華中科技大學機械設計基礎考研核心資料華中科技大學機械考研必備課件之機械設計-大機類機械設計復習

2.機械零件設計的步驟失效：零件失去正常工作的能力計算準則：衡量零件工作能力的指標，是計算零件基本尺寸的主要依據受力分析選擇材料確定計算準則技術文檔

理論計算(參數設計)結構設計強度準則約束條件式1.機械零件的工作能力與計算準則

工作能力：在一定的條件下(載荷、環(huán)境、使用期)，零件不發(fā)生失效的安全工作限度《機械設計》復習要點第一章機械設計概論2.機械零件設計的步驟失效：零件失去正常工作的能力計算準則：3.零件許用的應力許用應力極限應力安全系數脆性材料取強度極限塑性材料取屈服極限(1)靜應力下的極限應力與材料性能有關(2)變應力下的極限應力與材料、循環(huán)次數N、循環(huán)特征r等有關當為對稱循環(huán)變應力時，取其持久極限應力當為脈動循環(huán)變應力時，取其持久極限應力當時，持久極限應力3.零件許用的應力許用應力極限應力安全系數脆性材料取強度極(1)變應力參數(以正應力為例、可將替換)最大應力最小應力應力幅平均應力(2)對稱循環(huán)變應力循環(huán)特征(3)脈動循環(huán)變應力(4)靜應力已知2個參數可確定其余參數4.幾種穩(wěn)定循環(huán)變應力對稱循環(huán)變應力脈動循環(huán)變應力靜應力非對稱循環(huán)變應力(1)變應力參數(以正應力為例、可將替換)最大應力最第二章撓性傳動張緊才能工作1.帶的應力分析(2)離心拉應力(1)拉應力(3)彎曲應力2.帶傳動的彈性滑動和打滑彈性滑動不可避免傳動比隨變化摩擦系數包角張緊力打滑是可以避免的所能傳遞的圓周力丟轉速第二章撓性傳動張緊才能工作1.帶的應力分析(2)離心3.帶傳動的失效形式及設計準則打滑疲勞破壞不打滑不發(fā)生疲勞破壞設計準則失效形式確定單根帶所能傳遞的許用功率根據帶傳動的設計功率確定帶安全工作的根數具體做法：3.帶傳動的失效形式及設計準則打滑疲勞破壞不打滑不發(fā)生疲勞4.帶傳動的設計V帶傳動的設計滿足驗算帶速相應帶輪:膠帶：帶的型號YZABCDE帶的根數

帶的基準長度5.鏈傳動工作情況分析(1)鏈傳動的平均傳動比(2)鏈傳動運動的不均勻性鏈輪轉速越高節(jié)距越大(齒數越少)鏈傳動的動載荷越大4.帶傳動的設計V帶傳動的設計滿足驗算帶速相應帶輪:膠6.鏈傳動的失效及其設計準則與帶傳動設計類似，確定不發(fā)生失效的鏈條規(guī)格，即節(jié)距p(鏈號)7.鏈傳動的設計確定鏈輪齒數運動的不均勻性重量節(jié)圓外移量易脫鏈(防脫鏈)8.帶傳動與鏈傳動的應用場合6.鏈傳動的失效及其設計準則與帶傳動設計類似，確定不發(fā)生失第三章齒輪傳動1.齒輪傳動的失效形式(1)輪齒折斷

(2)齒面點蝕(3)齒面膠合(4)齒面磨料磨損(5)齒面塑性變形第三章齒輪傳動1.齒輪傳動的失效形式(1)輪齒折斷2.設計準則齒面間的接觸疲勞點蝕輪齒的彎曲疲勞折斷齒面接觸疲勞強度條件輪齒彎曲疲勞強度條件失效形式設計準則膠合、磨損、塑性變形等失效運用上述準則，并作相應考慮具體工作條件下，如何運用上述準則閉式傳動軟齒面(硬度≤350HBS)按齒面接觸疲勞強度條件設計按輪齒彎曲疲勞強度條件校核硬齒面(硬度>350HBS)按輪齒彎曲疲勞強度條件設計按齒面接觸疲勞強度條件校核開式傳動按輪齒彎曲疲勞強度條件設計工作條件設計準則2.設計準則齒面間的接觸疲勞點蝕輪齒的彎曲疲勞折斷齒面接觸3.齒輪材料及熱處理(1)鍛鋼(2)鑄鋼(3)鑄鐵(4)非金屬4.直齒圓柱齒輪傳動(1)受力分析力的大小力的方向(2)計算載荷3.齒輪材料及熱處理(1)鍛鋼(2)鑄鋼(3)鑄鐵校核式：(3)齒面接觸疲勞強度條件設計式：(4)輪齒彎曲疲勞強度條件設計式：校核式：校核式：(3)齒面接觸疲勞強度條件設計式：(4)輪齒彎(5)討論1)接觸應力與接觸強度2)彎曲應力與彎曲強度3)齒形系數4)提高齒輪接觸疲勞強度的主要措施5)提高輪齒彎曲疲勞強度的主要措施5.斜齒圓柱齒輪傳動(1)斜齒輪強度計算的特點當量齒輪(2)受力分析力的分解力的大小力的方向計算特點(5)討論1)接觸應力與接觸強度2)彎曲應力與彎曲強度3)尺寸相同時：斜齒輪承載能力大于直齒輪斜齒輪尺寸小于直齒輪外載和材料相同時：(3)斜齒輪的強度條件6.直齒圓錐齒輪傳動的強度條件

(1)直齒圓錐齒輪強度計算的特點當量齒輪計算特點(2)受力分析力的大小主、從動輪上力的關系力的方向(2)精度等級7.齒輪設計中有關參數的選擇原則(1)材料與熱處理方式(3)齒數Z(4)齒寬系數(5)模數(6)分度圓螺旋角尺寸相同時：斜齒輪承載能力大于直齒輪斜齒輪尺寸小于直齒輪外載第四章蝸桿傳動1.蝸桿傳動的類型及其特點普通圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動從運動關系看，蝸桿傳動相當于螺母與螺桿傳動(1)傳動比大i=10~80(2)傳動平穩(wěn)(4)摩擦發(fā)熱大、傳動效率低(3)有自鎖性(蝸桿升角當量摩擦角)在中間平面內，相當于斜齒條與斜齒輪的嚙合(1)正確嚙合條件(2)蝸桿傳動參數及幾何尺寸計算與齒輪傳動相同第四章蝸桿傳動1.蝸桿傳動的類型及其特點普通圓柱蝸桿傳動2.主要參數(1)模數和壓力角(2)蝸桿分度圓直徑直徑系數(3)蝸桿分度圓柱導程角(5)相對滑動速度齒間的摩擦發(fā)熱蝸桿頭數1實現大傳動比或要求自鎖z1=2、4要求效率(4)傳動比i傳動比2.主要參數(1)模數和壓力角(2)蝸桿分度圓直徑直徑閉式傳動開式傳動

失效形式(發(fā)生在蝸輪上)

設計準則3.蝸桿傳動的失效形式和設計準則輪和齒膠齒合面點蝕控制點蝕和膠合：控制折斷(Z2>80)：齒面接觸強度條件輪齒彎曲強度條件控制溫升：熱平衡計算輪齒折斷控制折斷：輪齒彎曲強度條件[注]蝸桿主要是控制軸的變形閉開式失效形式設計準則3.蝸桿傳動的失效形式和設計準則4.材料及熱處理蝸桿蝸輪材料組合減摩耐磨抗膠合碳素鋼合金鋼調質蝸桿：淬火蝸輪：灰鑄鐵鋁鐵青銅鑄錫磷青銅5.普通圓柱蝸桿傳動(1)受力分析力的分解力的方向力的關系力的大小利用赫茲公式、考慮蝸桿傳動特點(2)齒面接觸疲勞強度條件4.材料及熱處理蝸桿蝸輪材料組合減摩耐磨抗膠6.蝸桿傳動的效率和熱平衡計算(2)提高效率的途徑(1)效率(3)熱平衡計算6.蝸桿傳動的效率和熱平衡計算(2)提高效率的途徑(1第五章聯接1.平鍵聯接靜聯接側面壓潰擠壓應力動聯接工作面磨損比壓主要失效形式設計準則鍵的剖面尺寸b、h按軸直徑d從標準中選取鍵的長度l根據輪轂寬度確定第五章聯接1.平鍵聯接靜聯接擠壓應力動聯接比壓主要失效形2.螺紋副的受力(1)螺紋副的效率三角形螺紋效率低、用于聯接其余三種用于傳動(2)螺紋的自鎖條件三角形螺紋最大，自鎖性好用于聯接細牙螺紋螺距小，升角小易滿足自鎖條件3.緊螺栓聯接的強度計算(1)受橫向載荷的普通螺栓聯接2.螺紋副的受力(1)螺紋副的效率三角形螺紋效率低、用于聯(2)受軸向載荷的普通螺栓聯接螺栓相對剛度工作拉力殘余預緊力總拉力螺栓剛度被聯件剛度令總拉力

殘余預緊力預緊力殘余預緊力為：對于有緊密性要求的聯接：＝（1.5－1.8）F；對于一般聯接：工作載荷穩(wěn)定時＝（0.2－0.6）F；工作載荷不穩(wěn)定：＝（0.6－1.0）F；對于地腳螺栓聯接：≥F

1)螺栓和被聯接件的受力與變形(2)受軸向載荷的普通螺栓聯接螺栓相對剛度工作拉力殘余預緊若工作拉力變化：則總拉力：2)減小總拉力變化幅度減少增大3)強度條件4)保證聯接的緊密性剩余預緊力若工作拉力變化：則總拉力：2)減小總拉力變化幅度減少增大3(3)受橫向載荷的鉸制孔螺栓聯接強度條件桿受剪：桿與壁受擠壓：5.螺旋傳動的類型和特點4.螺紋聯接類型與防松(3)受橫向載荷的鉸制孔螺栓聯接強度條件桿受剪：桿與壁受擠第六章軸設計1.軸的結構設計2.軸的強度計算(1)按扭轉強度計算(初算軸徑)(2)按彎扭合成強度計算(一般軸)將轉化為對稱循環(huán)變化來考慮第六章軸設計1.軸的結構設計2.軸的強度計算(1)第七章滾動軸承6

深溝球軸承7角接觸球軸承3圓錐滾子軸承5推力球軸承1.滾動軸承的主要類型向心軸承徑向接觸軸承向心角接觸軸承推力軸承推力角接觸軸承軸向接觸軸承按公稱接觸角分類2.滾動軸承的代號基本代號61206內徑代號

直徑系列代號同一內徑有不同的直徑

寬度系列代號內外徑相同時有不同的寬度5內徑一般為：類型代號第七章滾動軸承6深溝球軸承7角接觸球軸承3圓錐3.滾動軸承的類型選擇(1)載荷的大小、方向和性質(2)其它：轉速、旋轉精度、調心性能、裝拆方便、價格4.滾動軸承的尺寸選擇軸承內徑與軸頸直徑相等載荷很小超輕或特輕系列載荷很大重系列一般情況輕或中系列一般選正常系列寬度系列代號0123~6寬度窄正常寬特寬直徑系列代號0、1234直徑輕輕中重3.滾動軸承的類型選擇(1)載荷的大小、方向和性質(2)5.滾動軸承的組合設計(1)軸承支承的結構形式1)兩端固定2)一端固定、一端游動3)兩端游動(2)軸承支承設計的兩個特殊問題角接觸球軸承圓錐滾子軸承的排列

反裝“背靠背”

正裝“面對面”5.滾動軸承的組合設計(1)軸承支承的結構形式1)兩端校核軸承壽命已知軸承型號(即C)外載軸承壽命預期壽命？選擇軸承型號

(即C)已知外載預期壽命？滿足預期壽命時軸承的所選軸承的6.滾動軸承的疲勞壽命計算(1)壽命計算公式(2)軸承的當量動載荷考慮實際工況，引入載荷系數對只承受的向心軸承：對只承受的推力軸承：同時承受復合載荷的向心軸承：校核軸承壽命已知軸承型號(即C)外載軸承壽命預期壽命？兩者取較大值兩者取較大值(3)角接觸球軸承和圓錐滾子軸承軸向載荷的計算1)派生軸向力2)軸向載荷的計算圓錐滾子軸承角接觸球軸承70000C(

=15°)70000AC(

=25°)70000B(

=40°)S=Fr

/(2Y)①S=0.5Fr

S=0.7Fr

S=1.1Fr

注：①

式中Y是Fa

/Fr>e時的軸向載荷系數

兩者取較大值兩者取較大值(3)角接觸球軸承和圓錐滾子軸承軸(4)軸承壽命計算步驟派生軸向力軸向載荷當量動載荷校核計算選擇計算(4)軸承壽命計算步驟派生軸向力軸向載荷當量動載荷校核計算1.非液體摩擦滑動軸承的失效形式及計算準則設計準則失效形式磨損防止過度磨損發(fā)熱引起膠合防止膠合第八章滑動軸承2.液體摩擦動壓向心滑動軸承的基本理論壓力油膜形成的原理討論之一：液體摩擦形成的條件由討論之二：向心滑動軸承動壓油膜形成過程1.非液體摩擦滑動軸承的失效形式及計算準則設計準則失效形式第九章聯軸器、離合器和制動器1.聯軸器的分類(1)剛性聯軸器(2)撓性聯軸器2.聯軸器的選用(1)選類型同心條件載荷大小與性質(2)選型號轉矩轉速軸徑3.離合器(1)外力操縱式離合器工作原理單片式圓盤摩擦離合器多片式圓盤摩擦離合器第九章聯軸器、離合器和制動器1.聯軸器的分類(1)剛性機械零部件的結構設計軸系結構設計機械零部件的結構設計軸系結構設計2.機械零件設計的步驟失效：零件失去正常工作的能力計算準則：衡量零件工作能力的指標，是計算零件基本尺寸的主要依據受力分析選擇材料確定計算準則技術文檔

理論計算(參數設計)結構設計強度準則約束條件式1.機械零件的工作能力與計算準則

工作能力：在一定的條件下(載荷、環(huán)境、使用期)，零件不發(fā)生失效的安全工作限度《機械設計》復習要點第一章機械設計概論2.機械零件設計的步驟失效：零件失去正常工作的能力計算準則：3.零件許用的應力許用應力極限應力安全系數脆性材料取強度極限塑性材料取屈服極限(1)靜應力下的極限應力與材料性能有關(2)變應力下的極限應力與材料、循環(huán)次數N、循環(huán)特征r等有關當為對稱循環(huán)變應力時，取其持久極限應力當為脈動循環(huán)變應力時，取其持久極限應力當時，持久極限應力3.零件許用的應力許用應力極限應力安全系數脆性材料取強度極(1)變應力參數(以正應力為例、可將替換)最大應力最小應力應力幅平均應力(2)對稱循環(huán)變應力循環(huán)特征(3)脈動循環(huán)變應力(4)靜應力已知2個參數可確定其余參數4.幾種穩(wěn)定循環(huán)變應力對稱循環(huán)變應力脈動循環(huán)變應力靜應力非對稱循環(huán)變應力(1)變應力參數(以正應力為例、可將替換)最大應力最第二章撓性傳動張緊才能工作1.帶的應力分析(2)離心拉應力(1)拉應力(3)彎曲應力2.帶傳動的彈性滑動和打滑彈性滑動不可避免傳動比隨變化摩擦系數包角張緊力打滑是可以避免的所能傳遞的圓周力丟轉速第二章撓性傳動張緊才能工作1.帶的應力分析(2)離心3.帶傳動的失效形式及設計準則打滑疲勞破壞不打滑不發(fā)生疲勞破壞設計準則失效形式確定單根帶所能傳遞的許用功率根據帶傳動的設計功率確定帶安全工作的根數具體做法：3.帶傳動的失效形式及設計準則打滑疲勞破壞不打滑不發(fā)生疲勞4.帶傳動的設計V帶傳動的設計滿足驗算帶速相應帶輪:膠帶：帶的型號YZABCDE帶的根數

帶的基準長度5.鏈傳動工作情況分析(1)鏈傳動的平均傳動比(2)鏈傳動運動的不均勻性鏈輪轉速越高節(jié)距越大(齒數越少)鏈傳動的動載荷越大4.帶傳動的設計V帶傳動的設計滿足驗算帶速相應帶輪:膠6.鏈傳動的失效及其設計準則與帶傳動設計類似，確定不發(fā)生失效的鏈條規(guī)格，即節(jié)距p(鏈號)7.鏈傳動的設計確定鏈輪齒數運動的不均勻性重量節(jié)圓外移量易脫鏈(防脫鏈)8.帶傳動與鏈傳動的應用場合6.鏈傳動的失效及其設計準則與帶傳動設計類似，確定不發(fā)生失第三章齒輪傳動1.齒輪傳動的失效形式(1)輪齒折斷

(2)齒面點蝕(3)齒面膠合(4)齒面磨料磨損(5)齒面塑性變形第三章齒輪傳動1.齒輪傳動的失效形式(1)輪齒折斷2.設計準則齒面間的接觸疲勞點蝕輪齒的彎曲疲勞折斷齒面接觸疲勞強度條件輪齒彎曲疲勞強度條件失效形式設計準則膠合、磨損、塑性變形等失效運用上述準則，并作相應考慮具體工作條件下，如何運用上述準則閉式傳動軟齒面(硬度≤350HBS)按齒面接觸疲勞強度條件設計按輪齒彎曲疲勞強度條件校核硬齒面(硬度>350HBS)按輪齒彎曲疲勞強度條件設計按齒面接觸疲勞強度條件校核開式傳動按輪齒彎曲疲勞強度條件設計工作條件設計準則2.設計準則齒面間的接觸疲勞點蝕輪齒的彎曲疲勞折斷齒面接觸3.齒輪材料及熱處理(1)鍛鋼(2)鑄鋼(3)鑄鐵(4)非金屬4.直齒圓柱齒輪傳動(1)受力分析力的大小力的方向(2)計算載荷3.齒輪材料及熱處理(1)鍛鋼(2)鑄鋼(3)鑄鐵校核式：(3)齒面接觸疲勞強度條件設計式：(4)輪齒彎曲疲勞強度條件設計式：校核式：校核式：(3)齒面接觸疲勞強度條件設計式：(4)輪齒彎(5)討論1)接觸應力與接觸強度2)彎曲應力與彎曲強度3)齒形系數4)提高齒輪接觸疲勞強度的主要措施5)提高輪齒彎曲疲勞強度的主要措施5.斜齒圓柱齒輪傳動(1)斜齒輪強度計算的特點當量齒輪(2)受力分析力的分解力的大小力的方向計算特點(5)討論1)接觸應力與接觸強度2)彎曲應力與彎曲強度3)尺寸相同時：斜齒輪承載能力大于直齒輪斜齒輪尺寸小于直齒輪外載和材料相同時：(3)斜齒輪的強度條件6.直齒圓錐齒輪傳動的強度條件

(1)直齒圓錐齒輪強度計算的特點當量齒輪計算特點(2)受力分析力的大小主、從動輪上力的關系力的方向(2)精度等級7.齒輪設計中有關參數的選擇原則(1)材料與熱處理方式(3)齒數Z(4)齒寬系數(5)模數(6)分度圓螺旋角尺寸相同時：斜齒輪承載能力大于直齒輪斜齒輪尺寸小于直齒輪外載第四章蝸桿傳動1.蝸桿傳動的類型及其特點普通圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動從運動關系看，蝸桿傳動相當于螺母與螺桿傳動(1)傳動比大i=10~80(2)傳動平穩(wěn)(4)摩擦發(fā)熱大、傳動效率低(3)有自鎖性(蝸桿升角當量摩擦角)在中間平面內，相當于斜齒條與斜齒輪的嚙合(1)正確嚙合條件(2)蝸桿傳動參數及幾何尺寸計算與齒輪傳動相同第四章蝸桿傳動1.蝸桿傳動的類型及其特點普通圓柱蝸桿傳動2.主要參數(1)模數和壓力角(2)蝸桿分度圓直徑直徑系數(3)蝸桿分度圓柱導程角(5)相對滑動速度齒間的摩擦發(fā)熱蝸桿頭數1實現大傳動比或要求自鎖z1=2、4要求效率(4)傳動比i傳動比2.主要參數(1)模數和壓力角(2)蝸桿分度圓直徑直徑閉式傳動開式傳動

失效形式(發(fā)生在蝸輪上)

設計準則3.蝸桿傳動的失效形式和設計準則輪和齒膠齒合面點蝕控制點蝕和膠合：控制折斷(Z2>80)：齒面接觸強度條件輪齒彎曲強度條件控制溫升：熱平衡計算輪齒折斷控制折斷：輪齒彎曲強度條件[注]蝸桿主要是控制軸的變形閉開式失效形式設計準則3.蝸桿傳動的失效形式和設計準則4.材料及熱處理蝸桿蝸輪材料組合減摩耐磨抗膠合碳素鋼合金鋼調質蝸桿：淬火蝸輪：灰鑄鐵鋁鐵青銅鑄錫磷青銅5.普通圓柱蝸桿傳動(1)受力分析力的分解力的方向力的關系力的大小利用赫茲公式、考慮蝸桿傳動特點(2)齒面接觸疲勞強度條件4.材料及熱處理蝸桿蝸輪材料組合減摩耐磨抗膠6.蝸桿傳動的效率和熱平衡計算(2)提高效率的途徑(1)效率(3)熱平衡計算6.蝸桿傳動的效率和熱平衡計算(2)提高效率的途徑(1第五章聯接1.平鍵聯接靜聯接側面壓潰擠壓應力動聯接工作面磨損比壓主要失效形式設計準則鍵的剖面尺寸b、h按軸直徑d從標準中選取鍵的長度l根據輪轂寬度確定第五章聯接1.平鍵聯接靜聯接擠壓應力動聯接比壓主要失效形2.螺紋副的受力(1)螺紋副的效率三角形螺紋效率低、用于聯接其余三種用于傳動(2)螺紋的自鎖條件三角形螺紋最大，自鎖性好用于聯接細牙螺紋螺距小，升角小易滿足自鎖條件3.緊螺栓聯接的強度計算(1)受橫向載荷的普通螺栓聯接2.螺紋副的受力(1)螺紋副的效率三角形螺紋效率低、用于聯(2)受軸向載荷的普通螺栓聯接螺栓相對剛度工作拉力殘余預緊力總拉力螺栓剛度被聯件剛度令總拉力

殘余預緊力預緊力殘余預緊力為：對于有緊密性要求的聯接：＝（1.5－1.8）F；對于一般聯接：工作載荷穩(wěn)定時＝（0.2－0.6）F；工作載荷不穩(wěn)定：＝（0.6－1.0）F；對于地腳螺栓聯接：≥F

1)螺栓和被聯接件的受力與變形(2)受軸向載荷的普通螺栓聯接螺栓相對剛度工作拉力殘余預緊若工作拉力變化：則總拉力：2)減小總拉力變化幅度減少增大3)強度條件4)保證聯接的緊密性剩余預緊力若工作拉力變化：則總拉力：2)減小總拉力變化幅度減少增大3(3)受橫向載荷的鉸制孔螺栓聯接強度條件桿受剪：桿與壁受擠壓：5.螺旋傳動的類型和特點4.螺紋聯接類型與防松(3)受橫向載荷的鉸制孔螺栓聯接強度條件桿受剪：桿與壁受擠第六章軸設計1.軸的結構設計2.軸的強度計算(1)按扭轉強度計算(初算軸徑)(2)按彎扭合成強度計算(一般軸)將轉化為對稱循環(huán)變化來考慮第六章軸設計1.軸的結構設計2.軸的強度計算(1)第七章滾動軸承6

深溝球軸承7角接觸球軸承3圓錐滾子軸承5推力球軸承1.滾動軸承的主要類型向心軸承徑向接觸軸承向心角接觸軸承推力軸承推力角接觸軸承軸向接觸軸承按公稱接觸角分類2.滾動軸承的代號基本代號61206內徑代號

直徑系列代號同一內徑有不同的直徑

寬度系列代號內外徑相同時有不同的寬度5內徑一般為：類型代號第七章滾動軸承6深溝球軸承7角接觸球軸承3圓錐3.滾動軸承的類型選擇(1)載荷的大小、方向和性質(2)其它：轉速、旋轉精度、調心性能、裝拆方便、價格4.滾動軸承的尺寸選擇軸承內徑與軸頸直徑相等載荷很小超輕或特輕系列載荷很大重系列一般情況輕或中系列一般選正常系列寬度系列代號0123~6寬度窄正常寬特寬直徑系列代號0、1234直徑輕輕中重3.滾動軸承的類型選擇(1)載荷的大小