上海工程技术大学2016-2017(1)机械设计总复习概要

上海工程技术大学机械工程学院Page1机械设计上海工程技术大学机械工程学院Page22016年《机械设计》期末考试考试题型及分值分配一、选择题（25分）：每题1分共25分二、简答题（25分）：4小题共计25分三、计算题（40分）：4大题共计40分四、改错题（10分）：1小题共计10分上海工程技术大学机械工程学院Page3第一章知识回顾和问题知识回顾:1、知道了“学什么，为什么学，如何学”的问题；2、几个名词和概念；（失效、承载能力、计算（许用）安全系数等）3、机械设计的总体原则和一般程序；4、零件设计的一般程序。问题：1、本课程的研究对象是什么？主要任务是什么？2、从功能方面谈谈机械的组成。3、什么叫机械零部件的失效？上海工程技术大学机械工程学院Page4第二章知识回顾和问题知识回顾:1.稳定循环变应力的基本参数共有５个基本参数，知其２就能求其他5.应力循环特性ammaxamminmax2minmmax2minamaxminr1.最大应力2.最小应力3.平均应力4.应力幅上海工程技术大学机械工程学院Page5上海工程技术大学机械工程学院Page6典型的疲劳曲线如右图所示：可以看出：随N的增大而减小。但是当N超过某一循环次数N0时，曲线趋于水平。即不再随N的增大而减小。rNrN0-----循环基数。以N0为界，曲线分为两个区：1）无限寿命区：当N≥N0时，曲线为水平直线，对应的疲劳极限是一个定值，用表示。它是表征材料疲劳强度的重要指标，是疲劳设计的基本依据。－N疲劳曲线oN0NBA310rNN有限寿命区无限寿命区C410D上海工程技术大学机械工程学院Page7－N疲劳曲线N0NBAr310rNN有限寿命区无限寿命区C410DmNNC低周疲劳高周疲劳rrrN循环特性材料常数，C循环基数寿命系数式中0rmNkN有限寿命疲劳极限--rNrNmrrNmrmrNKNNCNN00上海工程技术大学机械工程学院Page8借助极限应力图，可得到各种循环特征值r下的疲劳极限mao每一r值，实验可得相应的疲劳极限r而r=a+mA’C曲线A’C’即为材料的极限应力图E’点所对应的循环特征值r为多少？maxminramam''''tan1tan1rr11tan’m’aE’特殊点A’和C’A’（）0，-1C（）,0+1塑性材料：C（）,0s脆性材料：C（）,0bD’45oD（），0202其上任一点E’的纵、横坐标之和，即为材料在该点所对应的r下的疲劳极限(不同循环特征r时的材料的疲劳极限)二．材料的极限应力曲线D’（），0202A’——对称疲劳极限点D’——脉动循环疲劳极限点C——屈服（强度）极限点上海工程技术大学机械工程学院Page9为简便求出各种材料在不同循环特征r的疲劳极限，一般采用简化的极限应力图maoCD’45o对于塑性材料：取三点（分别对应三个r值）A’（）0，-1D’（），0202G'（），0sA’G’45o折线A’D’G’C为简化的极限应力曲线'作法：考虑材料的最大应力不超过疲劳极限，得A’D’及延长线,考虑塑性材料的最大应力不超过屈服极限，得G’C上海工程技术大学机械工程学院Page10对称疲劳极限点脉动疲劳极限点屈服极限点),0(1'Amax10,1,mr)2,2(00'D22maxoma0r)0,(sCmax0,,1asmr上海工程技术大学机械工程学院Page11总结：材料的极限应力线图的简化A'D'G'C线已知σ-1、σ0、σs(循环次数N=N0时)作图如下：1·找A’，D’、C（σs，0）三点。2·连接A’D’并延长。3·过C作与横轴成45°的直线与A’D’连线或其延长线交于G’点。折线A’G’C即为材料的极限应力曲线上海工程技术大学机械工程学院Page12做疲劳寿命实验时，材料试件是一种特殊的结构，而实际零件的几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因素等与试件有区别，使得零件的疲劳极限要低于试件的疲劳极限1.零件的疲劳极限需考虑零件上的应力集中、绝对尺寸和表面状态这些因素的影响零件受载时，由于几何形状或外形尺寸发生突变，而引起局部应力显著增大的现象——其影响用k(kt)来考虑若同时有几个不同的应力集中源，选最大值计算◆应力集中如：孔、圆角、键槽、螺纹等具体取值查附表3-1~3-6§3-2机械零件的疲劳强度kσ＞１上海工程技术大学机械工程学院Page13绝对尺寸越大，极限应力越小其影响用e(et)来考虑◆绝对尺寸尺寸越大，晶粒越粗，出现缺陷的概率增加具体取值查附图3-2，附表3-7，3-8同时，冷作硬化层相对较薄表面光滑或经过表面处理可提高疲劳极限◆表面质量其影响用b来考虑，具体取值查附图3-4，附表3-9~3-11加工质量βσ＜１（加工质量越高，βσ越大）强化因素βq1εσ＜１（尺寸越大，εσ越小）上海工程技术大学机械工程学院Page14q1)11k(Kbbe综合影响系数有效应力集中系数尺寸系数表面质量系数强化系数)1(1qk敏化系数理论应力集中系数上海工程技术大学机械工程学院Page1545oam45D’G’CA’e1s2/02/01oe材料零件2.零件的极限应力线图——ADGC线ADGKe11Kooe2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。上海工程技术大学机械工程学院Page16/K0/2KO45°C(s,0)m135°G'A'(0,1)M'('me,'ae)DAD'(0/2,0/2)aG注：线段AG和A’G’不平行！上海工程技术大学机械工程学院Page17不变)0,()20,20()20,20()1,0()1,0(sCKDDKAA1）坐标点及其坐标值的变化三个特征坐标说明1·Kσ为综合影响系数，只影响σa2·Kσ只影响AG线的位置。上海工程技术大学机械工程学院Page182）作图已知σ-1、σ0、σs、Kσ、根据公式计算出A、D坐标值作图如下：1·找A、D两点。A（0，σ-1e），D（σ0/2，σ0e/2）2·连接AD并延长与CG交于G点，折线AGC即为零件的极限应力曲线。具体作图过程如下页所示上海工程技术大学机械工程学院Page19K1e1Kooe245oam45D’G’CA’e1s2/02/01oe材料零件e综合影响系数KADG上海工程技术大学机械工程学院Page202、单向稳定变应力时的疲劳强度计算：γ=C、σm=C、σmin=C的疲劳强度校核。判断零件的应力变化规律1计算出σm和σa3表示工作应力点4判断工作应力力点所在区域5计算出极限应力6求出危险截面的σmax和σmin2上海工程技术大学机械工程学院Page21omCe1saAG)','('aemeM)','('aemeMcr)1),(amMrrma112/)(2/)(minmaxminmax从O点出发的斜直线OM上r相同3．单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算上海工程技术大学机械工程学院Page22omCe1saAG)','('aemeM),(amM极限应力aeme'''maxaememax当前应力量出纵横坐标值并计算得安全系数SmameaeS'''maxmaxAGO上海工程技术大学机械工程学院Page23omCe1saAG)','('aemeM),(amM极限应力smax'aememax当前应力量出纵横坐标值并计算得安全系数SmaxsSOGC上海工程技术大学机械工程学院Page24omCe1saAG)','('aemeM)','('aemeM),(amM极限应力aeme'''maxaememax当前应力量出纵横坐标值并计算得安全系数Smaxmax'SG点左侧cm)2上海工程技术大学机械工程学院Page25omCe1saAG)','('aemeM)','('aemeM),(amM极限应力aeme'''maxaememax当前应力量出纵横坐标值并计算得安全系数SmaxsSG点右侧上海工程技术大学机械工程学院Page26omCe1saAG)','('aemeM)','('aemeNcammin)3),(amMmaminKmaxmax'sN上海工程技术大学机械工程学院Page27例1：已知某零件材料的机械性能为：MPa6001MPa10000MPas800（1）试画出材料的简化极限应力图。（2）如果疲劳强度综合影响系数，绘制此零件的简化极限应力图。（3）若零件所受的最大应力为，应力循环特性系数为，求平均应力和应力幅并在图中标出应力点。（4）在上述情况下零件的安全系数为多少？2KMPa500max20.0r解：50020.0minmaxminrMPa10050020.0minMPam3002minmaxMPaa2002minmax上海工程技术大学机械工程学院Page280800600500500ma1s)2,2(00A’D’G’C上海工程技术大学机械工程学院Page290800600500500ma300)2,2(001sK/1)2,2(00KA’D’G’CADG上海工程技术大学机械工程学院Page300800600500500ma300)2,2(001sK/1)2,2(00K500/)2/5002/600(500/)500600(注意:零件的图线与材料的图线斜率不同A’D’G’CADG上海工程技术大学机械工程学院Page310800600500500ma300200300390260A’D’G’CADGMM’上海工程技术大学机械工程学院Page320800600500500ma300200300390260A’D’G’CADGMM’3.1200300260390cas上海工程技术大学机械工程学院Page330800600500500ma300200300300m200300280300caS的情况下安全系数?A’D’G’CADGMM’上海工程技术大学机械工程学院Page340800600500500ma300200300200300minO45350260200300260360caSmin为常数的情况下安全系数?A’D’G’CADGMM’上海工程技术大学机械工程学院Page35上海工程技术大学机械工程学院Page36上海工程技术大学机械工程学院Page37上海工程技术大学机械工程学院Page38知识回顾和问题问题:1、机械零件的强度条件？2、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度如何计算？σ≤[σ]，τ≤[τ]或Sσ≥[S]σ，Sτ≥[S]τ上海工程技术大学机械工程学院Page39第三章知识回顾和问题知识回顾:1、单个螺栓连接的强度计算：失效形式、松（紧）螺栓连接；2、螺纹连接的预紧与防松；3、螺纹连接的类型及螺纹连接件；4、螺纹的形成及分类。问题：1、按照牙型，螺纹可以分为哪些类型，特点？2、螺纹连接的主要类型有哪些？3、螺纹连接预紧和防松的目的是什