机械设计课程总结-2013

《机械设计》课程总结ZDH2013秋机械设计的主要内容原理特点，受力失效设计准则，材料选择强度计算，参数选择结构设计3一、机械系统的组成辅助系统：例如润滑、显示、照明等动力系统传动系统执行系统控制系统4{机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同工作的零件组合在一起的组合体。机械部件：

专用零件：气轮机的叶片；汽缸通用零件：齿轮；螺栓机械零件：是机械制造过程中不可分拆的最小单元2.2机械零件的载荷和应力2.2.1载荷机械设计中通常指施加于机械或结构上的外力静载荷动载荷大小和方向集中载荷分布载荷载荷分布情况体载荷线载荷面载荷拉伸载荷弯曲载荷机械零部件的变形作用压缩载荷扭转载荷2.2机械零件的载荷和应力变应力有5个基本参数：最大应力、最小应力、平均应力、应力幅和循环特征，其中只有2个为独立参数，其中循环特征r是重要指标。2.2机械零件的载荷和应力稳定循环变应力——周期、应力幅和平均应力保持参数的变应力根据循环特征r可分为：对称循环变应力、脉动循环变应力和非对称循环变应力。1、已知某材料的MPa，循环基数取，m=9，试求循环次数N分别为7000，25000，620000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。解:由公式例3.1某钢材的对称循环弯曲疲劳极限，屈服极限，循环基数，寿命指数m=9，试求循环次数分别为，，次时相应的寿命系数和疲劳极限。解：由题意知

由于所以取

因故应取/view/77e95e37f111f18583d05a55.htmlP45(3-1)不讲P45(3-2)3-2已知材料的力学性能为，

，，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。不讲３、极限应力线图（等寿命疲劳曲线）机械零件材料的疲劳特性除用s－N曲线表示外，还可用极限应力线图，即等寿命曲线来描述。该曲线表达了材料在不同循环特性下疲劳极限的特性。

§3-1材料的疲劳特性在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。A'Ｇ'直线的方程为：CＧ'直线的方程为：

yσ为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由试验及下式决定：对于碳钢，yσ≈0.1~0.2，对于合金钢，yσ≈0.2~0.3。16

摩擦分类：外摩擦（存在于两物体表面之间）内摩擦（流体内部产生的粘剪力）

按照两表面的润滑状况，摩擦分为：

1）干摩擦----无润滑状态

2）边界摩擦——边界润滑状态

3）流体摩擦——流体润滑状态

4）混合摩擦——混合润滑状态4.1摩擦在外力作用下，两个相互接触的物体或物体内部有相对运动或相对运动趋势时，在摩擦界面产生切向阻力，这种切向阻力称为摩擦力，这种现象称为摩擦。17磨损磨损过程磨损的五种形式1）粘着磨损,影响因素：材料、脆塑性、粗糙度等；2）磨粒磨损，环境，硬度、粗糙度；3）疲劳磨损，硬度、粗糙度，粘度；4）冲蚀磨损，硬度；5）腐蚀磨损，环境和润滑油的腐蚀性。润滑油的粘度润滑油的粘度反映了润滑油在外力作用下抵抗剪切变形的能力，是内摩擦力大小的标志。剪切应力τ与流体沿y方向速度的梯度成正比，即η定义为流体的动力粘度。上式称为牛顿流体粘性定律凡符合此定律的流体称为牛顿流体,否则称为非牛顿流体。粘性流体模型第5章螺纹连接与螺旋传动d--螺纹大径公称直径d1-螺纹小径校核直径d2--螺纹中径基准直径p--螺距相邻两牙n--线数螺旋线数S--导程同一螺旋线φ--螺纹升角中径圆柱

—牙型角--牙侧角螺旋线旋向20螺纹的自锁条件：式中:′--当量摩擦角，

--当量摩擦系数21常用螺纹及其特点、应用对螺纹的要求：足够的强度和良好的工艺性联接螺纹：自锁管螺纹：紧密性、气密性传动螺纹：效率高调整螺纹：精度高起重螺纹：效率高、自锁性好螺纹的分类：按牙形：三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹按母体形状：圆柱螺纹、圆锥螺纹22螺纹连接基本类型普通螺栓连接铰制孔螺栓连接1、螺栓连接

23螺纹连接基本类型2、螺钉连接

24螺纹连接基本类型3、双头螺柱连接

25螺纹连接基本类型4、紧定螺钉连接

26螺纹连接的防松1、摩擦防松

(1)双螺母(2)弹簧垫圈(3)锁紧螺母2、机械防松

(1)开口销与六角开槽螺母(2)止动垫圈(3)串联钢丝27螺纹连接的防松3、永久防松

焊接冲点涂胶28单个螺栓连接的强度计算1、松螺栓连接29单个螺栓连接的强度计算2、紧螺栓连接

受横向载荷的紧螺栓连接（1）普通螺栓连接靠接合面的摩擦力传递外力螺栓既受拉应力又受扭剪应力30对于常用的M10~M68的普通螺栓拉应力剪应力螺栓的当量应力拉、扭复合应力的复合作用下，由第四强度理论可得：上面的公式仅靠摩擦力传递横向工作载荷，其中工作载荷对螺栓的强度不构成影响。在承受冲击、振动或变载荷时，工作不可靠，需要较大的预紧力。使接合面不滑动的预紧力F‘≥Fs/f，若f=0.2，那么就需要F’≥5Fs，这就导致螺栓直径增大。为了减小螺栓所承受的横向工作载荷，可采用套、键、销等各种抗剪件来承受横向载荷，此时螺栓仅发挥连接作用，故预紧力就变小，直径相应变小。32（2）铰制孔螺栓连接螺栓杆的剪切强度条件为:螺栓与孔壁的挤压强度条件为：

受轴向工作载荷的紧螺栓连接螺栓的相对刚度螺栓的总拉力残余预紧力校核公式：设计公式：静强度计算：当工作载荷在0~F之间变化时，螺栓所受的总拉力在F’~F0之间变化。螺栓危险截面最大拉应力：最小拉应力：应力幅：疲劳强度计算：5.6螺栓组连接设计螺栓组受力分析的主要任务：确定螺栓组受力最大的螺栓及其所受工作载荷的大小，以便进行螺栓连接的强度计算。二、螺栓组联接的受力分析在实际应用中，螺栓组连接所受的载荷通常由上述四种受力状态的不同组合，故可采用静力学分析方法，将各种受力状态转化为上述四种基本受力状态的某种组合。普通螺栓连接：铰制孔用螺栓连接：横向载荷+旋转力矩预紧力总拉力强度计算横向载荷+旋转力矩最大工作剪力剪切和挤压强度计算计算提高螺栓连接强度的措施

1.改变螺纹牙上载荷分配

2.提高疲劳强度的措施（1）减少应力幅（2）减少应力集中36提高螺栓连接强度的措施2.提高疲劳强度的措施（1）减少应力幅（2）减少应力集中37减小螺栓刚度或增大被连接件刚度，都可减小螺栓的应力幅应力幅：为减小螺栓刚度，可适当增大螺栓的长度、减小螺栓杆直径、或做成空心杆、或在螺母下安装弹性元件。为增大被连接件的刚度，应采用刚性大的垫片；如需密封元件时可用密封环结构代替密封垫片。键连接普通平键联接工作时，键的主要失效形式为

键的强度计算？键的剖面尺寸、长度选择？39五、挠性件传动带传动的特点、类型、几何计算受力、应力、失效形式、设计准则带轮结构带的张紧40带传动1总摩擦力Ff2有效圆周力F3紧边和松边拉力与预紧力的关系Ff=F1-F2F=F1-F22F0=F1+F24紧边和松边拉力关系5最大有效圆周力

带传动的应力分析2.由离心力产生的应力及其位置1.由紧边和松边拉力产生的应力及其位置3.由带弯曲产生的应力传动带的受力分析421）弹性滑动定义：由于带的弹性变形而引起的带与带轮之间的相对滑动现象称为弹性滑动。3）弹性滑动会引起下列后果：（1）从动轮的圆周速度总是落后于主动轮的圆周速度，并随载荷变化而变化，导致此传动的传动比不准确；（2）损失一部分能量，降低了传动效率，会使带的温度升高；并引起传动带磨损。2）弹性滑动特点：弹性滑动是带传动中不可避免的现象，是正常工作时固有的特性。弹性滑动2）打滑位置：带在大轮上的包角大于小轮上的包角，所以打滑总是在小轮上先开始的。4）避免打滑：打滑是由于过载引起的，避免过载就可避免打滑3）打滑后果：造成带的严重磨损并使带的运动处于不稳定状态。1）打滑定义：若传递的基本载荷超过最大有效圆周力,带在带轮上发生显著的相对滑动即打滑。44五、带传动的失效形式和设计准则1带传动的失效形式：打滑和疲劳破坏2带传动的设计准则：在保证带工作时不打滑的条件下具有一定的疲劳强度和寿命--在一定条件下，由带的疲劳强度决定的许用拉应力45带的张紧定期张紧装置自动张紧装置用带轮张紧链传动与齿轮传动相比，链传动的优点是

。套筒滚子链中，滚子的作用是链传动是一种传动。链传动的失效形式有

、

、

和链条静力拉断。滚子链的节距p越大，则承载能力越47六、齿轮传动齿轮传动特点、失效形式、设计准则计算载荷（四个系数）受力分析(转向、旋向、力方向)直齿、斜齿圆柱齿轮的强度计算、各种修正系数影响因素齿轮传动主要参数选择齿轮结构48主要失效形式：形成原因发生位置最终后果预防措施49齿轮传动的设计准则•闭式软齿面齿轮传动：常因齿面点蚀而失效，故通常先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度。•闭式硬齿面齿轮传动：其齿面接触承载能力较高，故通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计，然后校核齿面接触疲劳强度。•开式齿轮传动：其主要失效形式是齿面磨损，而且在轮齿磨薄后往往会发生轮齿折断。故目前多是按齿根弯曲疲劳强度进行设计，并考虑磨损的影响将模数适当增大。•高速重载齿轮传动：可能出现齿面胶合，故需校核齿面胶合强度。50载荷系数齿轮传动的计算载荷使用系数KA：考虑由于齿轮啮合外部因素引起附加动载荷影响的系数。动载系数K：考虑由于齿轮制造精度、运转速度等轮齿内部因素引起的附加动载荷影响系数。齿向载荷分布系数K：考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对轮齿应力的影响系数。齿间载荷分配系数K：考虑同时啮合的各对轮齿载荷分配不均匀对轮齿应力的影响系数。51轮齿受力分析圆周力径向力法向力力的方向判断:作用于主、从动轮上的各对力均大小相等，方向相反。Ft

在主动轮上与运动方向相反，在从动轮上与运动方向相同。Fr

的方向与啮合方式有关，对于外啮合，主、从动轮上的径向力分别指向各自的轮心。52齿面接触疲劳强度的设计公式:或两轮的工作接触应力σH1＝σH2，但许用接触应力不相等，即[σ]H1≠[σ]H2，它们与两轮的材料、热处理和应力循环次数等有关。在设计和校核计算中，取[σ]H＝min｛[σ]H1，[σ]H2｝。53大小齿轮应分别进行弯曲强度校核时设计模数时,应按下式选择齿根弯曲疲劳强度的设计公式54斜齿轮传动的受力分析标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算55齿面接触强度齿根弯曲疲劳强度56齿轮传动主要参数的选择1、模数m和齿数Z12、齿宽系数d、a3、分度圆压力角

4、齿数比u

5、螺旋角齿轮传动的许用应力计算。10-1试分析图10-47所示的齿轮传动各齿轮所受的力（用受力图表示各力的作用位置及方向）。59七、蜗杆传动蜗杆传动特点类型失效形式、设计准则受力分析（转向、旋向、力的方向）效率结构601、特点：单级传动比大;结构紧凑;传动平稳,无噪音;可自锁;传动效率低;成本高。2、蜗杆传动的类型环面蜗杆传动锥蜗杆传动圆柱蜗杆传动按蜗杆形状分:根据齿面形状不同分为：普通蜗杆传动;圆弧圆柱蜗杆传动61普通圆柱蜗杆传动中间平面上的参数作为设计基准蜗杆传动的正确啮合条件旋向相同62

为了限制蜗轮滚刀的数目并便于滚刀的标准化，因此对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径md1.蜗杆传动的失效形式和设计准则失效形式：主要是齿面胶合、点蚀、磨损和轮齿折断，而且失效通常发生在蜗轮轮齿上。设计准则：通常按齿面（蜗轮）接触疲劳强度条件计算蜗杆传动的承载能力。在选择许用应力时，要适当考虑胶合和磨损失效因素的影响。对闭式传动要进行热平衡计算，必要时对蜗杆强度和刚度进行计算。63力的方向：确定圆周力Ft及径向力Fr的方向的方法同外啮合圆柱齿轮传动，而轴向力Fa的方向则可根据相应的圆周力Ft的方向来判定，即Fa1与Ft2方向相反，Ft1与Fa2的方向相反。也可按照主动件左右手定则来判断。练习蜗杆传动强度计算右旋求蜗杆的旋向？Fa1求蜗杆的转向？练习试分析图11-26所示蜗杆传动中各轴的回转方向、蜗轮轮齿的螺旋方向及蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向。1）B＜300MPa，锡青铜时，材料本身抗胶合能力强，多发生点蚀失效，许用应力的选择主要与循环次数有关2）B≥300MPa，铝铁青铜或铸铁时，材料本身抗点蚀能力强，多发生胶合失效，进行齿面接触疲劳强度计算是条件性的，通过限制齿面接触应力大小来防止发生胶合。许用接触应力选择与滑动速度和材料有关，而与循环次数无关。9.4.2蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度计算的校核公式为：，MPa68蜗杆传动的效率式中：1—啮合效率2

3—分别为轴承效率和搅油效率一般取2

3=0.95~0.9671八、轴轴的分类设计轴的几种估算方法轴的结构设计轴上零件的固定方法（轴向、周向）721.轴的分类转轴心轴传动轴转动心轴固定心轴按受载荷分2.轴径的初步估算一、类比法二、经验公式计算三、按扭转强度计算73轴的结构设计1.转轴的一般设计步骤三步：（1）初定轴径；（2）结构设计画草图，确定轴的尺寸，得到跨距和力的作用点；（3）强度计算，做出弯矩、扭矩图，校核危险截面强度。2.轴上零件的固定方法（轴向、周向）3.安全系数和抗弯扭合成强度校核已知条件选择轴的材料初算轴径结构设计计算弯矩转矩校核计算完善设计修改直径不满足第六章轴毂联接75九、滚动轴承滚动轴承结构、特点、类型、代号受力分析和失效形式寿命计算角接触轴承的内部轴向力轴承部件结构设计76滚动轴承代号滚动轴承主要类型代号表6深沟球轴承L直线轴承5推力球轴承U外球面球轴承4双列深沟球轴承NA滚针轴承3圆锥滚子轴承N圆柱滚子轴承29推力调心滚子轴承9推力圆锥滚子轴承2双列调心滚子轴承8推力滚子轴承1双列调心球轴承7角接触球轴承0双列角接触球轴承代号轴承类型代号轴承类型78例如:7210C7210C/P5/DF/P5/DF轴承类型为角接触球轴承尺寸类型代号,其中宽度类型代号为0,窄系列,省略不写,直径系列代号为2,轻系列轴承内径空一个字符公称接触角轴承精度等级为5级面对面配置（1）当载荷较大或有冲击载荷时，宜用滚子轴承；当载荷较小时，宜用球轴承。（2）当以径向载荷为主时，应用向心轴承；当只受轴向载荷时，一般应用推力轴承，而当转速很高时，可用角接触球轴承或深沟球轴承。当径向和轴向载荷都较大时，应采用角接触轴承。轴承选型（4）当要求支承具有较大刚度时，应用滚子轴承。（3）当转速较高时，宜用球轴承；当转速较低时，可用滚子轴承，也可用球轴承。80滚动轴承的失效形式1.疲劳点蚀2.塑性变形3.磨粒磨损4.胶合滚动轴承的计算准则寿命计算：对于转动的滚动轴承，疲劳点蚀是其主要失效形式，因而主要是进行寿命计算，必要时再作静强度校核。静强度计算：对于不转动、低速或摆动的轴承，局部塑性变形是其主要失效形式，因而主要是进行静强度计算。校核极限转速：对于高速轴承，发热以至胶合是其主要失效形式，因而除进行寿命计算外还应该校核极限转速。滚动轴承的寿命计算基本额定动负荷：轴承工作温度在以下,基本额定寿命时，轴承所能承受的最大载荷，用C表示。基本额定寿命：一批相同轴承，在相同条件下运转，90%轴承在疲劳点蚀前转过的总转数，单位为106r。82在当量动载荷P作用下的基本额定寿命为滚动轴承的载荷与寿命之间的关系:常用小时数表示基本额定寿命Lh引入温度系数fT和载荷系数fP83当量动载荷

把实际载荷折算为与基本额定动负荷的方向相同的一假想载荷，在该假想载荷作用下轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相同，则称该假想载荷为当量动载荷，用P表示。当量动载荷P的计算式：轴承轴向载荷计算总结：1、轴承的轴向载荷与轴承部件的结构，与固定方式密切相关。2、在轴上的轴向载荷