机械设计考点总结

开课单位：机械基础中心主讲教师冯海全15247192984参考书目1.《机械设计》濮良贵、纪名刚主编.高等教育出版社.第八版2.《机械设计课程设计指导书》龚桂义主编.高等教育出版社3.《机械设计课程设计图册》龚桂义主编.高等教育出版社1、学期成绩评定：A：期末考试成绩（70％）B：课后作业（20％）C：实验成绩（10％）2、课程要求：A：独立完成作业B：按时交作业，迟交无成绩C：作业总量不足2/3，取消考试资格D：点名3次不到者取消考试资格重点和难点第一章：基本概念（机械，构件，零件，部件）第二章：失效形式，设计基本要求，计算准则，设计方法第三章：极限应力图的绘制及应用，单双向变应力疲劳强度第四章：摩擦基本性质，典型磨损过程，润滑剂的特性第五章：螺纹连接的类型，防松，受力分析，强度计算，螺旋第六章：键连接的功能、分类，键连接的强度计算第八章：受力分析，临界摩擦力，应力分布，弹性打滑，设计第十章：失效形式和设计，材料与热处理，受力分析，强度计算设计参数选择，斜齿轮受力分析和计算，圆锥齿轮受力分析第十一章：传动特点，类型，主要参数，受力分析第十二章：结构型式，轴瓦结构，液体动力润滑，承载能力第十三章：轴承的代号，寿命计算，固定，调整，密封，润滑第十四章：联轴器，离合器类型，特点及应用第十五章：轴的结构设计，强度计算失效零部件不能满足工作要求称为失效。机械零件的主要失效形式破坏正常工作条件引起的失效：打滑、共振、胶合整体断裂：拉、压、弯、剪、扭零件表面的破坏：腐蚀、磨损，接触疲劳过大的残余变形§2-4机械零件的主要失效形式§2-5设计机械零件时应满足的基本要求一、避免在预期寿命期内失效的要求强度、刚度、寿命二、结构工艺性的要求零件具有良好的结构工艺性三、经济性要求零件本身的生产成本要低四、质量小的要求减小质量的优点：节约材料、减小惯性五、可靠性要求§2-6机械零件的计算准则设计准则计算公式失效形式典型零部件强度准则σ≤σlim/S断裂、疲劳破坏、残余变形轴、齿轮、带轮等刚度准则y≤[y]弹性变形轴、蜗杆等寿命准则满足额定寿命腐蚀、磨损、疲劳滚动轴承等振动稳定性准则0.85ffp或1.15ffp共振产生的工作失常滚动轴承、齿轮、滑动轴承R=N/N0可靠性准则§2-7机械零件的设计方法一、设计方法分类1、常规（传统）设计方法：理论设计、经验设计、模型实验设计2、现代设计方法二、常规设计方法理论设计：根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计。（以受拉杆为例）Slim或SAFlim对公式的两种处理方法：A、设计计算：limSFAB、校核计算：1)应力校核3)校核安全系数2)力校核4)校核极限应力][AFAF][SSlimcaSlim零件的极限应力线图ADGCOσaσmσSσ-12/0σ-1e=σ-1/Kσ45°45°σ0/2KσA′D′式中：σ-1－材料对称循环弯曲疲劳极限σ-1e－零件对称循环弯曲疲劳极限e11KADGCOσaσmσS20σ0/2Kσ45°σ-1e=σ-1/KσMNM1'N1'1、r=C的情况mamax1maam1'me'ae'max)(KKSKOMOMSma1max'maxlimca'SONONSmaSmaxSlimca''11minmaxminmaxmaCrrADGCOσaσmσS20σ0/2Kσ45°σ-1e=σ-1/KσMNM2'N2'H2、σm=C的情况KKKm1me1'max)()1(SKKS)()(amm1max'maxlimcaAGCOσaσmσS45°MNM3'N3'LIJSKKS)2)(()(2minamin1max'maxlimca3、σmin=C的情况（二）单向不稳定变应力时疲劳强度计算分类：非规律性、规律性不稳定变应力n1n2n3n4nσ4σ3σ2σ1σmaxOσ-1∞1332211NnNnNn当损伤率达到100%时，材料发生疲劳破坏，故极限状况为11ziiiNn2.2~7.01ziiiNn规律性不稳定变应力研究方法：疲劳损伤累积假说（Miner法则）n1n2n3Nσ3σ2σ1NDOσrN1N2N3σ-1∞Oe1ae1aDD′BCC′AMM′（三）双向稳定变应力时疲劳强度计算1''2e1a2e1aODODOCOCOMOMS'''cae1ae1ae1ae1a,'',,''ODODOCOCacaae1acae1a''SS，即acaae1acae1a''SS，即12e1aca2e1acaSSτae1Sσae1S12σca2τcaSSSS2τ2στσcaSSSSS二、滑动摩擦分类1、干摩擦：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：当运动副的摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦。3、流体摩擦：当运动副的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。4、混合摩擦：当摩擦状态处于边界摩擦及流体摩擦的混合状态时的摩擦。边界润滑、流体润滑、混合润滑三、摩擦状态的判定方法2/12221min)(qqRRhhmin－两滑动粗糙表面间的最小公称油膜厚度，μm；Rq1、Rq2－分别为两表面轮廓的均方根偏差，μm。λ1，边界摩擦（润滑）状态；λ3，流体摩擦（润滑）状态；1≤λ≤3，混合摩擦（润滑）状态。膜厚比：二、磨损的类型（磨损的机理）1、粘附磨损2、磨粒磨损3、疲劳磨损5、机械化学磨损（腐蚀磨损）4、流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损（冲蚀磨损）6、微动磨损（微动损伤）性能指标：1）粘度2）油性3）极压性4）闪点5）凝点6）氧化稳定性2、润滑脂钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑脂、铝基润滑脂性能指标：1）针入度（或稠度）2）滴点3、固体润滑剂石墨、二硫化钼、氮化硼、蜡、聚氟乙烯、酚醛树脂§4-3润滑剂、添加剂和润滑方法一、润滑剂1、润滑油有机油、矿物油、化学合成油润滑的目的：减小摩擦和磨损、冷却、吸振、防锈、密封等。4、气体润滑剂§5-2螺纹连接的类型及标准连接件一、螺纹连接的基本类型1.螺栓连接：普通螺栓连接：应用广泛，两被连接件不太厚，便于从两边装配。铰制孔用螺栓连接：受横向载荷。普通螺栓连接铰制孔用螺栓连接2.双头螺栓连接：被连接件之一较厚，常拆卸。双头螺柱连接3.螺钉连接：不常拆卸。螺钉连接4.紧定螺钉连接5.其它类型：吊环螺钉T形槽螺栓地脚螺栓§5-4螺纹连接的防松一、螺纹连接松动的原因1、冲击、振动和变载荷作用的场合；2、高温或温度变化较大的场合。二、螺纹连接防松的根本问题在于防止螺旋副在受载时发生相对转动。三、防松的方法按工作原理可分为三类：（p71表5-3）1、摩擦防松2、机械防松3、不可拆卸防松（铆冲；粘接；焊接）1、受横向载荷的螺栓组连接特点：普通螺栓、铰制孔用螺栓皆可用，外载荷垂直于螺栓轴线、防滑普通螺栓——受拉伸作用铰制孔螺栓——受横向载荷剪切、挤压作用。单个螺栓所承受的横向载荷相等zFFz－螺栓的数目铰制孔用螺栓，工作剪力F：普通螺栓：FKzifFs0或fziFKFs0f－接合面的摩擦系数，见表5-5；i－接合面数；Ks－防滑系数，Ks=1.1～1.3；2、受转矩的螺栓组连接（1）圆形接合面：单个螺栓所受横向载荷rzTF（2）矩形接合面a)普通螺栓连接由静平衡条件：0TTKrfFrfFrfFSz02010ziiSzSrfTKrrrfTKF1210)(则各个螺栓所需的预紧力为：∴连接件不产生相对滑动的条件为：0fF0fFb)铰制孔用螺栓连接由变形协调条件可知，各个螺栓的变形量和受力大小与其中心到接合面形心的距离成正比zzrFrFrF2211由假设——板为刚体不变形，工作后仍保持平面，则剪应变与半径成正比。在材料弹性范围内，应力与应变成正比iiiirrFFrFrFmaxmaxmaxmax由静平衡条件：0TTrrFrrFrrFrrFTrFrFrFzizzz12maxmax2maxmax22maxmax21maxmax2211ziirrTF12maxmax3、受轴向载荷螺栓组连接单个螺栓工作载荷为：F=FΣ/zFΣ——轴向总载荷z——螺栓数目FΣ（一）松螺栓连接强度计算如吊钩螺栓，工作前不拧紧，只有工作载荷F起拉伸作用。强度条件为：][421dF][41Fd—验算公式—设计公式F——工作拉力（N）d1——螺纹小径（mm）[σ]——许用拉应力N/mm2(MPa)F（二）紧螺栓连接强度计算紧螺栓连接——工作前有预紧力F0工作前拧紧，存在拧紧力矩T1的作用预紧力F0→产生拉伸应力σ螺纹摩擦力矩T1→产生剪应力τ复合应力状态:21041dFvvvTdddFddFWTtantan1tantan24161)tan(21221031201按第四强度理论，计算应力：3.1322ca5.0取tan≈0.17，≈1.04～1.08，tanψ≈0.05v12dd1、仅承受预紧力的紧螺栓连接FF∴强度条件为：][43.1210dFca承受横向工作载荷FF0F0FfF0若f=0.2，则：FF502、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接F0λmλbΔλF1F1F0F0F0F2F2FFΔλ螺栓连接拧紧前螺栓连接拧紧，承受工作载荷F螺栓连接拧紧，在承受工作载荷前承受轴向工作载荷的紧螺栓工作分析b螺栓总变形量被连接件总变形量mF1称为残余预紧力λbF0θbF0λmθmF0力变形λbθbθmλmΔλFF1F2单个紧螺栓受力与变形关系仅承受预紧力F0时：螺栓受力变形被连接接件受力变形承受工作载荷F后：紧螺栓连接需保证被连接件的接合面不出现缝隙，残余预紧力F10。密封性连接，F1＝（1.5～1.8）F；一般性连接：F无变化，F1＝（0.2～0.6）F；F有变化，FR＝（0.6～1.0）F；地脚螺栓连接，F1≥F。F2=F1+F力变形Ob变形力OmΔλF0力变形λbθbθmλmFF1F2紧螺栓连接各力与连接刚度之间的关系总载荷F2：预紧力F0：FCCCFFCCCFFmbmmbb110)1(螺栓的相对刚度ΔFbbbCFtan0mmmCFtan0mbmbCCFFFtantanFCCCFmbbFFF02FCCCFFmbb02mbbCCC或)(10FFFF螺栓工作的总载荷：F2=F1+F根据螺栓受载情况求出工作载荷F承受轴向载荷的紧螺栓计算过程][43.1212dFca强度条件：计算总拉伸载荷F2根据工作要求选取残余预紧力F1或：][3.1421Fd§6-1键连接一、键连接的功能、分类、结构型式及应用键连接的类型：平键、半圆键、楔键、切向键键的功用：键是一种标准件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动。2、键连接的强度计算挤压强度条件：][102p3pkldTTdFFb][1023pkldTp导向平键和滑键强度条件：[p]－键、轮毂、轴三者中最弱材料的许用压力，MPaT－传递的转矩，N·mk－键与轮毂键槽的接触高度，mml－键的工作长度，mmd－轴的直径，mm[σp]－键、轮毂、轴三者中最弱材料的许用挤