合工大機械設(shè)計作業(yè)參考答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——合工大機械設(shè)計作業(yè)參考答案班級：姓名：學號：機械設(shè)計習題

緒論

1、機械系統(tǒng)總是由一些機構(gòu)組成，每個機構(gòu)又是由大量零件組成。所以，機器的基本組成要素就是機械零件。

2、在各種機器中經(jīng)常能用到的零件稱為通用零件。如螺釘、齒輪、彈簧、鏈輪等。

在特定類型的機器中才能用到的零件稱為專用零件。如汽輪機的葉片、內(nèi)燃機的活塞、曲軸等。

3、本課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學生

1）有正確的設(shè)計思想并勇于摸索創(chuàng)新；

2）把握通用零件的設(shè)計原理、方法和機械設(shè)計的一般規(guī)律，進而具有綜合運用所學的知識，研究改進或開發(fā)新的基礎(chǔ)件及設(shè)計簡單機械的能力；

3）具有運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力；4）把握典型機械零件的試驗方法，獲得試驗技能的基本訓練；

5）了解國家產(chǎn)前的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟政策，并對機械設(shè)計的新發(fā)展有所了解。

機械設(shè)計總論

1、機器的三個基本組成部分是：原動機部分、執(zhí)行部分和傳動部分。

傳動裝置的作用：介于機器的原動機和執(zhí)行部分之間，改變原動機提供的運動和動力參數(shù)，以滿足執(zhí)行部分的要求。

2、機械零件由于某種原因喪失工作能力或達不到設(shè)計要求的性能稱為失效。

機械零件的主要失效形式有1）整體斷裂；

2）過大的剩余變形（塑性變形）；

3）零件的表面破壞，主要是腐蝕、磨損和接觸疲乏；

4）破壞正常工作條件引起的失效：有些零件只有在一定的工作條件下才能正常工作，假使破壞了這些必要的條件，則將發(fā)生不同類型的失效，如帶傳動的打滑，高速轉(zhuǎn)子由于共振而引起斷裂，滑動軸承由于過熱而引起的膠合等。

3、機械零件的設(shè)計準則是指機械零件設(shè)計計算時應(yīng)遵循的原則。

機械零件的主要設(shè)計準則有：強度準則、剛度準則、壽命準則、振動穩(wěn)定性準則、可靠性準則

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4、浴盆曲線是失效率曲線的形象化稱呼，表示了零件或部件的失效率與時間的關(guān)系，一般用試驗方法求得。

浴盆曲線分為三段：第Ⅰ段代表早期失效階段，失效率由開始時很高的數(shù)值急劇地下降到某一穩(wěn)定的數(shù)值；第Ⅱ段代表正常使用階段，失效率數(shù)值緩慢增長；第Ⅲ段代表損壞階段，失效率數(shù)值由穩(wěn)定的數(shù)值逐漸急劇上升。

5、機械零件的基本設(shè)計要求有：避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求；結(jié)構(gòu)工藝性要求；經(jīng)濟性要求；質(zhì)量小要求；可靠性要求。6、機械零件的一般設(shè)計步驟是：

（1）選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)；（2）計算作用載荷；（3）選擇材料；（4）確定基本尺寸；（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計；（6）校核計算；（7）繪圖和編寫技術(shù)文件。7、機械零件的常規(guī)設(shè)計方法有：

（1）理論設(shè)計：根據(jù)長期總結(jié)出來的設(shè)計理論和試驗數(shù)據(jù)所進行的設(shè)計稱為理論設(shè)計。理論設(shè)計中常采用的處理方法有設(shè)計計算和校核計算兩種。前者是指由公式直接算出所需的零件尺寸，后者是指對初步選定的零件尺寸進行校核計算；

（2）經(jīng)驗設(shè)計：根據(jù)從某類零件已有的設(shè)計與使用實踐中歸納出的經(jīng)驗關(guān)系式，或根據(jù)設(shè)計者本人的工作經(jīng)驗用類比的方法所進行的設(shè)計；

（3）模型試驗設(shè)計：對于一些尺寸巨大而且結(jié)構(gòu)又很繁雜的重要零件件，特別是一些重型整體機械零件，為了提高設(shè)計質(zhì)量，可采用模型試驗設(shè)計的方法。

計算機輔助設(shè)計、可靠性設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、并行設(shè)計屬于現(xiàn)代設(shè)計方法。8、機械零件金屬材料的在選用時主要考慮以下因素：

1、載荷、應(yīng)力及其分布狀況；2、零件的工作狀況；3、零件的尺寸及質(zhì)量；

4、零件結(jié)構(gòu)的繁雜程度及材料的加工可能性；5、材料的經(jīng)濟性；6、材料的供應(yīng)狀況。

9、零件的標準化就是對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、檢驗方法、制圖要求等制定出各種各樣大家共同遵守的標準。標準化的意義主要表現(xiàn)為：

1）能以最先進的方法在專門化工廠中對那些用途最廣的零件進行大量、集中的制造，以提高質(zhì)量、降低成本；

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2）統(tǒng)一了材料和零件的性能指標，使其能夠進行比較，提高了零件性能的可靠性；3）采用了標準結(jié)構(gòu)及零、部件，可以簡化設(shè)計工作，縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計質(zhì)量，同時也簡化了機器的維修工作。

機械零件的強度

1、影響機械零件疲乏強度的主要因素有零件幾何形狀、尺寸大小、加工質(zhì)量及加強因素。

零件設(shè)計時，可以采用如下的措施來提高機械零件的疲乏強度：

1）盡可能降低零件上應(yīng)力集中的影響是提高零件疲乏強度的首要措施。應(yīng)盡量減少零件結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的突變或使其變化盡可能地平滑和均勻。在不可避免地要產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)處，可采用減荷槽來降低應(yīng)力集中的作用；

2）選用疲乏強度大的材料和規(guī)定能夠提高材料疲乏強度的熱處理方法及加強工藝；3）提高零件的表面質(zhì)量；

4）盡可能地減小或消除零件表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對于延長零件的疲乏壽命有著比提高材料性能更為顯著的作用。2、由公式σrN=σrmN0得N

N1=7000時

σ1N1=σ1m6N05×10=1809=373.6MPaN17000N2=25000時

σ1N2=σ1mN05×1069=180=324.3MPaN2250006N05×10=1809=227.0MPaN3620000N3=620000時

σ1N3=σ1m3、由公式3-6ψσ=2σ1σ0σ0得

σ0=2σ12×170==283.33MPa

1+ψσ1+0.2簡化極限應(yīng)力線圖上各點的坐標分別為

A?（0，170）；D?（141.7，141.7）；C（260，0）按比例繪制的簡化極限應(yīng)力線圖如下圖。4、

1）繪制零件的簡化極限應(yīng)力線圖

零件極限應(yīng)力線圖上各點的坐標分別為：

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170141.7A（0，）=(0,141.7)；D（141.7，）=(141.7,118.1),C（260，0）1.21.2工作點M坐標為(σa,σm)=(30,20)2）標出極限應(yīng)力點S1和S2

r=C和σm=C時在零件的簡化極限應(yīng)力線

圖上的極限應(yīng)力點S1和S2如下圖。

3）按r=C和σm=C求該截面的計算安全系數(shù)Sca

顯然，兩種狀況可能的失效形式均為疲乏失效。

故安全系數(shù)分別為：

r=C時

Sca=σ1170==4.25

Kσσa+ψσσm1.2×30+0.2×20σm=C時

Sca=σ1+(Kσψσ)σm170+(1.20.2)×20==3.17

Kσ(σa+σm)1.2(30+20)

摩擦、磨損及潤滑概述

1、膜厚比（λ）用來大致估計兩滑動表面所處的摩擦（潤滑）狀態(tài)。

λ=(Rq12hmin

+Rq22)1/2式中，hmin為兩滑動粗糙表面間的最小公稱油膜厚度，Rq1、Rq2分別為兩表面輪廓的均方根偏差。

膜厚比λ≤為邊界摩擦（潤滑）狀態(tài)；當λ=1～為混合摩擦（潤滑）狀態(tài)；當λ>31時，3時，時為流體摩擦（潤滑）狀態(tài)。

2、試驗結(jié)果說明，機械零件的一般磨損過程大致分為三個階段，即磨合階段、穩(wěn)定磨損階段及猛烈磨損階段。

1）磨合階段：新的摩擦副表面較粗糙，在一定載荷的作用下，摩擦表面逐漸被磨平，實

際接觸面積逐漸增大，磨損速度開始很快，然后減慢；

2）穩(wěn)定磨損階段：經(jīng)過磨合，摩擦表面加工硬化，微觀幾何形狀改變，從而建立了彈性

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接觸的條件，磨損速度緩慢，處于穩(wěn)定狀態(tài)；

3）猛烈磨損階段：經(jīng)過較長時間的穩(wěn)定磨損后，因零件表面遭到破化，濕摩擦條件發(fā)生

加大的變化（如溫度的急劇升高，金屬組織的變化等），磨損速度急劇增加，這時機械效率下降，精度降低，出現(xiàn)異常的噪聲及振動，最終導致零件失效。

3、油性（潤滑性）是指潤滑油中極性分子潮濕或吸附于摩擦表面形成邊界油膜的性能，是影響邊界油膜性能好壞的重要指標。油性越好，吸附能力越強。對于那些低速、重載或潤滑不充分的場合，潤滑性具有特別重要的意義。

極壓性是潤滑油中參與含硫、氯、磷的有機極性化合物后，油中極性分子在金屬表面生成抗磨、耐高壓的化學反應(yīng)邊界膜的性能。它在重載、高速、高溫條件下，可改善邊界潤滑性能。4、潤滑油的主要質(zhì)量指標有：粘度、潤滑性（油性）、極壓性、閃點、凝點和氧化穩(wěn)定性。

潤滑脂的主要質(zhì)量指標有：錐（針）入度（或稠度）和滴點。

5、粘度是指潤滑油抗爭剪切變形的能力，標志著油液內(nèi)部產(chǎn)生相對運動運動時內(nèi)摩擦阻力的大小，可定性地定義為它的滾動阻力。粘度越大，內(nèi)摩擦阻力越大，滾動性越差。粘度是潤滑油最重要的性能指標，也是選用潤滑油的主要依據(jù)。粘度的常用單位有Pa?s（國際單位制），dyn?，scm2(P泊，cP厘泊)，St(斯)，cSt（厘斯）

Et（恩氏度），SUS（賽氏通用秒），R（雷氏秒）等。

6、流體動力潤滑是借助于相對速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷，具有一定粘性的流體流入楔形收斂間隙產(chǎn)生壓力效應(yīng)而形成。流體靜力潤滑是靠液壓泵（或其它壓力流體源），將加壓后的流體送入兩摩擦表面之間，利用流體靜壓力來平衡外載荷。

螺紋連接和螺旋傳動

1、普通螺紋：牙型為等邊三角形，牙型角60度，內(nèi)外螺紋旋合后留有徑向間隙，外螺紋牙根允許有較大的圓角，以減小應(yīng)力集中。同一公稱直徑按螺距大小，分為粗牙和細牙，細牙螺紋升角小，自鎖性好，抗剪切強度高，但因牙細不耐磨，簡單滑扣。應(yīng)用：一般連接多用粗牙螺紋。細牙螺紋常用于細小零件，薄壁管件或受沖