机械设计总复习

机械设计总复习三基：基本知识、基本理论、基本技能三线：力学线、工艺线、经济线第一篇总论第二节第一章绪论通用零件包括：齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动；轴、联轴器、离合器；滚动轴承、滑动轴承；螺栓、键、花键、销；铆、焊、胶结构件；弹簧、机架、箱体等。通用零件是本课程的主要学习对象，而专用零件的设计方法应在有关专业课中学习。第三节１本课程的内容、性质与任务本课程的主要内容是：学习机械系统设计的基础知识；学习一般尺寸和参数的通用零件设计方法。机械设计结果的表现形式为：机械工程图、说明书和计算机程序。机器的组成1第二章机械设计总论机器的组成一台完整的机器的组成大致可包括：原动机部分传动部分执行部分润滑、显示、照明等辅助系统控制系统传感器传感器传感器机械零件的主要失效形式1机械零件的主要失效形式（一）整体断裂整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应力超过零件的强度极限而导致的断裂，或在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。（二）过大的残余变形当作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件将产生残余变形。机械零件的主要失效形式2（三）零件的表面破坏零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。（四）破坏正常工作条件引起的失效液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时才能正常工作。带传动只有在传递的有效圆周力小于临界摩擦力时才能正常工作。设计机械零件时应满足的基本要求设计机械零件时应满足的基本要求避免在预定寿命期内失效的要求结构工艺性要求经济性要求质量小的要求可靠性要求应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。设计的结构应便于加工和装配。零件应有合理的生产加工和使用维护的成本。质量小则可节约材料，质量小则灵活、轻便。应降低零件发生故障的可能性（概率）。机械零件的计算准则1机械零件的设计准则强度准则刚度准则寿命准则振动稳定性准则可靠性准则：确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基本的设计准则。：确保零件不发生过大的弹性变形。：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。机械零件的设计方法机械零件的设计方法理论设计经验设计模型实验设计机械零件的设计方法通常分为常规设计方法和现代设计方法两大类。常规设计方法：机械零件设计中的标准化1机械零件设计中的标准化标准化的益处：与设计有关的标准:国际标准国家标准行业标准企业标准等如：ISOGBJB、HBQB标准化有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和组织专业化的大生产，以降低生产成本。标准化就是要通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、设计方法、制图要求等，制定出大家共同遵守的标准。材料疲劳的两种类别第三章零件的强度材料的疲劳特性一、交变应力的描述sm─平均应力；sa─应力幅smax─最大应力；smin─最小应力r─应力比（循环特性）描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。r=-1对称循环应力r=0脉动循环应力r=1静应力疲劳曲线材料的疲劳特性机械零件的疲劳大多发生在s－N曲线的CD段，可用下式描述：D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表无限寿命区其方程为：由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和σr∞，于是有：有限寿命区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为：式中，sr、N0及m的值由材料试验确定。二、s－N疲劳曲线s－N疲劳曲线极限应力线图材料的疲劳特性三、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）机械零件材料的疲劳特性除用s－N曲线表示外，还可用等寿命曲线来描述。该曲线表达了不同应力比时疲劳极限的性。在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。用A'Ｇ'C折线表示零件材料的极限应力线图是其中一种近似方法。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。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。机械零件的疲劳强度计算2机械零件的疲劳强度计算二、单向稳定变应力时的疲劳强度计算进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的σmax及σmin确定平均应力σm与应力幅σa，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相应工作应力点M或N。机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种：应力比为常数：r=C平均应力为常数σm=C最小应力为常数σmin=C相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线上的某一个点所代表的应力。),(amss计算安全系数及疲劳强度条件为：摩擦2第四章摩擦一、４种滑动摩擦状态１.干摩擦是指表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。２.边界摩擦是指摩擦表面被吸附在表面的边界膜开，其摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦。摩擦3摩擦４．混合摩擦是指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状态。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。３．流体摩擦是指摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。流体摩擦时的摩擦系数最小，且不会有磨损产生，是理想的摩擦态。边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为不完全液体摩擦。磨损1在设计或使用机器时，应该力求缩短磨合期，延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损的到来。一个零件的磨损过程大致可分为三个阶段，即：磨合阶段新的零件在开始使用时一般处于这一阶段，磨损率较高。稳定磨损阶段属于零件正常工作阶段，磨损率稳定且较低。剧烈磨损阶段属于零件即将报废的阶段，磨损率急剧升高。摩擦2磨损磨损2磨粒磨损也简称磨损，是外部进入摩擦表面的游离硬颗粒或硬的轮廓峰尖所引起的磨损。粘附磨损也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊”后，在相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘附磨损。疲劳磨损也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的材料疲劳所引起的磨损。磨损类型腐蚀磨损当摩擦表面材料在环境的化学或电化学作用下引起腐蚀，在摩擦副相对运动时所产生的磨损即为腐蚀磨损。润滑剂、添加剂和润滑方法润滑油润滑脂固体润滑剂粘度的种类有：动力粘度、运动粘度、条件粘度等。润滑脂的主要质量指标是：锥入度，反映其稠度大小。粘度是润滑油的主要质量指标；润滑剂工程中常用运动粘度，单位是：St(斯)或cSt(厘斯)，：动植物油、矿物油、合成油。：润滑油+稠化剂：石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。螺纹的类型与特点2一、普通螺纹的主要参数大径d－即螺纹的公称直径。小径d1－常用于联接的强度计算。中径d2－常用于联接的几何计算。螺距P－螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离。牙型角a－螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。升角y－螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。线数n－螺纹的螺旋线数目。导程S－螺纹上任一点沿同一条螺旋线转一周所移动的轴向距离，S=nP。升角y的计算式为：第二篇联接第五章螺纹联接联接类型与标准件1二、螺纹联接的基本类型、螺栓联接1、双头螺柱联接2、螺钉联接3、紧定螺钉联接4利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。通常可采用测力矩扳手或定力矩扳手，对于重要的螺栓联接，也可以采用测定螺栓伸长的方法来控制预紧力。纹联接的预紧三、螺纹联接的预紧大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力。增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。注意：对于重要的联接，应尽可能不采用直径过小(＜M12)的螺栓。预紧力：预紧的目的：预紧力的控制：预紧力和预紧力矩之间的关系：dFT02.0螺纹联接的防松四、螺纹联接的防松防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。按工作原理的不同，防松方法分为摩擦防松、机械防松及其他的防松方法。螺纹联接的强度计算1五、螺纹联接的强度计算螺栓联接强度计算的目的是根据强度条件确定螺栓直径，而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸均按标准选定。1、松螺栓联接强度计算联接的失效形式：对于受拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。对于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃。ss4/21dF螺纹联接的强度计算22．仅受预紧力的紧螺栓联接强度条件：根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:F0F0FF螺纹联接的强度计算33．受轴向载荷的紧螺栓联接FDDp螺栓预紧力F0后，在工作拉力F的作用下，螺栓的总拉力这时螺栓的总拉力为：静强度条件：式中F1为残余预紧力，为保证联接的紧密性，应使F1＞0，式中：mbbCCC为螺栓的相对刚度，其取值范围为0~1。螺纹联接组的设计3（1）对于铰制孔用螺栓联接每个螺栓所受工作剪力为：（2）对于普通螺栓联接按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有：式中：z为螺栓数目。1．受横向载荷的螺栓组联接或六、螺栓组联接的受力分析Ks为防滑系数，设计中可取Ks=1.1~1.3。螺纹联接组的设计42．受转矩的螺栓组联接TKfrFfrFfrFsz02010TrFziii1采用普通螺栓，是靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。iirFrFmaxmax螺纹联接组的设计53．受轴向载荷的螺栓组联接若作用在螺栓组上轴向总载荷FΣ作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：通常，各个螺栓还承受预紧力F0的作用，当联接要有保证的残余预紧力为F1时，每个螺栓所承受的总载荷F2为。zFFF2=F1+F螺纹联接组的设计64．受倾覆力矩的螺栓组联接作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即：由此可以求出最大工作载荷：ziLFM1ii为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求：国家标准规定了螺纹联接件的性能等级。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级，螺母的性能等级分为7级。螺纹联接件的材料与许用应力八、螺纹联接件的材料与许用应力1、螺纹联接件材料2、螺纹联接件的许用应力螺纹联接件的许用拉应力螺纹联接件的许用剪应力和许用挤压应力Ss][sssSs][PsP][Sss（被联接件为钢）PBP][Sss（被联接件为铸铁）提高螺纹联接强度的措施九、提高螺纹联接强度的措施以螺栓联接为例，螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高联接系统的可靠性。影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面，或从以下几个方面提高螺栓强度。改善螺纹牙上载荷分布不均的现象降低影响螺栓疲劳强度的应力幅减小应力集中的影响采用合理的制造工艺带传动概述2一．带传动的类型平带传动，结构简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的场合应用较多。在一般机械传动中，应用最广的带传动是Ｖ带传动，在同样的张紧力下，Ｖ带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。多楔带传动兼有平带传动和Ｖ带传动的优点，柔韧性好、摩擦力大，主要用于传递大功率而结构要求紧凑的场合。同步带传动是一种啮合传动，具有的优点是：无滑动，能保证固定的传动比；带的柔韧性好，所用带轮直径可较小。第八章、带传动第三篇传动工作情况分析二、带传动的工作情况分析1、受力分析设带的总长度不变F1＋F2＝2F0；带传动尚未工作时，传动带中的预紧力为F0。带传动工作时，一边拉紧，一边放松，记紧边拉力为F1和松边拉力为F2。0FF1F00F02尚未工作