机械设计基础总复习

机器—由机构和零件组成，能作功或完成能量转换机构—由构件和零件组成，只能传递运动和动力一．机械是的总称零件—是制造的单元构件与零件的区别构件—是相对运动单元二．机械零件失效形式——断裂、塑性变形、过大弹性变形、压溃、过度磨损、疲劳点蚀及胶合。计算准则——强度准则、刚度准则、耐磨性准则、振动稳定性准则第0章机械设计概论载荷和应力静载荷、静应力变载荷、变应力脆性材料制造的零件：σlim=σB零件的极限应力σlim塑性材料制造的零件：σlim=σS静应力下若N＜N0，σlim=KNσr若N≥N0，σlim=σr变应力下σlim=σrN许用应力[σ]=σlim/[S]安全系数[S]=σlim/[σ]三．零件强度计算第一章机械系统的运动简图设计机构具有确定运动的条：计算公式：F=3n-2pL-pH注意事项：复合铰链、局部自由度和虚约束的判别及其处理机构的原动件数目=机构的自由度数目二．平面机构自由度计算一．平面机构运动简图绘制1．运动副及其分类、表示方法、规定画法2．构件类型、表示方法及规定画法3．机构运动简图及其绘制方法第2章平面连杆机构一．铰链四杆机构结构分析－机架、连架杆（曲柄、摇杆）和连杆１．最短杆与最长杆的长度和应小于或等于其他两杆的长度之和；——杆长条件２．连架杆和机架中有一杆是最短杆。类型及特点急回特性－θ、Ｋ传力特性－γmin、α死点位置及其克服方法双曲柄机构－无死点位置双摇杆机构－有死点位置演变机构曲柄滑块机构导杆机构曲柄摇块机构定块机构偏心轮机构有曲柄条件重点曲柄摇杆机构重点二．四杆机构设计按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构按给定的行程速比系数K设计四杆机构导杆机构按连杆预定的位置设计四杆机构重点曲柄摇杆机构曲柄滑块机构重点第3章凸轮机构设计一.凸轮机构类型三.盘状凸轮轮廓曲线设计对心直动尖端从动件盘状凸轮轮廓设计（重点）对心直动滚子从动件盘状凸轮轮廓设计二.从动件的运动规律选择基本术语（基圆，推程，远休止角，回程，近休止角）——重点从动件位移线的绘制等速运动规律等加等减速运动规律第5章齿轮传动设计1.齿轮传动类型、特点及应用，齿廓啮合基本定律；2．渐开线及其特性、齿轮几何尺寸计算（直圆柱齿轮）—重点3．齿轮正确传动、连续传动条件:齿轮正确传动条件m1=m2=m直齿圆柱齿轮传动1=2=mn1=mn2=mn斜齿圆柱齿轮传动n1=n2=nβ1=-β2直齿锥齿轮传动m1=m2=m1=2=1+2=4．齿轮加工原理及方法；5．齿轮传动失效形式及计算准则、材料选择；6．齿轮传动受力分析——重点O2O1Fa2Ft1Fr1Ft2Fr2Fa1n2n1斜齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮直齿锥齿轮圆周力Ft径向力Fr圆周力Ft径向力Fr轴向力Fa圆周力Ft径向力Fr轴向力FaFr1Fr2Ft2Ft1n1n2n1n2Fr2Fa2Fa1Ft2Ft1Fr1各力方向判定圆周力Ft主动轮——受阻力，Ft1与力作用点线速度的方向相反；从动轮——受驱动力，Ft2与力作用点线速度的方向相同径向力Fr—分别指向各自的轮心斜齿轮传动——用“主动轮左、右手定则”来判断轴向力Fa锥齿轮传动——分别指向各轮轮齿的大端Ft1=-Ft2Fr1=-Fr2Ft1=-Ft2Fr1=-Fr2Fa1=-Fa2Ft1=-Ft2Fr1=-Fa2Fa1=-Fr28．齿轮强度计算7.齿轮传动的参数选择——重点齿数Z1闭式软齿面齿轮——Z1=24～40闭式硬齿面齿轮——Z1=17～25开式齿轮——Z1=17～20模数m——在满足齿根弯曲强度要求的前提下，尽可能取小些，对于动力传动齿轮必须使m≥1.5mm。Z2=iZ1——圆为整数齿宽系数圆柱齿轮1dbd锥齿轮RbR=0.25～0.3斜齿轮的螺旋角β——一般取β=8°～20°，最佳β=10°～15°，βmax≤25°第6章蜗杆传动设计类型、特点轮齿受力分析—重点蜗杆传动一.几何尺寸计算主要参数及其选择—重点（一）蜗杆传动的主要参数及几何关系1.蜗杆传动的正确啮合条件在蜗杆传动的中间平面内，蜗杆与蜗轮的啮合相对于渐开线斜齿轮与直齿条的啮合，因为两轴线交错角∑=90⁰时，故其正确啮合条件为：（1）蜗杆轴向模数mx1=蜗轮端面模数mt2=标准模数m（2）蜗杆轴向压力角x1=蜗轮端面压力角t2=标准压力角=20º（3）蜗杆分度圆导程角1=蜗轮的螺旋角2，且螺旋线方向相同，同为左旋或同为右旋蜗杆分度圆导程角——蜗杆轮齿的切线与其端面之间的夹角导程（同一条螺旋线上相邻两齿同侧齿廓之间的轴向距离）：pz=z1px蜗杆轴向齿距（相邻两齿同侧齿廓之间的轴向距离）：px=m，效率高，330的蜗杆具有自锁性。d1导程pzpxd1d1γγ导程角与导程的关系导程角：pxtan=====pzd1z1pxd1z1md1z1mqmz1q2.蜗杆头数z1和与蜗杆分度圆导程角z1=1~4η啮=tan/tan（+ρv）====3.蜗杆分度圆直径d1和直径系数qmdq1∵d1=qm≠Z1m4.蜗杆传动的传动比及中心距i==n2z1n1z2d1d2≠∵d1=qm≠Z1mamqz22()（二）蜗杆传动的变位特点蜗杆传动变位目的凑中心距凑传动比由于加工蜗轮的滚刀形状和尺寸要与蜗杆的齿廓形状和尺寸相同，因此蜗杆传动只能对蜗轮进行变位，即变位只改变蜗轮的尺寸，而蜗杆的尺寸保持不变。变位后的蜗轮与蜗杆啮合传动时，蜗杆的分度圆不重合于节圆，蜗轮的分度圆与节圆重合。n1n2Fa2Ft2Fr2Fa1Ft1Fr1圆周力径向力蜗杆上与转向相反蜗轮上与转向相同1tF2tF和指向各自的轮心1rF2rF轴向力：左旋蜗杆用左手法则右旋蜗杆用右手法则蜗杆上用左右手法则判定1aF(四)蜗杆传动的失效形式及强度计算特点1.蜗杆传动的失效形式蜗轮相当于斜齿轮，通常蜗轮齿轮为青铜或铸铁，其机械强度比钢制蜗杆低，故闭式蜗杆传动的主要失效形式为蜗轮齿面疲劳点蚀及齿面胶合。开式蜗杆传动的主要失效形式——蜗轮轮齿的磨损。(三)蜗杆传动的受力分析1.齿面接触强度2.蜗杆刚度（1）蜗杆传动的失效一般发生在蜗轮上，只对蜗轮轮齿进行强度计算，蜗杆的强度按轴的强度进行计算，必要时校核蜗杆的刚度。（2）一般情况下，蜗轮轮齿很少发生弯曲疲劳折断，故一般只计算蜗轮齿轮接触疲劳强度，只有当蜗轮齿数z80-120或为开式传动时，才进行轮齿弯曲疲劳强度计算。2.强度计算特点式中，a——中心距，mm二.蜗杆传动承载能力计算—蜗轮轮齿强度、蜗杆刚度计算三.蜗杆传动热平衡计算——控制温升，防止胶合破坏四.提高传动的散热能力措施轮系的功用及分类定轴轮系传动比计算本章重点本章主要内容轮系的传动比计算定轴轮系传动比计算周转轮系传动比计算复合轮系传动比计算轮系分类本章难点——周转轮系传动比计算第7章轮系设计第8章带传动一.主要内容二.重点及难点（1）带传动的类型、工作原理、优缺点及其应用范围；（2）带与带轮的结构；（3）摩擦型带传动的作用力分析、应力分析、弹性滑动、打滑和滑动率；（4）V带传动的失效形式、设计准则、设计方法和主要参数的选择；（5）带传动的张紧方法和张紧装置。重点（1）带传动的作用力分析、应力分析；（2）带传动的弹性滑动、打滑；（3）带传动的设计和主要参数的选择；难点（1）带传动的应力分析；（2）带传动的弹性滑动、打滑；工作前：带中各处均受一定的初拉力FOO2O1F0F0F0F0紧边∑Ff2-带松边∑Ff1-带O1O2n2T2F1F1F2F2T1n1工作时：主动边被进一步拉紧，拉力由F0增大到F1，称为紧边；另一边拉力减少到F2，称为松边。紧边拉力与松边拉力的差值称为带传动的有效拉力Fe:Fe=F1一F2=∑Ff三.要点分析（一）带传动的力与应力分析1.力的分析带传动工作时，有效拉力Fe与初拉力Fo、紧边拉力F1、松边拉力F2关系：F1+F2=2FoF1-F2=Fe带在带轮上即将打滑时：1e21fFF1）初拉力F0——F0↑，正压力↑，∑Ffmax↑，Felim↑但F0↑↑，磨损加快，带的寿命↓；2）小轮包角α1——α1↑，包围弧↑，∑Ffmax↑，Felim↑α1大小取决于设计参数i、d1、d2及a；3）摩擦系数f——f↑，∑Ffmax↑，Felim↑，f取决于带和带轮的材料。影响Felim的因素)1e21)((2120limfeqvFF带传动的极限有效拉力Felim为：为提高带传动的工作能力，防止打滑，可采用以下措施：（1）安装时保证适当的张紧力；（2）增加带与带轮之间的摩擦力，选用铸铁带轮；（3）增大包角α1。2.带的应力分析(2)拉应力紧边拉应力：σ1=F1/AMPa松边拉应力：σ2=F2/AMPa∵F1＞F2∴σ1＞σ2(3)弯曲应力带绕过小带轮时：112dbdEyσ式中:E—带的当量弯曲弹性模量；y—带的最外层到中性层的距离；dd2、dd1—大小带轮节圆直径。(1)离心拉应力：σc=Fc/A=qv2/AMPa——离心拉应力作用于带的全长。带绕过大带轮时：222dbdEyσ当传动比i≠1时,∵dd2dd1,∴σb2σb1带中应力分布情况σb2σ1σb1α1α2n1n2σCσCσB=σC+σ2+σb1σC=σC+σ2+σb2σD=σC+σ1+σb2σmax=σA=σC+σ1+σb1Eσmax=σA=σC+σ1+σb1带在工作中受到的应力是变化的，故易产生疲劳破坏，它是带传动的主要失效形式之一。带相对1轮的滑动方向α2CD（二）弹性滑动与打滑1.弹性滑动:是带的弹性变形量的变化而引起带与带轮之间微量相对滑动的现象，称为弹性滑动。ιδ1ιδ2vn1n2α1AB产生弹性滑动的原因：（1）摩擦带传动是靠带与带轮之间的摩擦力传动运动和动力；（2）松边与紧边存在拉力差；（3）带是弹性体，可发生弹性变形。1)降低传动效率(V带传动效率η=0.91～0.96)，使带与带轮摩损增加和温度升高。弹性滑动对传动的影响2)使从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1，即：v2v1。从动轮圆周速度相对降低量称为滑动率ε。滑动率ε：%vvv100121F↑则ε↑，正常工作时，ε=1%～2%3)传动比不为常数即：11221ddnni≠常数2.打滑打滑——当传递的有效拉力达到极限值Felim时，过载引起的带与小带轮接面间将发生显著的相对滑动。α2CDvn1n2α1ABF1F1F2F2带与带轮2整个接触弧上发生相对滑动带与带轮1整个接触弧上发生相对滑动β1β2打滑的后果：（1）磨损加剧，寿命下降；（2）急剧发热烧带；（3）传动失稳，导致失效。3.弹性滑动与打滑的本质区别发生在带和带轮的全部接触弧上；带与带轮之间有明显的相对滑动。弹性滑动打滑是带传动正常工作时不可避免的固有特性；是带传动的失效形式，是可以而且应当避免的;只发生在带离开带轮前的那部分接触弧上;带与带轮之间有微量相对滑动。α2CDα1BAn1β2β1弹性滑动打滑α2CDα1BAn1n2β2β11.选取小轮直径d1要注意：（1）保证工作性能：d1≥dmin，以免弯曲应力过大；（2）设计标准化：d1取标准值；（3）满足带速要求：当n一定时，d1太小，导致带速低，当带的型号一定时，单根带传递的功率小，带的根数增多；d1太大，导致带速高，带中离心力增大，也会影响承载能力。（4）合理的传动尺寸：但要求结构紧凑时，应在满足传动能力条件下选用直径较小的带轮；若结构尺寸不受限制，在合理的带速范围内可选用直径较大的带轮。（三）V带传动主要参数选择2.传动中心距ɑOɑO↓↓：尺寸小，包角α1小，传动能力降低，带短，绕转次数u=V/Ld↑，带的疲劳寿命降低。ɑO↑↑：尺寸↑，带的垂度↑，带上下抖动加剧，传动平稳性↓对传动影响推荐0.7(d1+d2)≤ɑO≤2(d1+d2)第9章螺纹连接一.主要内容二.重点及难点（1）螺纹基本知识，螺纹连接类型及螺纹连接件；（2）螺栓组连接的设计，包括螺栓组连接的结构设计、受力分析、单个螺栓连接的强度计算；（3）螺栓连接的预紧和放松，提高螺栓连接强度的措施。重点：螺