机械设计基础总复习(看完必过)

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：σa、σm、σmax、σmin、r参数各代表什么？•绘图说明当σm=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：σa=（σmax-σmin）/2•平均应力：σm=（σmax+σmin）/2•最大应力：σmax•最小应力：σmin•应力特性系数：r=σmin/σmax•由：σm=（σmax+σmin）/2=250（MPa），•r=σmin/σmax=0.25，求得•σmax=400（MPa）•σmin=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/T700－2006)•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-AF、Q235-B、Q235-C、Q235-D、275•Q指屈服强度，后面的数字代表屈服强度数值。•2）优质碳素结构钢(GB/T699－1999)•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、20A、20Mn、45、45Mn、85•3）碳素工具钢(GB/T1298－2008)•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、T10A、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！,2,12,9HLppn121229323HLppnF机构具有确定运动的条件：在一个机构中，原动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α=360º摇杆杆摇杆CD做一定角度的摆动ψ360º机连杆BC连接曲柄、摇杆间的运动构机架ADθ为极位夹角，曲柄和连杆共线时的夹角。摇杆摆角ψ2、压力角和传动角γ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γ=90º-故γ越大越好（γ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）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ψ行程速比系数K2、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，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=m[z-2(ha*+C*)]4、基圆直径db:db=dcos5、节圆直径d’：d’=db/cos’cos’=db/d’6、周节p：p=πm，法向周节：pn=pb=πmcos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=a’cos’或者i=z2/z1=r2/r1=r’2/r’1a’=r’2+r’1三、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=-Ft2Ft1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，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qd1=mqq=z1/tg称为蜗杆直径系数tg=z1/q=mz1/d1q=d1/m3、传动效率总效率：=123式中滚动轴承效率：2=0.99—0.995搅油效率：3=0.94左右主要是啮合效率)(1vtgtg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/T13575.1－2008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8—2。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和节宽bp的之比为相对高度，普通V带为0.7。•Y•Z•A•B•C•D•E•第八章带传动1、力与应力分析最大圆周力112110maxffeeeFF•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⑴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。⑵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。⑶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。⑷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。innzz131331418020703n8031zz2053zz已知：n1=70rpm求：n5355353zznnnniHHH802070702805n14705nrpm，方向与n1相同。41703505n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间的距离。s=n·p6、螺旋升角λ:中径上s=πd2tgλλ=arctg(s/π·d2)7、牙形角2β: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11—4）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18—3）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)(421MPadQ)(41mmQd2、紧螺栓联接螺栓既受拉应力也受扭转剪应力：)(43.13.1214MPadQ螺栓直径的计算公式为：)(2.51mmQd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)(161055.93336mmnPCnPd三、轴的结构设计P1851、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2—3mm。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