2022年2022年机械设计概念总结 .pdf

第二章机械零件的强度重要基本概念1疲劳破坏及其特点疲劳破坏：在远低于材料抗拉强度极限的交变应力作用下工程材料发生破坏。疲劳破坏的特点：1）在循环变应力多次反复作用下发生；2）没有明显的塑性变形；3）所受应力远小于材料的静强度极限；4）对材料组成、零件形状、尺寸、表面状态、使用条件和工作环境敏感。具有突发性、高局部性和对缺陷的敏感性。2疲劳破坏与静强度破坏的区别，强度计算的区别静强度破坏是由于工作应力超过了静强度极限，具体说，当工作应力超过材料的屈服极限就发生塑性变形，当超过强度极限就发生断裂。而疲劳破坏时，其工作应力远小于材料的抗拉强度极限，其破坏是由于变应力对材料损伤的累积所致。交变应力每作用一次，都对材料形成一定的损伤，损伤的结果是形成小裂纹。这种损伤随着应力作用次数的增加而线性累积，小裂纹不断扩展，当静强度不够时发生断裂。静强度计算的极限应力值是定值。而疲劳强度计算的极限应力是变化的，随着循环特性和寿命大小的改变而改变。3影响机械零件疲劳强度的因素影响机械零件疲劳强度的因素主要有三个：应力集中、绝对尺寸和表面状态。应力集中越大，零件的疲劳强度越低。在进行强度计算时，引入了应力集中系数k来考虑其影响。当零件的同一剖面有几个应力集中源时，只取其中（应力集中系数）最大的一个用于疲劳强度计算。另外需要注意：材料的强度极限越高，对应力集中越敏感。零件的绝对尺寸越大，其疲劳强度越低。因为绝对尺寸越大，所隐含的缺陷就越多。用绝对尺寸系数考虑其影响。零件的表面状态直接影响疲劳裂纹的产生，对零件的疲劳强度非常重要。表面越粗糙，疲劳强度越低。表面强化处理可以大大提高其疲劳强度。在强度计算中，有表面状态系数来考虑其影响。需要注意：这三个因素只影响应力幅，不影响平均应力，因此不影响静强度。4线性疲劳损伤累积的主要内容材料在承受超过疲劳极限的交变应力时，应力每循环作用一次都对材料产生一定量的损伤，并且各个应力的疲劳损伤是独立进行的，这些损伤可以线性地累积起来，当损伤累积到临界值时，零件发生疲劳破坏。第三章螺纹联接与螺旋传动重要基本概念名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 10 页 -1常用螺纹有哪几类？哪些用于联接，哪些用于传动，为什么？哪些是标准螺纹？常用的有：三角螺纹，矩形螺纹，梯形螺纹和锯齿形螺纹。三角螺纹用于联接，其余用于传动。因三角螺纹自锁性好，其它螺纹传动效率高。除矩形螺纹外，其余均为标准螺纹。2何谓螺纹联接的预紧，预紧的目的是什么？预紧力的最大值如何控制？螺纹联接的预紧是指在装配时拧紧，是联接在承受工作载荷之前预先受到预紧力的作用。预紧的目的是增加螺纹联接的刚度、保证联接的紧密性和可靠性（防松能力）。拧紧后，预紧应力的大小不得超过材料屈服极限S的 80%。3螺纹联接有哪些基本类型？适用于什么场合？螺纹联接有 4中基本类型。螺栓联接：用于被联接件不太厚且两边有足够的安装空间的场合。螺钉联接：用于不能采用螺栓联接（如被联接件之一太厚不宜制成通孔，或没有足够的装配空间），又不需要经常拆卸的场合。双头螺柱联接：用于不能采用螺栓联接且又需要经常拆卸的场合。紧定螺钉联接：用于传递力和力矩不大的场合。4紧螺栓联接的强度也可以按纯拉伸计算，但须将拉力增大30%，为什么？考虑拧紧时的扭剪应力，因其大小约为拉应力的30%。5提高螺纹联接强度的措施有哪些？1）改善螺纹牙间的载荷分配不均；2）减小螺栓的应力幅；3）减小螺栓的应力集中；4）避免螺栓的附加载荷（弯曲应力）；5）采用合理的制造工艺。6为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10 圈（使用过厚的螺母不能提高螺纹联接强度）？因为螺栓和螺母的受力变形使螺母的各圈螺纹所承担的载荷不等，第一圈螺纹受载最大，约为总载荷的1/3，逐圈递减，第八圈螺纹几乎不受载，第十圈没用。所以使用过厚的螺母并不能提高螺纹联接强度。7联接螺纹能满足自锁条件，为什么还要考虑防松？根据防松原理，防松分哪几类？因为在冲击、振动、变载以及温度变化大时，螺纹副间和支承面间的摩擦力可能在瞬间减小或消失，不再满足自锁条件。这种情况多次重复，就会使联接松动，导致机器不能正常工作或发生严重事故。因此，在设计螺纹联接时，必须考虑防松。根据防松原理，防松类型分为摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系防松。第四章键和花键联接自测题与答案一、选择题4-1.普通平键联接与楔键联接相比，最重要的优点是_。A键槽加工方便B对中性好C应力集中小D可承受轴向力4-2.半圆键联接的主要优点是_。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 10 页 -A对轴的削弱较轻B键槽的应力集中小C键槽加工方便D传递的载荷大4-3平键联接的工作面是键的_。A两个侧面B上下两面C两个端面D侧面和上下面4-4.一般普通平键联接的主要失效形式是_。A剪断B磨损C胶合D压溃4-5一般导向键联接的主要失效形式是_。A剪断B磨损C胶合D压溃4-6楔键联接的工作面是键的_。A两个侧面B上下两面C两个端面D侧面和上下面4-7设计普通平键联接时，根据_来选择键的长度尺寸。A传递的转矩B传递的功率C轴的直径D轮毂长度4-8设计普通平键联接时，根据_来选择键的截面尺寸_ A传递的力矩B传递的功率C轴的直径D轮毂长度4-9用圆盘铣刀加工轴上键槽的优点是_。A装配方便B对中性好C应力集中小D键的轴向固定好4-10当采用一个平键不能满足强度要求时，可采用两个错开_布置。A90B120C 150D1804-11当轴双向工作时，必须采用两组切向键联接，并错开_布置。A90B120C 150D1804-12楔键联接的主要缺点是_。A轴和轴上零件对中性差B键安装时易损坏C装入后在轮鼓中产生初应力D键的斜面加工困难4-13花键联接与平键联接相比较，_的观点是错误的。A承载能力较大B对中性和导向性都比较好C对轴的削弱比较严重D可采用磨削加工提高联接质量名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 10 页 -4-14矩形花键联接通常采用_定心。A小径B大径C侧边D齿廓4-15.通常用来制造键的材料是_。A低碳钢B中碳钢C高碳钢D合金钢二、填空题4-16普通平键用于 _联接，其工作面是_面，工作时靠 _传递转矩，主要失效形式是_。4-17楔键的工作面是_，主要失效形式是_。4-18平键的剖面尺寸通常是根据_选择；长度尺寸主要是根据_选择。4-19导向平键和滑键用于_联接，主要失效形式是_，这种联接的强度条件是 _。4-20同一联接处使用两个平键，应错开_布置；采用两个楔键或两组切向键时，要错开 _；采用两个半圆键，则应_。三、简答题4-21普通平键的公称长度L 与工作长度l 之间有什么关系？4-22 普通平键有那些失效形式？主要失效形式是什么？怎样进行强度校核？如经校核判断强度不足时，可采取哪些措施？4-23平键和楔键联接在工作原理上有什么不同？4-24切向键是如何工作的？主要用在什么场合？4-25平键联接、半圆键联接、楔键联接和切向键联接各自的失效形式是什么？静联接和动联接校核计算有何不同？4-26花键有哪几种？那种花键应用最广？如何定心？四、参考答案1选择题4-1B；4-2C；4-3A；4-4D；4-5B；4-6B；4-7D；4-8C；4-9C；4-10D；4-11B；4-12A；4-13C；4-14A；4-15B；2填空题4-16静两侧侧面受挤压和剪切工作面被压溃名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 10 页 -4-17上下面压溃4-18轴的直径轮毂长度4-19动磨损耐磨性条件p p 4-20180120布置在一条直线上3简答题4-21圆头平键工作长度l=L-b；方头平键的工作长度l=L；单圆头平键l=L-b/2。4-22普通平键的失效形式有工作面被压溃，个别情况会出现键被剪断。主要失效形式是压溃。进行强度校核时应校核挤压强度和剪切强度。如经校核判断强度不足时，可在同一联接处错开 180布置两个平键，强度按1.5 个计算。4-23平键是通过两个侧面受挤压和剪切来传递转矩，而楔键是靠上下面受挤压来传递转矩。4-24切向键有两个斜度为1:100 的楔键组成，上下面为工作面。靠工作面的挤压力和轴毂间的摩擦力传递转矩。用于轴径大于100mm，对中性要求不高，而载荷很大的重型机械上。4-25平键用于静联接时失效形式为压溃和剪断，用于动联接时为磨损。半圆键的失效形式为压溃和剪断。楔键和切向键的失效形式为压溃。静联接校核计算挤压强度pp，动联接校核计算压强pp。4-26有矩形花键、渐开线花键。其中渐开线花键适用于载荷大、定心精度要求高、尺寸较大的场合，压力角为45的渐开线花键用于载荷不大的薄壁零件联接。矩形花键应用较广。矩形花键联接采用小径定心，渐开线花键采用齿廓定心。第五章带传动重要基本概念1失效形式和设计准则失效形式：打滑、疲劳破坏。设计准则：保证带传动不打滑，使带具有足够的疲劳寿命。2确定小带轮直径考虑哪些因素名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 10 页 -(1)最小带轮直径，满足d1ddmin，使弯曲应力不至于过大；(2)带速，满足5 v 25 m/s；(3)传动比误差，带轮直径取标准值，使实际传动比与要求的传动比误差不超过35%；(4)使小带轮包角120；(5)传动所占空间大小。3V 带传动在由多种传动组成的传动系中的布置位置带传动不适合低速传动。在由带传动、齿轮传动、链传动等组成的传动系统中，应将带传动布置在高速级。若放在低速级，因为传递的圆周力大，会使带的根数很多，结构大，轴的长度增加，刚度不好，各根带受力不均等。另外，V带传动应尽量水平布置，并将紧边布置在下边，将松边布置在上边。这样，松边的下垂对带轮包角有利，不降低承载能力。4带传动的张紧的目的，采用张紧轮张紧时张紧轮的布置要求张紧的目的：调整初拉力。采用张紧轮张紧时，张紧轮布置在松边，靠近大轮，从里向外张。因为放在松边张紧力小；靠近大轮对小轮包角影响较小；从里向外是避免双向弯曲，不改变带中应力的循环特性。第六章链传动重要基本概念在上述的重点、难点教学内容分析中所涉及的大多是本章的重要概念。除此之外，还有一些基本概念需要掌握，分述如下。1链传动的主要工作特点(1)平均传动比准确，没有弹性滑动；(2)可以在环境恶劣的条件下工作（突出优点）；(3)中心距大，传递动力远，结构较小，没有初拉力压轴力小；(4)瞬时传动比不准，工作中有冲击和噪声；(5)只限于平行轴之间的传动，不宜正反转工作。2链轮的齿形对链轮齿形的要求：保证链条顺利啮入和啮出；受力均匀；不易脱链；便于加工。目前的国家标准齿形：“三圆弧一直线”齿形。3确定小链轮齿数z1 时应考虑的因素(1)考虑动载荷的大小，小链轮齿数越少，链传动的多边形效应和动载荷越大；(2)考虑大链轮齿数z2，为防止大链轮过早脱链应使：z2 150；(3)考虑链速，当链速高时，小链轮齿数z1应尽量取的多些；(4)考虑链长为偶数，为了磨损均匀，链轮齿数应取奇数，并与链长互为质数；(5)传动所占空间大小，尽量使结构紧凑。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 10 页 -4滚子链条的主要参数尺寸主要尺寸参数：节距、链长、排数。节距是最重要的参数。链条的链号表示其节距的大小，是英制单位，换算为标准计量单位为：164.25=16=链号吋链号pmm 5链传动的润滑方式选择如果链传动的润滑条件不能满足，其传动能力降低7080%。链传动有推荐的润滑方式，根据链速和链号进行选择。包括：人工定期润滑、滴油润滑、油浴或飞溅润滑、压力喷油润滑。润滑油应加在链条的松边，使之顺利进入需要润滑的工作表面。、第九章轴重点难点内容1轴的结构设计轴的结构设计就是要合理地确定轴各部分的几何形状和尺寸。包括各轴段的直径、长度、各个轴肩、圆角和倒角的大小、键槽的位置等等。轴的结构没有标准形式，应根据具体的情况而定。一般要考虑以下几个方面的问题：1）轴上零件的布置；2）轴上零件的定位和固定；3）轴上零件的装拆工艺性；4）轴的疲劳强度和刚度要求；5）轴的加工工艺性等。轴的结构设计应满足以下要求：1）轴上零件的布置除了达到工作要求外，要使轴受力最小；2）轴上的零件要定位准确、固定可靠；3）轴上的零件能方便地装配和拆卸；4）轴的加工工艺性要好；5）要应力集中小、疲劳强度要高。2轴的强度计算弯扭合成强度条件：WTMWMcaca22)(1bMPa 是根据扭剪应力的变化性质而定的应力校正系数。用来考虑扭矩T产生的扭剪应力与弯距 M产生的弯曲应力b的性质不同。对轴受转矩的变化规律未知时，一般将按脉动循环变应力处理。疲劳强度安全系数的强度条件：22SSSSSca S 如同一截面有几个应力集中源，则取其中最大的一个应力集中系数用于计算该截面的疲劳强度。重要基本概念名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 10 页 -1直轴按承受载荷的性质分为三类传动轴：在工作中主要承受转矩，不承受弯矩或承受弯矩很小。心轴：在工作中只承受弯矩，不承受转矩。心轴又分为固定心轴和转动心轴。转轴：在工作中既承受弯矩，又承受转矩。2轴的失效形式和设计准则因轴在弯矩和转矩作用下承受变应力，轴肩处有应力集中，因此轴的主要失效形式是疲劳断裂。设计准则：一般进行疲劳强度校核计算。对瞬时过载很大的轴，还应进行静强度校核。对于有刚度要求的轴，要进行刚度计算。对转速高或载荷周期性变化的轴，要进行振动稳定性计算。3轴设计的主要内容和轴的设计步骤轴的设计包括两个主要内容：轴的结构设计和轴的强度计算。轴的设计步骤：1）选择轴的材料；2）估算轴的最小直径；3）轴的结构设计；4）轴的强度校核；5）必要时进行轴的刚度计算和振动稳定性计算。4提高轴的疲劳强度的措施减小应力集中；降低表面粗糙度；强化轴的表面，如碾压、喷丸、表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗等。5轴的刚度条件指标和提高刚度的措施轴的刚度条件为：挠度：y y 偏转角：扭转角：提高轴刚度的措施：增大轴的直径。注意，用合金钢代替碳素钢不能提高轴的刚度。第十章滑动轴承重要基本概念1动压油膜形成过程随着轴颈转速的提高，轴颈中心的位置和油膜厚度的变化如图10-3所示。图10-3名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 10 页 -从n=0，到n，轴颈中心的运动轨迹为一半圆。利用此原理可以测量轴承的偏心距e，从而计算出最小油膜厚度hmin。2动压油膜形成条件(1)相对运动的两表面必须构成收敛的楔形间隙；(2)两表面必须有一定的相对速度，其运动方向应使润滑油从大口流入、从小口流出；(3)润滑油必须具有一定的粘度，且供油要充分。3非液体摩擦滑动轴承的失效形式、设计准则和验算内容，液体动压润滑轴承设计时也要进行这些计算失效形式：磨损、胶合设计准则：维护边界油膜不被破坏，尽量减少轴承材料的磨损。验算内容：为防止过度磨损，验算：p=BdP p MPa 为防止温升过高而胶合，验算：Pv=100060ndBdP pv MPam/s 为防止局部过度磨损，验算：V=100060nd v m/s 因为在液体动压润滑滑动轴承的启动和停车过程中，也是处于非液体摩擦状态，也会发生磨损，也需要进行上述三个条件的验算。4对滑动轴承材料性能的要求除强度（抗压、抗冲击）外，还应有良好的减摩性（摩擦系数小）、耐磨性（抗磨损、抗胶合）、跑合性、导热性、润滑性、顺应性、嵌藏性等。5液体动压润滑轴承的工作能力准则(1)保证油膜厚度条件：hminh；(2)保障温升条件：t t=1030C。第十一章滚动轴承重要基本概念1滚动体和内、外圈所受的载荷和应力在滚动轴承正常工作时，滚动体和内外圈滚道均受变载荷和变应力。其中，滚动体和转动套圈承受周期性非稳定脉动循环的变载荷（变接触应力），固定套圈则承受稳定的脉动循环的变载荷（接触应力）。2滚动轴承的失效形式滚动轴承的主要失效形式（又称正常失效形式）是滚动体或内外圈滚道上发生疲劳点蚀。当轴承转速很低(n 10r/min)或只慢慢摆动，且静载荷很大时，其失效形式是滚动体或内外圈滚道表面发生塑性变形。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 10 页 -3滚动轴承的设计准则对于正常转动工作的轴承，进行针对疲劳点蚀的寿命计算。对于转速很低(n10r/min)或只慢慢摆动的轴承，进行静强度计算。4滚动轴承的基本额定寿命基本额定寿命：一批相同的轴承在相同的条件下运转，当其中 10%的轴承发生疲劳点蚀破坏（90%的轴承没有发生点蚀）时，轴承转过的总转数L10（单位为 106转），或在一定转速下工作的小时数L10h（单位为小时）。5滚动轴承的基本额定动载荷C 是指轴承寿命 L10恰好为 1（106转）时，轴承所能承受的载荷。表示轴承的承载能力。对于向心轴承：C 是纯径向载荷；对于推力轴承：C 是纯轴向载荷；在使用中要注意C 的3条含义：90%可靠度、基本额定寿命106 转、C 的方向。第十二章联轴器和离合器重要基本概念1联轴器和离合器的功用是什么？二者的区别是什么？联轴器和离合器的功用是联接两轴使之一同回转并传递转矩。二者区别是：用联轴器联接的两轴在工作中不能分离，只有在停机后拆卸零件才能分离两轴，而用离合器可以在机器运转过程中随时分离或接合两轴。2联轴器所联两轴的偏移形式有哪些？如果联轴器不能补偿偏移会发生什么情况？偏移形式有：径向偏移、轴向偏移、角偏移和综合偏移。如果被联接两轴之间的相对偏移得不到补偿，将会在轴、轴承及其它传动零件间引起附加载荷，使工作情况恶化。3刚性可移式联轴器和弹性可移式联轴器的区别是什么？各适用于什么场合？两类联轴器补偿相对位移的方法不同。刚性可移式联轴器利用组成零件之间的动联接来补偿相对位移。弹性可移式联轴器利用弹性零件的变形来补偿位移。由于刚性可移式联轴器没有弹性零件，不能缓和冲击和振动，一般用于载荷较大，工作较平稳的场合。而弹性可移式联轴器不仅能补偿综合位移，还能缓冲、吸振。适用于频繁启动、变载荷、高速度、经常正反转工作的场合。4选择联轴器类型和尺寸的依据是什么类型选择依据：被联接两轴的对中性、传递载荷的大小和特性、工作转速、安装尺寸的限制、工作环境等。尺寸选择依据：计算转矩Tc、轴的转速 n、被联接轴的直径d。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 10 页 -