。宽度系列代号为

直径系列代号为

；接触角为

。60mm0深沟球轴承90mmp2圆锥滚子轴承0203角接触球轴承0250mm40p4简答题1．解释名词:滚动轴承的基本额定寿命；滚动轴承的基本额定动载荷。1）滚动轴承的基本额定寿命：一批相同的轴承,在同样条件下工作,其中有10％的轴承产生疲劳点蚀时转过的总转数,以L10表示2）基本额定动载荷即基本额定寿命为106转时，轴承所能承受的最大载荷。2.滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制。例题如图所示为采用一对角接触球轴承支撑的轴,设外载荷为：Fr1=400N，Fr2=1200N

,Fa=800N；试分别求出两轴承所受的径向载荷Fr1、Fr2

和轴向载荷Fa1、Fa2。（注：轴承派生轴力Fd=0.68Fr）解：两轴承派生轴力：Fd1=0.68Fr1=0.68×400=272（N）；Fd2=0.68Fr2=0.68×1200=816（N）分析松紧端：Fa+Fd2=800+816=1616（N）>Fd1

1为紧端，轴向载荷Fa1

=Fa+Fd2=800+816=1616（N）2为松端，轴向载荷Fa2=Fd2=816（N）例题：一农用水泵，决定选用深沟球轴承，轴颈直径d=40mm,转速n=2900r/min，径向载荷Fr=1600N,轴向载荷Fa=720N，预期计算寿命Lh

′=6000h。试选择该轴承型号。解：本题中深沟球轴承承受径向及轴向的联合载荷，故应按式计算当量动载荷P

，但因轴承型号未定，故C0，Fa/C0，e，X，Y等值均无法确定。此时，须采用试算法，即先初选某一型号轴承或初定X,Y值再进行验算。以下采用初选轴承型号的方法。1）初选轴承型号设为6308轴承，查《机械零件设计手册》得Cr=31.2k