2017机械设计总复习

安徽科技大学机械工程学院Page1机械设计教师：陈丰邮箱：[e-mail]电话：[phone]安徽科技大学机械工程学院Page22017年《机械设计》期末考试考试题型及分值分配一、填空题（10分）：每空1分共计10分二、选择题（20分）：每题2分共计20分三、简答题（30分）：3题共计30分四、计算分析题（30分）：2大题共计30分五、结构改错题（10分）：1小题安徽科技大学机械工程学院Page3知识回顾和问题知识回顾:1、知道了“学什么，为什么学，如何学”的问题；2、几个名词和概念；3、机械设计的总体原则和一般程序；4、零件设计的一般程序。问题：1、本课程的研究对象是什么？主要任务是什么？2、从功能方面谈谈机械的组成。3、什么叫机械零部件的失效？安徽科技大学机械工程学院Page4知识回顾和问题知识回顾:1、零件简化极限应力图/K0/2KO45°C(s,0)m135°G'A'(0,1)M'('me,'ae)DAD'(0/2,0/2)aG45°OBs45°CmBG'A'D'a如图A′B曲线上的点对应着不同应力循环特性γ下的材料疲劳极限σ安徽科技大学机械工程学院Page5知识回顾和问题2、单向稳定变应力时的疲劳强度计算：γ=C、σm=C、σmin=C的疲劳强度校核。判断零件的应力变化规律1计算出σm和σa3表示工作应力点4判断工作应力力点所在区域5计算出极限应力63、摩擦、磨损及润滑相关知识，特别讨论了其在汽车上的应用。求出危险截面的σmax和σmin2安徽科技大学机械工程学院Page6知识回顾和问题问题:1、影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？2、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度如何计算？3、摩擦、磨损和润滑的定义是什么？4、论述汽车中的摩擦、磨损现象，如何减少摩擦磨损？5、奇思妙想：公共汽车经常要进行刹车，如何把刹车损失的能量收集起来，转化成动力？安徽科技大学机械工程学院Page7知识回顾和问题知识回顾:1、单个螺栓连接的强度计算：失效形式、松螺栓连接；2、螺纹连接的预紧与防松；3、螺纹连接的类型及螺纹连接件；4、螺纹的形成及分类。问题：1、按照牙型，螺纹可以分为哪些类型？如何选用？2、螺纹连接的主要类型有哪些？3、螺纹连接预紧的目的是什么？如何进行防松？4、单个螺栓连接的失效形式是什么？安徽科技大学机械工程学院Page8知识回顾和问题1、单个螺栓连接的强度计算，F0、F2，5点讨论；2、螺栓组连接的设计—受横向载荷螺栓组连接，受轴向载荷螺栓组连接，受扭矩螺栓组连接；受倾覆力矩螺栓组连接；3、提高螺栓连接强度的措施（主要四个方面）；4、螺旋传动的特点、分类与应用；滑动螺旋传动的设计。mbbcCCCFFKFFFFFFF00012QpQpmbbmOb力变形变形力力bObm变形b'mmQpQQ'pFFmb(a)(b)(c)F0F25、预紧力F0=?总载荷F2=?FF1F2FKFfFKFFFFFFFCc)1(1000212又安徽科技大学机械工程学院Page9工程实际应用难题：奇瑞汽车发动机缸盖生产线某装配工位，该工位采用的螺栓规格为M8，强度等级9.8，原来表面采取发黑处理，后来为提高抗腐蚀能力改成表面镀锌，并换了一家供货厂，但在装配工艺完全不变的情况下，发生了下线总成中有少量的螺栓出现断裂的现象。断裂原因何在？如何解决？知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page10指标螺栓抗拉强度(Mpa)硬度(HV)金相组织断口分析发黑螺栓1028～1063HV339～345回火马氏体韧性断裂镀锌螺栓1010～1096HV339～341回火马氏体韧性断裂性能分析表：强度等级：性能等级分为：3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10个等级，8.8级以上为高强度等级螺栓。9.8级:抗拉强度900MPa，屈强比0.8，屈服强度900×0.8=720MPa知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page11知识回顾和问题知识回顾:1、键连接的类型和构造；2、键连接的强度校核，键的选择；3、花键连接、无键连接和销连接；4、键连接的失效形式。安徽科技大学机械工程学院Page12知识回顾和问题问题:1、平键联接的失效形式是什么？经校核若强度不够时，应采取哪些措施？2、按齿形分，花键分为哪几类？如何选择应用？3、普通平键的工作面是什么？安徽科技大学机械工程学院Page131）带传动的类型、工作原理、特点、应用及目前汽车传动带最新技术进展。2）带传动的受力分析、应力分析与应力分布图、弹性滑动和打滑的基本理论。3）带传动的失效形式、设计准则、普通V带传动的设计计算方法和参数选择原则，带的张紧。问题：3）带传动的设计步骤与方法是什么？1）弹性打滑与打滑有何区别？2）带传动的主要失效形式是什么？4）V带传动设计的评价指标是什么？知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page14三、设计数据及内容设计数据设计内容四、设计步骤与方法②根据Pca、n1选择带型号①确定计算功率Pca：PKPAcaP、n1、n2(i)传动位置要求（中心距a）工作条件等带：型号、根数、长度轮：直径、结构尺寸轴压力Q等小轮直径D1min，要求D1≥D1min)1(12DiD验算带速V③定带轮直径D1和D2工作情况系数见表8-7根据计算功率查表安徽科技大学机械工程学院Page15100060/11nDV要求:最佳带速V=20~25m/sV太小:由P=FeV可知，传递同样功率P时，圆周力Fe太大，寿命↓V太大:离心力太大，带与轮的正压力减小，摩擦力↓，承载能力↓知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page16④求中心距a和带的基准长度Ldb)由a0定计算长度:02122104)()(22aDDDDaLdc)按相关表定相近的基准长度Lda)初选a0：)(2)(7.021021DDaDD20ddLLaad)由Ld求实际中心距:e)考虑到中心距调整、补偿F0，中心距a应有一个范围。⑤验算小轮包角:3.57180121aDD)90(1201不满足则采取措施：1）a↑(i一定)2）加张紧轮⑥计算带的根数Z：KKKPPPZLca)(00安徽科技大学机械工程学院Page17⑧求带作用于轴的压力Q2sin210ZFQzF0Q1zF0QzF0zF0⑦确定带的初拉力F0（单根带）20)5.2(500VqKKVZPFcaq单位带长的质量知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page18评价——1ZVFQF0a小2~410~20小适当120°知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page191）齿轮传动的设计准则。2）齿轮传动的计算载荷。3）直齿圆柱齿轮轮齿受力分析和齿根弯曲疲劳强度计算。问题：3）如何进行直齿圆柱齿轮受力分析？1）齿轮传动的设计准则是什么？2）载荷系数K代表的意义是什么？4）齿根弯曲疲劳强度计算的校核公式中有哪些影响参数？Fnc=KFnKKKKKvA载荷系数：FdsaFaFZmYYYKT][22131知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page201、直齿圆柱齿轮传动的强度计算：轮齿的受力分析，齿根弯曲疲劳强度计算和齿面接触疲劳强度计算。2、强度计算的计算说明，设计参数的选择，齿轮精度等级；3、标准斜齿轮和标准锥齿轮的强度计算；1、齿向载荷分布系数Kβ的主要影响因素是什么？2、在齿根弯曲疲劳强度计算的设计公式中相关参数如何取？K、Z1、Φd、YFaYSa/[σ]F123、如图所示一对标准斜齿圆柱齿轮传动，分析主动轮（右旋）1的轴向力？ω1知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page211、齿轮传动的失效形式；1）轮齿折断——闭式硬齿面齿轮的主要失效形式2）齿面疲劳点蚀——闭式软齿面齿轮的主要失效形式3）齿面磨损——开式齿轮的主要失效形式4）齿面胶合——高速重载齿轮的主要失效形式5）齿面塑性变形——低速重载齿轮的主要失效形式齿轮失效案例：高速双面印刷机中一过桥斜齿轮，材质系40Cr钢，经热处理。工作转速为10000rpm。在运行中发生失效，组件窜出，部分齿小块折裂。经化学分析，材质符合40Cr钢的技术条件。知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page22齿面接触疲劳强度准则齿根弯曲疲劳强度准则软齿面齿轮（HBS≤350）硬齿面齿轮（HBS350）闭式齿轮传动齿面疲劳点蚀齿根弯曲疲劳折断开式齿轮传动齿面磨损增大m和降低许用弯曲应力2、齿轮传动的设计准则；知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page233、齿轮传动的载荷计算；KKKKKvA载荷系数：工作情况系数动载荷系数齿向载荷分布系数齿间载荷分配系数知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page241）齿向载荷分布系数Kβ的主要影响因素是什么？影响因素(1)支承情况对称布置——好非对称布置——差悬臂布置——差(2)齿轮宽度↑齿向载荷分布系数↑(3)齿面硬度越高，越易偏载，齿面较软时有变形退让。(4)制造、安装精度越高，齿向载荷分布系数越小。知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page251)在齿根弯曲疲劳强度计算的设计公式中相关参数如何取？K、Z1、YFaYSa/[σ]F4、齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度计算公式参数表示的意义；知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page263211][12HEHdZZZuuKTd2)接触疲劳强度的设计公式：知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page271）如图所示一对标准斜齿圆柱齿轮传动，分析主动轮（右旋）1的轴向力？12ω1Ft1=－Ft2Fr1=－Fr2Fa1=－Fa2主从动轮受力大小相等、方向相反。Fn1=－Fn25、斜齿圆柱齿轮传动轮齿的受力分析；cos/ntrtgFF径向力：)20~8(圆周力：11/2dTFt轴向力：tgFFtatbtntnFFFcoscos/coscos/法向力：知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page281、蜗杆传动类型，特点及应用；2、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算;3、蜗杆传动变位特点（自学）；4、蜗杆传动的失效形式、设计准则，常用材料及选择原则，蜗杆传动的受力分析。径向力Fr——指向各自轴线。轴向力Fa1——蜗杆左(右)手螺旋定则。圆周力Ft——主反从同。21112atFdTF圆周力：22212dTFFta轴向力：tan221trrFFF径向力：iTT12蜗杆主动时：知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page293、下图所示传动机构，确定各轴的回转方向，蜗轮轮齿的螺旋方向，蜗轮蜗杆所受各力的方向和位置。1234右旋蜗杆（主动）ХХ1、确定蜗杆的头数zl和蜗轮的齿数z2应考虑哪些因素？2、蜗杆传动的失效形式和设计准则是什么？知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page30例题：在图示传动系统中，件1和2均为斜齿圆柱齿轮，件3为蜗杆，件4为蜗轮。已知齿轮1轮齿螺旋线方向为左旋，其转向如图所示，输入轴转速n1=960r/min，输入功率P=3kW，齿轮齿数，Z1=21，Z2=62，法向模数mn=2.5mm，分度圆螺旋角β=8.849725，分度圆柱上的法面压力角αn=20。××ⅠⅡ齿轮1齿轮2蜗杆3蜗轮4电动机·A·B请回答下列问题：知识回顾和问题安徽科技大学机械工程学院Page311）齿轮2的轮齿螺旋线方向是旋。（1分）2）在图中画出齿轮1、齿轮2在节点A所受的轴向力Fa1和Fa2、圆周力Ft1和Ft2、径向力Fr1和Fr2的方向并计算其大小。（6分）3）为使在Ⅱ轴上的齿轮2与蜗杆3的轴向力相互抵消一部分，蜗杆3的螺旋线方向应该是旋，并在图中画出蜗杆的旋向；在节点B处画出蜗杆3所受的轴