机械设计基础总复习看完必过.ppt

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1、机 械 设 计 基 础总复习 北京理工大学机械与车辆学院,第一章 概 论,一、载荷和应力分析问：a、m、max、min、r参数各代表什么？绘图说明当m=250MPa，r=0.25时，应力随着时间的变化曲线，这是什么应力？答：应 力 幅：a=（max-min）/2 平均应力：m=（max+min）/2 最大应力：max 最小应力：min 应力特性系数：r=min/max,由：m=（max+min）/2=250（MPa），r=min/max=0.25，求得 max=400（MPa）min=100（MPa）为一般脉动循环变应力！,二、机器的组成（以汽车为例）1、动力部分 提供动力（发动机）2、传动部

2、分 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）3、工作部分 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）4、控制部分 使机器各部分运动协调。可以是手控、电控、遥控等。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、油量表、速度表、电瓶电量表）等。,机器机（有能量转化）构件 零件械 机构 零件（无能量转化）信息机械 如计算机、电话机、传真机等 构件是机器运动的最小单元，零件是构成机械的最小单元。部件是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,三、机械零件材料学基础,制造机械零件的材料用的最多的是金属

3、材料，其次是非金属材料和复合材料。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（如铜、铝、钛及其合金等）。（一）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。含碳量小于2.1%的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.1%的铁碳合金称为铸铁。1、钢 通常使用的钢，含碳量在0.05%0.7%之间。根据化学成分的不同，又可将钢分为碳素钢和合金钢。,（1）碳素钢 按照质量和用途，又可以分为：1）碳素结构钢(GB/T 7002006)普通碳素结构钢不需热处理，供货状态下可直接使用。Q195、Q215、Q235-A F、Q235-B、Q235-C、Q235-D、275Q指屈服强

4、度，后面的数字代表屈服强度数值。2）优质碳素结构钢(GB/T 6991999)含碳量低于0.25%的钢为低碳钢，其强度和硬度低，但塑性和焊接性能好，适用于冲压、焊接等方法成型。含碳量在0.25%0.6%的钢为中碳钢，有良好的综合力学性能，应用最广，含碳量高于0.6%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高的屈服强度。（低碳钢不可以直接淬火）08、08F、15、20、20 A、20Mn、45、45Mn、853）碳素工具钢(GB/T 12982008)碳素工具钢一般经过热处理，可获得较高的力学性能 T7、T8A、T8Mn、T8MnA、T10

5、A、T13、T13A,第二章 平面机构的结构分析1、低副 通过面接触而组成的运动副。限制2个自由度 1）回转副 2）移动副2、高副 通过点、线接触而组成的运动副。限制1个自由度,3、运动链的自由度（活动度）数 F：F=3n-2PL-PH 式中：n：机构中可活动的构件数,PL：低副数 PH：高副数4、计算自由度时注意：a、复合铰：有K个构件在某一点联接，这一点就构成了K-1个回转副，称为复合铰。b、局部自由度：在运动链中，与整个运动链无关的自由度 为局部自由度。为改善受力状况而设。,3、虚约束:有些约束对机构的自由度是重复的，称为虚约束！,机 构 具 有 确 定 运 动的条件：在一个机构中，原动

6、机输入机构的主动件数和机构的自由度数相等。,第三章 平面连杆机构,1、四杆机构的组成与基本形式曲柄 连架 曲柄AB 能做整周转动=360摇杆 杆 摇杆CD 做一定角度的摆动 360 机 连杆BC 连接曲柄、摇杆间的运动 构 机架AD,为极位夹角，曲柄和连杆共线时的夹角。摇杆摆角,2、压力角 和传动角,对曲柄摇杆机构进行受力分析时，可计算使从动件摇杆摆动的有效力：切向力 Ft=Fcos 而径向力 Fr=Fsin 实际中，希望Ft 大些，Fr小些。故 越小越好 传动角=90-故 越大越好（为连杆和摇杆夹角的锐角！）,3、曲柄存在的条件 1）四杆机构中，最长杆和最短杆之和小于其余 两杆长度之和。2）

7、曲柄为最短杆，且是连架杆或机架。4、对四杆机构的判断：在四杆机构中，没有曲柄存在，就是双摇杆机构，若存在曲柄，哪一个是机架，就构成不同的机构。,1）和最短杆相连的杆是机架，为曲柄摇杆机构。2）最短杆是机架，为双曲柄机构。3）最短杆对过的杆是机架，为双摇杆机构。,3、作图法设计四杆机构,已知：摇杆长度 c摇杆摆角 行程速比系数 K,2、四杆机构有曲柄的条件,从动件的运动规律1、一次多项式等速运动规律在行程转折处，速度由正变负，加速度突变，从动件会产生很大惯性力，冲击和振动很大，称为刚性冲击。只适合于低速、轻载场合。2、二次多项式等加速、等减速运动规律在行程转折处，速度由正变负，加速度也由正变负，

8、但突变是一定值，惯性力也是有限值，会产生一定的冲击和振动，称为柔性冲击。3、简谐运动规律 加速度是一余弦曲线，在连续升降的情况下，没有冲击。4、摆线运动规律 加速度是一正弦曲线，没有冲击。适合高速大功率下使用。,第四章 凸轮机构,1、压力角：推杆的运动方向 和受力方向的夹角！2、位移：s 理论轮廓线到基圆 之间的距离。3、行程：h，即推杆最大位移,一定要注意：基园，压力角等都是在理论轮廓 线上！,偏置,第六章 齿轮传动圆柱齿轮,一、直齿圆柱齿轮主要参数（标准齿轮）1、分度圆直径 d：d=mz2、齿顶圆直径 da：da=d+2ha=m(z+2ha*)3、齿根圆直径 df：df=d-2hf=mz-

9、2(ha*+C*)4、基圆直径 db:db=dcos5、节圆直径 d：d=db/cos cos=db/d6、周节 p：p=m，法向周节：pn=pb=m cos 标准齿轮标准安装，则节圆和分度圆重合 a=r1+r2非标准安装 acos=acos 或者 i=z2/z1=r2/r1=r2/r1 a=r2+r1,三、设计准则,在实际齿轮传动设计时，应针对齿轮传动的主要失效形式进行相应的计算。对于闭式软齿面齿轮传动，由于工作环境和润滑条件较好，主要失效形式为齿面失效，因此目前一般的设计方法是按齿面接触疲劳强度公式设计，然后再校核齿根的弯曲疲劳强度；而对于闭式硬齿面齿轮传动，由于主要失效形式是齿面磨损和轮

10、齿断齿，一般按齿根弯曲疲劳强度公式设计，再按齿面接触疲劳强度公式进行校核。,而对于开式和半开式齿轮传动，由于主要失效形式是齿面磨损和断齿，通常齿面还未达到疲劳点蚀时,齿面就已经磨损,所以,一般按齿根弯曲疲劳强度公式设计，为考虑齿面磨损的影响，将求得的模数适当增大15%到20%，可以不校核齿面接触疲劳强度。,二、斜齿圆柱齿轮受力分析 切向力:Ft1=-Ft2 Ft1与n1相反,Ft2与n2相同 径向力：Fr1=-Fr2 指向各自的圆心 轴向力:Fa1=-Fa2 左右手定则,轴向力的判断用 左右手定则:只适用主动齿轮,三、齿轮机构（II）锥齿轮 会进行锥齿轮的受力分析切向力：主动轮与转动方向相反，

11、从动轮与转动方向相同。径向力：指向各自的圆心轴向力：指向各自的大端,切向力：Ft1=-Ft2，径向力：Fr1=-Fa2 轴向力，轴向力：Fa1=-Fr2 径向力。,主平面：垂直与蜗轮的轴线并且通过蜗 杆的轴线。1、正确啮合条件 ma1=mt2=m(标准值）a1=t2=(轴面=端面=标准）=（方向一致）(蜗杆螺旋线导程角=蜗轮轮齿螺旋角）,第七章 蜗杆传动 阿基米德圆柱蜗杆,2、蜗杆分度园直径 d1与直径系数 q,d1=mq q=z1/tg 称为蜗杆直径系数 tg=z1/q=mz1/d1 q=d1/m3、传动效率 总效率：=123式中滚动轴承效率：2=0.99 0.995搅油效率：3=0.94

12、左右主要是啮合效率,4、自锁的概念,v,当蜗轮主动时自锁，蜗杆主动时。,会进行蜗杆传动的受力分析切向力：主动轮与转动方向相反，从动轮与转动方向相同。径向力：指向各自的圆心轴向力：左右手定则（只适合于主动齿轮）,切向力：Ft1=-Fx2 轴向力 径向力：Fr1=-Fr2 径向力 轴向力：Fx1=-Ft2 切向力,已知：蜗杆的旋向和转向，画出蜗杆和蜗轮三个分力的方向。,普通V带已标准化：按GB/T 13575.12008标准，按截面尺寸的大小不同，由小到大，分为：Y、Z、A、B、C、D、E七种。具体尺寸见表82。带的楔角 大于带轮沟槽 角。带的节面宽度叫节宽bp，当带弯曲时，此宽度不变，带的高度h

13、和节宽bp 的之比为相对高度，普通V带为0.7。,第八章 带传动,1、力与应力分析 最大圆周力,影响带传动能力的主要因素：,三种应力的特点,弹性滑动和打滑的概念,弹性滑动是由于带的弹性变形量变化引起；打滑是由于过载引起。弹性滑动是发生在部分接触弧内的微量相对滑动；打滑是发生在整个接触弧上的显著相对滑动。弹性滑动是带传动正常工作时的固有特性，是不可避免的；打滑则使带传动失效，在设计中必须避免。弹性滑动使传动效率降低，带的温度升高和磨损，从动轮圆周速度低于主动轮；打滑使带传动失效，从动轮转速急剧降低，甚至为0，带磨损加剧，但可以起到过载保护作用，避免其他零件发生损坏。,2、张紧轮（中心距不可调的场

14、合）张紧轮要安装在带的内侧、松边、靠近大带轮 内侧：避免带受到双向的弯曲应力 松边：带本来就松弛，易于调节 靠近大带轮：对小带轮的包角影响小。,第十章 轮系,一、定轴轮系、周转轮系、混合轮系传动比的计算,1、2、3 为定轴轮系。3、4、5、H为差动轮系。,已知：n1=70rpm求：n5,rpm，方向与n1相同。,第十一章 联接 螺纹联接1、大径 d：螺纹标准中的公称直径，螺纹的最大直径2、小径 d1:螺纹的最小直径，强度计算中螺杆危险断 面的计算直径。3、中径 d2:近似于螺纹的平均直径，d2(d1+d)/24、螺距 p:相邻两螺纹牙平行侧面间的轴向距离。5、导程 s:同一条螺纹线上两螺纹牙之

15、间的距离。s=np 6、螺旋升角:中径上s=d2tg=arctg(s/d2)7、牙形角 2:螺纹牙两侧边的夹角,一、螺纹联接的防松 螺纹联接虽然能自锁，但受到冲击、振动、温度变化等瞬时，螺纹联接的摩擦力会消失。故要有可靠的放松措施。常用的防松措施有：(表114）1、弹簧垫圈 4、尼龙圈锁紧螺母 2、对顶螺母 5、槽形螺母和开口销 3、止动垫片 6、圆螺母带翅垫片 7、冲点 8、粘接,二、单个螺栓联接强度计算1、松螺栓联接(见图183）不必拧紧，螺栓没有预紧力，松螺栓没有扭转力矩。螺栓直径的计算公式为：Q 为螺栓所受的轴向力,2、紧螺栓联接螺栓既受拉应力也受扭转剪应力：,螺栓直径的计算公式为：,

16、键联接、花键联接、销联接,第十二章 轴和联轴器,一、分类 按承受载荷的情况分：1）传动轴：只承受转矩 T。2）心 轴：只承受弯矩 M。3）转 轴：即承受弯矩 M，也承受转矩 T。二、轴的直径估算,三、轴的结构设计 P185 1、轴上圆角要小于轮毂上圆角或倒角 2、轴上长度要小于轮毂上相应长度23mm。3、轴肩或轴环的高度一般不小于5，如果是用于滚动 轴承定位，则不能高于滚动轴承内环的三分之二。4、各阶梯轴的个段加倒角，便于安装。5、键槽应在同一个方向。6、减小应力集中，如加大圆角半径、用退刀槽 砂轮越程槽等。7、合理安排轴的零件，减轻轴的负荷。,第十三章 滑动轴承,略,1联轴器：把两根轴牢固的

17、联接在一起,在工作过程中不能分离。2离合器：根据工作需要，随时可将两轴联接或分离。联接在一起时都是实现两轴之间扭矩的传递！,第十四章 滚动轴承 1、2 调心轴承 3、圆锥滚子轴承 6、深沟球轴承 7、向心角接触球轴承 N、圆柱滚子轴承 5、8 推力轴承,计算题轴系由一对单列圆锥滚子轴承30205支承，已知：轴的转速 n=980 r/min,Fr1=3580N，Fr2=3800N，FA=380N，动载荷系数fd=1.2，温度系数fT=1.0。试计算轴承的寿命。注：轴承的基本额定动载荷Cr=32.2 kN,S=Fr/2Y,e=0.37,Fa/Fr e 时，X=1,Y=0；Fa/Fr e时，X=0.

18、4,Y=1.6。,解：首先求派生的轴向力：S1=Fr1/2Y=3580/3.2=1118.75(N)S2=Fr2/2Y=3800/3.2=1187.5(N)S1+FA=1118.75+380=1498.75(N)S2 轴向右移，由于轴承是正装，故2轴承受压！Fa1=S1=1118.75(N)Fa2=S1+FA=1118.75+380=1498.75(N),S1,S2,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+1.6X1498.7

19、5=3918(N)P2 P1 2 轴承危险,第四节 滚动轴承的组合设计,一、轴系的轴向定位：1、两端固定（双端单向固定）较短轴系（l 400）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 0.2 0.4 的距离，用于温度补偿。,2、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。,3、两端游动。用于人字齿轮传动，能自动对中。,第十五章 机械的调速和平衡,机械速度的波动，是在Wd和Wr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，降低运动精度。应尽量避免!采用飞轮调速,降低速度不均匀系数,回转件不平衡质量产生的离心力使轴弯曲

20、，产生振动、噪音，甚至破坏机件。静平衡条件：m r=mi ri+mb rb=0 或：mg r=mig ri+mbg rb=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,它不能减小速度的波动。,轴系结构找错体：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！,缺螺栓联接 轴承安装一顺 轴肩过高 缺键 轴的长度应小于轮毂长度23mm 套筒过高 轴承透盖结构错误 动静接触，应加密封毡圈 加轴向定位 缺键（11）动静接触,结构题、图示轴系结构有错误和不合理的地方，请指出并说明原因。,1）联轴器孔未开通

21、。2）联轴器周向未定位（加键连接）。3）轴承透盖缺密封。4）透盖与套筒应有间隙。5）左轴承为游动轴承，内圈右边缺定位。6）左轴承外圈要能游动，需去掉套杯凸肩，而且与端盖间要有间隙。,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位。8）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）圆螺母处加止动垫圈防松。10）轴段应比轴承孔短，以使轴承定位可靠。11）轴承盖与套杯之间应有调整轴承间隙的调整垫片。12）箱体加工面和非加工面要分开。,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）。,1）缺挡油环；2）套杯左端凸肩内径太小，拆卸轴承外

22、圈困难；3）左轴承内圈无法从轴右侧装入；4）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；5）不应有轴肩，否则无法调整轴承；6）缺少调整轴承的装置，应加一小圆螺母；7）精加工面过长，轴承装配不便，应加工成阶梯轴 8）轴与轴承盖之间应有间隙；9）缺少密封装置；10）带轮端面不应与轴承盖接触，应以轴肩定位；11）键与轮毂键槽之间应有间隙；12）轮毂上的键槽应为通槽；13）轴端应比毂孔短一些，否则带轮轴向固定不可靠。14）缺少调整套杯位置（调整锥齿轮啮合）的垫片。,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，并简要说明错误原因，不要求改正图）。,1）轴

23、肩太高，不便拆卸；2）缺少挡油环；3）安装齿轮的轴段应小于轮毂宽度，否则齿轮轴向固定不可靠；4）键太长；5）套筒不应与轴承外圈接触；6）轴承应面对面布置；7）此处应加工成阶梯轴；8）端盖不应与轴接触；9）端盖与轴之间应加密封；10）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；12）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，且轴端不应超出孔的端面,以免影响另一半联轴器的安装；14）缺少轴承调整垫片；15）应有凸台，减少加工面。,图示轴系结构有错误和不合理的地方，请指出并说明原因。,1）轴端面应在联轴器孔内。2）联轴器轴向未定位（加轴肩）。3）轴承透盖

24、与轴之间应有密封装置。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。5）套筒过高，轴承装拆不方便。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向定位。7）齿轮上的键槽与键之间应留有间隙。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槽开在同一母线上。9）右轴承内圈没有固定。10）圆锥滚子轴承应成对使用。11）轴承盖上的孔应大于螺钉外径。12）箱体上螺纹孔的深度应大于螺钉拧入深度13）轴承盖与机体之间无垫片，无法调整轴承间隙。14）箱体加工面和非加工面要分开。,模拟试题,一、是非题1、一对圆柱齿轮啮合时，大小齿轮的齿根弯曲应力相等。2、零件内部的变应力只可能

25、由变载荷引起。（）3、模数不相等的蜗杆与蜗轮也可以啮合传动。4、齿轮联轴器是挠性联轴器。5、V带是弹性元件，它在工作中只能承受拉应力。(）6、滚动轴承中，保持架是重要的和不可缺少的元件之一。7、凸缘联轴器属于刚性联轴器。8、+1表示是对称循环变应力。（）9、磨损总是有害的，应该处处避免。10、传动效率高是蜗杆蜗轮传动的优点之一 11、滚动轴承座圈和滚动体的常用材料是Q235钢。（)12、螺旋传动中使用的螺纹通常是三角形螺纹。,二、选择题（每小题2分）1.只承受弯矩，而不承受转矩的轴称为。A.传动轴 B.转轴 C.心轴 D.阶梯轴2.带传动工作时最大应力发生在_。A.紧边小带轮出口处 B.紧边小

26、带轮入口处 C.松边大带轮出口处 D.松边大带轮入口处 3、当两个被连接件之一太厚时，宜采用_ A.双头螺柱连接 B.螺栓连接 C.紧定螺钉连接 D.销连接 4.初步估算轴的直径时，一般采用_方法。A.弯扭合成强度 B.扭转强度 C.刚度 D.安全系数 5.在轴结构设计中，轴上零件轴向固定通常采用_方法。A.轴肩 B.圆螺母 C.轴端挡圈 D.前面三种,6.脉动循环变应力的应力循环特性系数r_。A.等于+1 B.等于1 C.等于0 D.等于1/27.蜗杆传动中，增加蜗杆头数，可使传动效率_。A.提高 B.降低 C.提高或降低 D.不变8、适合制造滚动轴承的材料是_。A.GGr15 B.45钢

27、C.球墨铸铁 D.40Cr9.锥齿轮传动中，两轴线之间的交角用得最广泛的是 A.60 B.75 C.90 D.12010.下面的螺纹牙型中，传动用螺纹采用的是_。A.圆形螺纹 B.三角形螺纹 C.梯形螺纹 D.管螺纹,模拟试题,三、（10分）计 算 图 示 惯 性 筛 机 构 的 自 由 度，并 指 出 复 合 铰 链、局 部 自 由 度 和 虚 约 束，最 后 判 断 其 是 否 具 有 确 定 的 运 动 规 律（标 箭 头 的 构 件 为 原 动 件）。,四、（14分）已知四杆机构的摇杆DC长38mm，摆角60，机架AD长70mm，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

28、例1：1）。试求出：（1）四个杆件的长度以及极位夹角的度数（2）最小传动角 min 的度数。五、（12分）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Z2130，大齿轮齿全高h=9mm。已知传动比i5。求：小齿轮的分度圆直径d1，齿顶圆直径da1，齿根圆直径df1，基圆直径db1。（ha*=1,=20）。,六、（12分）图示为一偏心圆盘凸轮机构，凸轮1的回转方向如图所示。要求：（1）画出理论轮廓曲线与基圆；（2）标明图示位置的压力角 从动件的位移s，并标出此机构从动件的总行程 h 七、（10分）图示轮系中，已知Z124，Z226，Z2=20，Z3=30，Z3=26 Z4=2

29、0。若 r/min 求 的大小及方向。,八、（8分）图示为开式蜗杆-斜齿圆柱齿轮传动，已知蜗杆主动，大齿轮4的转向及螺旋线方向如图示，试画出：(1)轴I、II的转向。(2)使轴II上两轮的轴向力抵消一部分时蜗轮、蜗杆的螺旋线方向。(3)蜗轮2和齿轮 3的轴向力方向。,九、（14分）转速为n=640r/min的轴系由一对30206圆锥滚子轴承支承，如图所示，FR=4000N，冲击载荷系数fd=1.4，求危险轴承的寿命。30206轴承，Cr=24800N，e=0.36，Y=1.7，,若,X=1，Y=0；若,X=0.4，Y=1.7。=10/3,十、（10分）指出图示轴系中的结构错误（用笔圈出错误之处，并简要说明错误的原因，不要求改正，齿轮箱内齿轮为油润滑，轴承为脂润滑）,