机械设计基础总复习PPT(看完必过)

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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

2、 = 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

3、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

4、(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、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/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、08

5、F、15、20、20 A、 20Mn、45、45Mn、85 3）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、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-

6、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

7、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）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

8、 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，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

9、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 = mz 2、齿顶圆直径 da：da=d+2ha = m(z+2ha* ) 3、齿根圆直径 df： df=d-2hf = mz-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=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 = aco

10、s 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，

11、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，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

12、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/m 3、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 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

13、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和节宽bp 的之比为相对高度，普通V带为0.7。,第八章

14、 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 （ 中心距不可调的场合 ） 张紧轮要安装在带的内侧、松边、靠近大带

15、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) / 2 4、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 = 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