机械设计复习

1机械设计复习计算分析题考试范围(一般情况)：第三章：机械零件的强度第五章：除变应力，翻转力矩第六章：只要求平键联接第十、十一章：受力分析，回转方向，强度分析第十二章：掌握不完全液体摩擦滑动轴承的计算第十三章：轴承寿命（主要：30000、70000）结构改错：螺纹联接与轴系结构第三章机械零件的强度1．应力的几种状态零件的破坏形式与材料的极限应力及零件中的应力类型有关。在进行强度计算时，首先要弄清楚零件的应力类型。22．材料的疲劳特性⑴曲线AB段，使材料试件发生破坏的最大应力值基本不变，或者说下降得很小，因此我们可以把在应力循环次数N≤103时的变应力强度看作是静应力强度的状况。⑵曲线BC段，随着循环次数的增加，使材料发生疲劳破坏的最大应力将不断下降。试件在这一阶段的破坏断口状况，总能见到材料已发生塑性变形的特征。由于应力循环次数相对很少，称为低周疲劳。⑶曲线CD段，高周疲劳阶段，代表有限寿命疲劳阶段。在此范围内，试件经过一定次数的交变应力作用后总会发生疲劳破坏，称为有限寿命疲劳极限。用符号σrN表示。脚标r代表该变应力的应力比(变应力循环特性)，N代表相应的应力循环次数。曲线表达式：CNmrN(NC≤N≤ND)计算公式：NrmrNKNN0习题卡中的计算一定要会⑷r表示D点对应的疲劳极限，称为持久疲劳极限。3．极限应力线图（注意材料与零件的极限应力线图的区别：K）在作机械零件的疲劳强度计算时，首先要求出机械零件危险截面上的最大工作应力max及最小工作应力min，据此计算出工作平均应力m及工作应力幅a，然后，在极限应力线图的坐标上即可标示出相应于m，及a的一个工作应力点M(或者点N)把习题卡前三章内容好好掌握。3第五章螺纹联接和螺旋传动只要求螺纹联接，螺旋传动不作要求。基本概念：了解常用螺纹及螺纹联接的类型、特点、应用及螺纹的主要参数（P60）；了解螺纹联接预紧和防松的目的和作用（P66－69）；螺栓联接的类型、结构（P62－65）；螺纹联接件的的材料及许用应力，提高螺纹联接强度的措施（P83－88），结构设计或结构改错。分析计算：1.计算准则⑴对于受拉螺栓，其主要破坏形式为螺栓杆螺纹部分发生断裂，因而其计算准则是保证螺栓的静力(或疲劳)拉伸强度；⑵对于受剪螺栓，其主要破坏形式为螺栓杆和孔壁间压溃或螺栓杆被剪断，其计算准则是保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度。2.强度计算⑴松螺栓联接强度计算⑵紧螺栓联接强度计算①仅承受预紧力的紧螺栓联接②承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接⑶承受工作剪力的紧螺栓联接42.螺栓组联接的设计⑴受横向载荷的螺栓组联接⑵受转矩的螺栓组联接（螺栓至多分布于一个圆周上不要求分布于两个或两个以上圆周的情况）。如联轴器）⑶受轴向载荷的螺栓组联接螺纹联接改错掌握习题卡中的题目第六章键、花键、无键联接和销联接只要求平键联接。基本概念：了解平键联接的主要类型、特点及适用场合。掌握键类型选择和尺寸选择，主要失效形式及强度计算方法。注意键联接的结构、工作面等，以及当采用双键联接时，键的布置、强度校核的特点。普通平键的两侧面是工作面，工作时，靠键同键槽侧面的挤压来传递转矩。键的上表面和轮毂的键槽底面间则留有间隙。薄型平键与普通平键的主要区别是键的高度约为普通平键的60％~70％，也分圆头、平头和单圆头三种型式，但传递转矩的能力较低，常用于薄壁结构、空心轴及一些径向尺寸受限制的场合。导向平键是一种较长的平键，用螺钉固定在轴上的键槽中，为了便于拆卸，键上制有起键螺孔，以便拧入螺钉使键退出键槽。轴上的传动零件则可沿键作轴向滑移。5当零件需滑移的距离较大时，因所需导向平键的长度过大，制造困难，故宜采用滑键。滑键固定在轮毂上，轮毂带动滑键在轴上的键槽中作轴向滑移。这样，只需在轴上铣出较长的键槽，而键可做得较短。分析计算：P103普通平键(静联接)主要失效形式是工作面被压馈。除非有严重过载，一般不会出现键的剪断，通常只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。导向平键联接和滑键联接(动联接)，其主要失效形式是工作面的过度磨损。因此，通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。在进行强度校核后，如果强度不够时，可采用双键，但只能按1.5个键计算。这时应考虑键的合理布置。两个平键最好布置在沿周向相隔180°。第八章带传动基本概念：了解带传动的类型、特点、应用、带传动的布置及张紧。掌握带的工作原理，受力分析，带传动的应力分析，弹性滑动及打滑的概念。在受力分析部分中，除欧拉公式以外，其它公式要求记忆。带传动的受力情况分析。其核心就是找出紧边拉力F1，松边拉力F2，初拉力F0，有效圆周力Fe的关系及其影响因素。带的应力分析应注意分析带在工作时各种应力分布情况以及最大应力发生在何处及max值的组成，各种应力的大小与哪些因素有关。带传动的参数选择着重以下几个主要参数对带传动性能的影响：小带轮直径D1、传动中心距a、带的型号、包角α、摩擦系数f、初拉力F0等。掌握带传动的失效形式及设计准则，以及主要参数对传动的影响。第九章链传动基本概念：了解链传动的类型、特点、应用、链传动的布置及张紧。掌握链传动的失效形式及设计准则，以及主要参数对传动的影响。6了解滚子链的结构特点、标记，链轮结构。链传动布置、张紧等。在分析链传动的特点及应用时，要与带传动，齿轮传动进行对比。链传动的运动、动载荷及受力分析、失效形式，通过运动分析及动载荷分析，掌握链传动运动不均匀性的特征，瞬时传动比变化与传动参数之间的关系，动载荷产生的原因，影响动载荷大小的因素，主要失效形式，额定功率曲线及主要参数的选择(链轮齿数Z、节距p、链节数)。第十章齿轮传动和第十一章蜗杆传动基本概念：了解齿轮传动及蜗杆传动的类型、特点、应用。掌握齿轮及普通圆柱蜗杆传动的失效形式及设计准则。轮齿的失效形式：要求会分析失效产生的原因、特点、出现位置、防止措施以及闭式、开式，软齿面和硬齿面等不同工作条件下对于失效形式的影响。蜗杆传动掌握其主要失效形式--胶合和磨损，要注意分析开式和闭式对于失效形式、计算准则等方面的区别。掌握齿轮（包括直齿轮、斜齿轮、锥齿轮）和蜗杆传动的受力分析。轮齿的受力分析(特别是斜齿、锥齿和蜗杆传动)要熟练掌握其分析方法，结合转向、旋向及主从动轮，准确确定各分力的作用点、方向和大小。特别要强调的是：①力一定要画在作用点上(即啮合位置)；②画平面图，不要画立体图以免出现不同的视觉解释；③取分离体后再画，并标上转向和旋向。掌握两个强度(弯曲、接触)计算公式的具体应用，熟悉设计参数的选取原则；以直齿圆柱齿轮强度计算为重点，对接触应力σH、许用接触应力[σ]H、弯曲应力σＦ、许用弯曲应力[σ]Ｆ、齿宽系数等要透彻理解，正确运用。对斜齿圆柱齿轮的强度计算，可在掌握直齿圆柱齿轮强度的基础上区分其不同之处。对于蜗杆传动，强度计算时要明确蜗轮传动强度只计算蜗轮而不算蜗杆的原因；注意各参数数值的正确选择。总之，强度计算公式（σH、σＦ）在试卷上会提供出来，不必记忆，但其中各个物理量的含义及应用必须掌握。必须掌握齿轮传动的几何尺寸计算(如：分度圆直经d，中心距a，传动比i，当量齿数等)。了解齿轮传动的特点、材料及其选择原则、结构设计及润滑要求等。直齿圆锥齿轮传动只要求：掌握受力分析部分（包括大小和方向）。蜗杆传动的加工及§11－2、§11－4两节内容不作要求。7蜗杆传动热平衡计算着重掌握要进行热平衡计算的原因，计算的基本原理及提高散热能力的措施。(提示)：⑴齿面接触疲劳强度计算齿面接触疲劳强度计算是将轮齿节线接触视为两圆体接触。对于斜齿圆柱齿轮传动，其接触线由齿顶到齿根是倾斜的，对接触疲劳强度有利，因而引入螺旋角系数Zβ进行修正。应用上述圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度条件和设计公式时，需注意两点：(1)一对齿轮啮合，其接触应力σH反映了大小齿轮在节点处相互啮合引起的表面应力，σH完全由两个齿轮的参数共同决定。即大小齿轮上的接触应力相等，即σH1＝σH2；(2)通常，一对齿轮的许用接触应力[σH]可不相等，[σH]值小则接触强度弱，因此在以上公式中应代入[σH]较小的值计算。通常，因[σH]2＜[σH]l，所以计算中取[σH]＝[σH]2。⑵齿根弯曲疲劳强度计算齿根弯曲疲劳强度计算是将轮齿视为一悬臂梁，认为齿顶啮合时，齿根部产生最大弯曲应力。理论上载荷应由同时啮合的多对齿分担(因端面重合度＞1)，但为简化计算，通常假设全部载荷作用于只有一对齿啮合时的齿顶来进行分析，另用重合度系数Y对齿根弯曲应力予以修正。在危险截面上，忽略剪应力和压应力，而仅以齿根所受拉应力作为弯曲疲劳强度的计算应力。对于斜齿轮传动，同样可以引入螺旋角系数Y来计入由于接触线倾斜对弯曲强度带来的有利影响，而得斜齿轮传动齿根弯曲疲劳强度的校核公式和设计公式⑶在运用齿根弯曲疲劳强度校核公式和设计公式时应注意：①一对齿轮啮合，由于大、小齿轮的齿数(或变位系数)不同，则它们的齿形系数FaY和齿根应力修正系数FaY也不相同。因此，通常大、小齿轮齿根弯曲的计算应力F是不相等的，即1F≠2F。另一方面，由于两齿轮的材料牌号、热处理方式及齿面硬度值不同，两者的许用弯曲应力[F]也不相等，即[F]l≠[F]2。因此，应分别校核两齿轮的轮齿弯曲强度。②在进行弯曲强度的设计计算时，应比较两个齿轮的(][FSaFaYY)值，此值大者则弯曲强度弱，故在设计公式中应代入大值进行计算。这个判别结果也可用于校核计算，即利用该判别式找到弱者去进行弯曲强度的校核，从而使计算得到简化。⑷齿轮传动的设计计算①对闭式软齿面齿轮传动，齿面接触强度较低，在设计时常先按照齿面接触强度条件进行设计，确定d1后，选择齿数与模数，然后校核齿根的弯曲强度。②对闭式硬齿面齿轮传动，则常按齿根弯曲强度进行设计，然后校核齿面接触强度。③对开式齿轮传动，一般采用按弯曲疲劳强度进行设计计算。考虑到磨损，计算时应将许用弯曲应力[F]降低25％~50％。8第十二章滑动轴承基本概念：了解滑动轴承的类型、特点、应用（与滚动轴承的区别）。了解径向滑动轴承的主要结构型式及轴瓦结构的特点。了解液体润滑动压轴承的润滑基理，掌握形成动压油膜的必要条件。分析计算：掌握不完全液体摩擦滑动轴承的失效形式、设计准则及设计方法，重点应明确校核p≤[p]，pv≤[pv]，v≤[v]的实质，计算方法及提高承载能力的措施。第十三章滚动轴承基本概念：本章应重点掌握的主要内容有：滚动轴承的主要类型、特点和代号；滚动轴承的类型选择，滚动轴承的寿命计算；滚动轴承的组合设计。要掌握的主要类型有：10000,30000,51000,60000,70000,N0000类，对它们的结构、性能和特点应很好地掌握。学习代号的重点在于基本代号，要求掌握：内径代号，尺寸系列代号、轴承类型代号。正确选择轴承类型应考虑的主要因素：轴承的载荷、转速、刚性及调心性能及便于安装和拆卸。分析计算：掌握以下轴承的基本概念：接触角α，载荷角β，游隙，轴承寿命，基本额定寿命，预期计算寿命，基本额定动载荷，当量动载荷，基本额定静载荷，当量静载荷。为了正确选择轴承尺寸，必须针对滚动轴承的主要失效形式，确定计算准则，对滚动轴承寿命及静强度有深刻的理解，针对失效形式，熟练掌握滚动轴承的计算方法，其中角接触球轴承和圆锥滚子轴承的派生力和轴向载荷计算容易出错，轴承正装和反装与派生力的方向问题要反复推敲，深刻理解。另外，寿命计算公式及寿命指数ε的值要记住。滚动轴承装置设计是结构设计或结构改错的重点，在学习中要注意典型结构的分析，也要进行一些改正错误结构的练习，以提高轴系结构设计的能力。计算轴承寿命9如果在较高温度下工作则需乘以温度系数tf，即CfCtt，详见P313滚动轴承的当量动载荷计算：弄清正装反装及轴承的“压紧”“放松”：计算步骤：⑴计算派生轴向力正装时：①若Fae＋Fd2＞Fd1压紧端1：Fa1＝Fae+Fd2放松端2：Fa2＝Fd2②若Fae＋Fd2＜Fd1压紧端2：Fa2＝Fd1-Fae放松端1：Fa1=Fd1反装时：①