机械设计学复习纲要

机械设计学复习纲要机设092班张jie第一章绪论1.什么是机械？机械是机器和机构的总称，完成做功的具体机器以及传递动力和运动的各类机构的总称。2．机械设计的主要特点有哪些？（1）多解性（2）系统性(3)创新性3.机械设计的学科组成。（1）功能原理设计（2）实用化设计（3）商品化设计4.现代设计主要包含的技术及设计方法有哪些？CAD/CAM/CAE技术CIMS工程，并行工程，优化设计，反求工程，逆向工程，有限元方法，可靠性设计，创新设计，快速响应设计，虚拟设计方法等。5.近代“机械设计学”的核心内容有哪些方面？（1）“功能”思想的提出和发展（2）“人机学”思想的形成与发展（3）“工业设计”科学体系的发展和成熟6.机械产品设计从设计构思的角度可归纳为那三步？（1）创意重点在于新颖性。（2）构思重点在于创造，既要构思一种新的技术方向或功能原理来实现某种创意。（3）实现重点在于验证构思的合理性。7.机械设计按照其创新程度可分为哪是三种？（1）适应性设计（2）变型设计（3）创新设计第三章机械产品的功能原理设计1.任何一种机械的更新换代都存在那三个途径？（1）改革工作原理（2）改进工艺、结构和材料提高技术性能（3）加强辅助功能使其更适应使用者心理2．构思钞票逐张分离的工作原理。（1）推括（2）摩擦（3）离心力（4）重力（5）粘力（6）气吹（7）气吸（8）静电3．功能原理设计的特点是什么？（1）用一种新的物理效应来代替旧的物理效应，使机器得工作原理发生根本变化。（2）引入某种新技术（新材料，新工艺……）。（3）功能原理设计使机器品质发生质的变化。4．功能原理设计的主要任务是什么？寻找一种“物理效应”和相应的“作用原理”以实现所追求的“功能目标”。5.功能原理设计的主要工作内容是什么？（1）明确功能目标（2）构思实现功能目标的解法原理6.结合喷墨（激光）打印机，分析功能目标，物理效应和作用原理。打印机的功能目标都是实现喷墨，将墨水喷到纸上，从而将电子文档的文字、图像符号等使之呈现在纸张上面；为了实现这一目标出现了两种技术，一种就是利用液体受热气化的物理效应，在毛细管口产生气泡将墨水滴喷出;而另外一种用压电晶体在受电场作用时产生变形的物理效应，将墨水腔中的墨水挤出，达到喷墨的效果。7.根据系统工程学用“黑箱”来描述功能，请描述采用的哪三种转换？任何一个技术系统都有输入和输出，把技术系统看作一个黑箱，其输入物料流M、信息流S和能量流E来描述，其输出用相应的M'、S'和E'来描述。（常用的能量流如机械能、热能、电能、化学能、光能、核能；常见的信息流如各种测量值、输入指令、数据、图像；信息的载体可以是机械量、电量、化学量，信息的形式可以是模拟量或数字量；常见的物料流如气体、液体或各种形式的固体）。8.分析硬币计数包卷机总功能的分析方法（功能分解图、功能结构图）并绘制该图。黑箱法描述硬币机的总功能：功能分解：直接实现总功能的各分功能称为一阶分功能；实现一阶分功能的分功能称为二阶分功能，并以此类推。分解到末端的为功能元。如下图：功能结构图：9.功能的分类：10．简单动作功能的求解思路：几何形体组合法，即针对功能目标，对几个构件的几何形状进行构思组合。11.复杂动作功能的求解思路：基本机构组合法。12.完成工艺功能的三个主要因素是什么？（1）工作头的形状（2）运动方式（3）作用场13.工艺功能的分析方法（物场分析法）。所谓的物场分析发法就是在任何一个最小技术系统中，至少有一个主体S1，一个客体是S2和一个作用场F，主体是对客体发出作用的物体，也就是所说的工作头（或工具）；客体就是被加工的物体，也就是工艺动作的对象物体；场，是指主体向客体作用时发出的力、运动、电磁、热、光……一切作用场。第四章机械功能原理的实现----机械运动系统的方案设计1.机构一般难能实现的功能有哪些？（1）实现运动形式或运动规律的变换的动作功能（2）实现开关、连锁和检测等动作功能（3）实现程序控制或手动控制功能2.一切机器都包含那四个部分？动力机、传动机构、执行机构和控制部分3．使机构具备有利的传力条件是什么？推导图4—10所示剪切机利用止点位置增力机构的实现原理。4.机械运动协调设计的控制方法有哪两种？（1）集中驱动，分散控制（2）集中控制，分散驱动第五章机械产品的实用化设计1.产品设计活动需要进过哪些阶段？（1）了解社会需求。（2）量化设计要求，拟定设计任务，进行功能原理设计。（3）实用化设计和商品化设计及制造和销售。2.产品设计的核心工作即为内部空间设计。核心技术：是指实现总功能的主要要求的技术。关键技术：是指实现某种功能过程中需要解决的技术难题。3.机器的总体参数包括其各部分的性能、结构参数。4.总体参数的确定方法有哪些？（1）理论计算法（2）经验公式法（3）相似类比法（4）实验法5.总体参数确定的一般思路。（1）首先初定参数（2）据此进行初步设计（3）根据初步设计结果推算总体参数的精确值（4）再对初步设计进行修正6.合理的总体参数应符合的条件：先进性与实用性。7.机械传动系统由哪几部分组成？一般传动系统由定传动比机构、变速机构、运动转换机构、操纵控制机构等几部分组成。8．机构传动链的类型有哪些？机构传动链的类型有外联传动链、内联传动链两种。联系动力源与执行件之间的传动链成为外联传动链；由复合运动之间的内部联系所构成的传动链叫内联传动链。只有复合运动才有内联传动链。但是无论简单运动还是复合运动，都必须有一条外联传动链。第六章机械机构设计1.零件的基本功能有哪些？传递运动和动力、承担载荷、保证或保持有关零部件之间的相对位置或运动感轨迹。2.什么是零件的相关？有哪些分类？及简述相关图的连线方法。零件之间的确定性的关系成为零件的相关。零件的相关可分为直接相关和间接相关。通过零件表面直接接触实现的相关关系称为直接相关；而某些零件之间的某些关系需要通过其他零件之间的一系列直接相关关系的组合来实现，像这种相关称为间接相关。在相关图中一般用实线表示直接相关，用虚线表示间接相关。3．什么是零件的结构要素？工作要素与连接要素又分别指什么?构成零件形体的表面称为零件的结构要素。一个零件与其他零件形成直接相关关系的结构要素，或与工作介质相接触的结构要素称为工作要素（或工作表面），其他的结构要素称为连接要素（连接表面）。5.结构设计的基本原则有哪些？（1）明确功能明确、原理明确、工作状态明确。（2）简单（3）安全可靠6.为保证安全可靠性而采取的技术措施有哪些？（1）直接安全技术（2）间接安全技术（3）提示性安全技术7.结构设计原理有哪些？（1）等强度原理（通过最小成本实现给定功能）（2）变形协调原理（常见预紧）（3）任务分配原理（4）自助原理（自加强、自平衡、自保护）（5）稳定性原理8.提高静强度的方法有哪些？（1）采用合理的截面形状（2）载荷分流（3）载荷均布（4）改善轴系支撑结构（5）充分发挥材料的特性（6）合理强化9.提高静刚度的设计方法有哪些？（1）采用绗架结构（2）合理布置支撑（3）合理布置隔板与肋板10.提高疲劳强度的设计方法有哪些？（1）缓解应力集中（2）避免应力集中源的聚集（3）降低应力幅11.提高接触强度与接触刚度的设计方法有哪些？（1）增大综合曲率半径（2）增加接触元素数量（3）用低副代替高副（4）通过预紧提高接触刚度12.如何在消耗较少材料的前提下获得较高的强度和刚度？（1）通过结构设计减少应力与变形（2）改善零件的受力状况（3）预加载荷（预紧，预加载荷提高刚度，减小工作时再变形为目的）。13.分析弹性强化和塑性强化的区别。如果预加载荷只使材料发生弹性变形，则称为弹性强化。构件在受工作载荷之前预受一个与工作载荷相反的载荷，产生一个相应的预变形，工作时该预加载荷部分地抵消工作载荷，预变形部分抵消工作变形，从而降低了构件的最大应力如果预加载荷使材发生塑性变形，则称为塑性强化。使构件在工作状态下应力最大那部分材料预先经塑性变形而产生一个与工作应力符号相反的残留应力，用以部分地抵消工件应力。14.简述误差传递规律。由多级传动机构组成的传动系统在将输入运动传递到输出级的同时，也将各级传动机构所产生的误差向后续机构传递（如下图）。i1i2i3W1IW2IIW3IIIW4如图所示，各级的转速分别为：第一级：第二级：最后一级：通过分析误差的构成，我们可以发现，如果多级传动的最后一级选择较大的传动比，则使前面各级产生的误差对最后的运动输出基本不起作用，只要为最后一级传动零件选择较高精度，即可提高整个传动系统的传动精度。15.材料的工艺性能问题。（1）力学性能要求不高的一般零件：毛坯——正火（退火）——机加工——零件（毛坯一般为碳钢或铸铁）。采用型材直接加工成零件，则因材料出厂前已经过退火及正火，就不必再经过热处理了。（2）力学性能要求较高一般的零件：毛坯——正火（退火）——粗加工——热处理——精加工预先热处理中的正火(低、中碳钢)或退火(中、高碳钢)的主要作用是消除组织缺陷和改善机械加工性能，例如各种合金钢、高强度合金制造的齿轮轴等均采用这种工艺。预热处理的作用：消除缺陷。（3）要求较高的零件：加工工艺一般较复杂，性能与尺寸要求较高，零件用材料的工艺性能应充分保证。此外，选择材料时，根据毛坯制造工艺要考虑材料的锻造性能、铸造性能、焊接性能等。例如需要焊接的零件要选用低碳钢。16.机械设计与制造过程中常用的材料有哪些？常用的材料有：铸钢、钢、铸铁、球墨铸铁、有色金属、非金属材料、复合材料。17.按化学成分分，分析钢的分类。18.材料选择应注意的问题。（1）材料的工作能力问题。（2）材料的工艺性问题。（3）材料的经济性问题。19.精度设计中应考虑的问题。（1）零部件的形状、尺寸及相对位置的准确度，直接关系着机械装置所实现的预定功能的效果。（2）成本与精度的关系。第七章产品设计中的几个主要问题1.疲劳破坏可分为那三个阶段？(1)疲劳裂纹萌生由局部塑性应变集中引起，有三种常见的裂纹萌生方式：滑移带开裂；晶界和孪晶界开裂；夹杂物与基体的界面开裂。(2)疲劳裂纹的扩展。(3)失稳断裂损伤逐渐积累到临界值时，即发生瞬间的断裂破坏。2.低周疲劳的概念？概念:在循环加载过程中，当应力水平很高，应力蜂值σmax接近或高于屈服强度而进入塑性区时,每一应力循环有少量塑性变形，呈现σ—ε滞后回线，以至循环次数很低时就产生疲劳破坏。3.低周疲劳的特点？（1）应力水平高。σmax≥σs（2）循环次数少。N≤103（3）应变在疲劳破坏中起主要作用（4）断裂寿命的变化对循环应力的高低已不敏感。4.摩擦学研究的内容。综合考虑机械系统中运动表面、能量和材料的消耗问题。主要有：（1）相互作用两表面间的物理、化学、机械作用；（2）摩擦、磨损、润滑的测量及计算方法；（3）阻摩材料及减摩材料，极端条件下的摩擦与磨损以及润滑方面的理论。5.接触表面的形态。机械零件的表面与理想表面不同，是由制造形状误差、波度，表面粗糙度和纹理构成。6.零件的磨损过程大致可分为那三个阶段？（1）磨合阶段：磨合（跑合）：是指新的零件在运转初期的磨损，磨损率较高。（2）稳定磨损阶段：属于零件正常工作阶段，磨损率稳定且较低。这一阶段的长短直接影响机器的寿命。（3）剧烈磨损阶段：零件经长时间工作磨损以后，表面精度下降，表面形状和尺寸有较大的改变，破坏了原有的间隙和润滑性质，使效率降低，温度升高，冲击振动加大，导致磨损加剧，最终导致零件报废。7.滑动摩擦的机理机械——分子理论。机械——分于理论认为，摩擦过程既要克服分子相互作用力，又要克服机械作用的阻力。摩擦力是接触点上因分子吸引力和机械作用所产生的切向阻力的总和。认为两种作用均有。8.减小磨损的主要方法有哪些？（1）润滑是减小摩擦、减小磨损的最有效的方法。合理选择润滑剂及添加剂，适当选用高粘度的润滑油、在润滑油中使用极压添加剂或采用固体润滑剂，可以提高耐疲劳磨损的能力。(2)合理选择摩擦副材料。由于相同金属比异种金属、单相金属比多相金属粘着倾向大，脆性材料比塑性材料抗粘着能力高，所以选择异种金属、多相金属