机械设计概念总结.docx
《机械设计概念总结.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计概念总结.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
机械设计概念总结
第二章机械零件的强度
重要基本概念
1．疲劳破坏及其特点
疲劳破坏：
在远低于材料抗拉强度极限的交变应力作用下工程材料发生破坏。
疲劳破坏的特点：
1）在循环变应力多次反复作用下发生；2）没有明显的塑性变形；3）所受应力远小于材料的静强度极限；4）对材料组成、零件形状、尺寸、表面状态、使用条件和工作环境敏感。
具有突发性、高局部性和对缺陷的敏感性。
2．疲劳破坏与静强度破坏的区别，强度计算的区别
静强度破坏是由于工作应力超过了静强度极限，具体说，当工作应力超过材料的屈服极限就发生塑性变形，当超过强度极限就发生断裂。
而疲劳破坏时，其工作应力远小于材料的抗拉强度极限，其破坏是由于变应力对材料损伤的累积所致。
交变应力每作用一次，都对材料形成一定的损伤，损伤的结果是形成小裂纹。
这种损伤随着应力作用次数的增加而线性累积，小裂纹不断扩展，当静强度不够时发生断裂。
静强度计算的极限应力值是定值。
而疲劳强度计算的极限应力是变化的，随着循环特性和寿命大小的改变而改变。
3．影响机械零件疲劳强度的因素
影响机械零件疲劳强度的因素主要有三个：
应力集中、绝对尺寸和表面状态。
应力集中越大，零件的疲劳强度越低。
在进行强度计算时，引入了应力集中系数
来考虑其影响。
当零件的同一剖面有几个应力集中源时，只取其中（应力集中系数）最大的一个用于疲劳强度计算。
另外需要注意：
材料的强度极限越高，对应力集中越敏感。
零件的绝对尺寸越大，其疲劳强度越低。
因为绝对尺寸越大，所隐含的缺陷就越多。
用绝对尺寸系数
考虑其影响。
零件的表面状态直接影响疲劳裂纹的产生，对零件的疲劳强度非常重要。
表面越粗糙，疲劳强度越低。
表面强化处理可以大大提高其疲劳强度。
在强度计算中，有表面状态系数
来考虑其影响。
需要注意：
这三个因素只影响应力幅，不影响平均应力，因此不影响静强度。
4．线性疲劳损伤累积的主要内容
材料在承受超过疲劳极限的交变应力时，应力每循环作用一次都对材料产生一定量的损伤，并且各个应力的疲劳损伤是独立进行的，这些损伤可以线性地累积起来，当损伤累积到临界值时，零件发生疲劳破坏。
第三章螺纹联接与螺旋传动
重要基本概念
1．常用螺纹有哪几类？
哪些用于联接，哪些用于传动，为什么？
哪些是标准螺纹？
常用的有：
三角螺纹，矩形螺纹，梯形螺纹和锯齿形螺纹。
三角螺纹用于联接，其余用于传动。
因三角螺纹自锁性好，其它螺纹传动效率高。
除矩形螺纹外，其余均为标准螺纹。
2．何谓螺纹联接的预紧，预紧的目的是什么？
预紧力的最大值如何控制？
螺纹联接的预紧是指在装配时拧紧，是联接在承受工作载荷之前预先受到预紧力的作用。
预紧的目的是增加螺纹联接的刚度、保证联接的紧密性和可靠性（防松能力）。
拧紧后，预紧应力的大小不得超过材料屈服极限σS的80%。
3．螺纹联接有哪些基本类型？
适用于什么场合？
螺纹联接有4中基本类型。
螺栓联接：
用于被联接件不太厚且两边有足够的安装空间的场合。
螺钉联接：
用于不能采用螺栓联接（如被联接件之一太厚不宜制成通孔，或没有足够的装配空间），又不需要经常拆卸的场合。
双头螺柱联接：
用于不能采用螺栓联接且又需要经常拆卸的场合。
紧定螺钉联接：
用于传递力和力矩不大的场合。
4．紧螺栓联接的强度也可以按纯拉伸计算，但须将拉力增大30%，为什么？
考虑拧紧时的扭剪应力，因其大小约为拉应力的30%。
5．提高螺纹联接强度的措施有哪些？
1）改善螺纹牙间的载荷分配不均；2）减小螺栓的应力幅；3）减小螺栓的应力集中；4）避免螺栓的附加载荷（弯曲应力）；5）采用合理的制造工艺。
6．为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10圈（使用过厚的螺母不能提高螺纹联接强度）？
因为螺栓和螺母的受力变形使螺母的各圈螺纹所承担的载荷不等，第一圈螺纹受载最大，约为总载荷的1/3，逐圈递减，第八圈螺纹几乎不受载，第十圈没用。
所以使用过厚的螺母并不能提高螺纹联接强度。
7．联接螺纹能满足自锁条件，为什么还要考虑防松？
根据防松原理，防松分哪几类？
因为在冲击、振动、变载以及温度变化大时，螺纹副间和支承面间的摩擦力可能在瞬间减小或消失，不再满足自锁条件。
这种情况多次重复，就会使联接松动，导致机器不能正常工作或发生严重事故。
因此，在设计螺纹联接时，必须考虑防松。
根据防松原理，防松类型分为摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系防松。
第四章键和花键联接
自测题与答案
一、选择题
4-1.普通平键联接与楔键联接相比，最重要的优点是_____b_____。
A．键槽加工方便B．对中性好
C．应力集中小D．可承受轴向力
4-2.半圆键联接的主要优点是_____c_____。
A．对轴的削弱较轻B．键槽的应力集中小
C．键槽加工方便D．传递的载荷大
4-3．平键联接的工作面是键的____a______。
A．两个侧面B．上下两面
C．两个端面D．侧面和上下面
4-4.一般普通平键联接的主要失效形式是____d______。
A．剪断B．磨损
C．胶合D．压溃
4-5．一般导向键联接的主要失效形式是_____b_____。
A．剪断B．磨损
C．胶合D．压溃
4-6．楔键联接的工作面是键的_____b_____。
A．两个侧面B．上下两面
C．两个端面D．侧面和上下面
4-7．设计普通平键联接时，根据___d______来选择键的长度尺寸。
A．传递的转矩B．传递的功率
C．轴的直径D．轮毂长度
4-8．设计普通平键联接时，根据____c______来选择键的截面尺寸_
A．传递的力矩B．传递的功率
C．轴的直径D．轮毂长度
4-9．用圆盘铣刀加工轴上键槽的优点是_____c_____。
A．装配方便B．对中性好
C．应力集中小D．键的轴向固定好
4-10．当采用一个平键不能满足强度要求时，可采用两个错开______d____布置。
A．90°B．120°
C．150°D．180°
4-11．当轴双向工作时，必须采用两组切向键联接，并错开___b_______布置。
A．90°B．120°
C．150°D．180°
4-12．楔键联接的主要缺点是_____a_____。
A．轴和轴上零件对中性差B．键安装时易损坏
C．装入后在轮鼓中产生初应力D．键的斜面加工困难
4-13．花键联接与平键联接相比较，______c____的观点是错误的。
A．承载能力较大B．对中性和导向性都比较好
C．对轴的削弱比较严重D．可采用磨削加工提高联接质量
4-14．矩形花键联接通常采用_______a___定心。
A．小径B．大径
C．侧边D．齿廓
4-15.通常用来制造键的材料是______b____。
A．低碳钢B．中碳钢
C．高碳钢D．合金钢
二、填空题
4-16．普通平键用于_____静___联接，其工作面是___两侧_____面，工作时靠___侧面受挤压和剪切_____传递转矩，主要失效形式是________。
4-17．楔键的工作面是________，主要失效形式是________。
4-18．平键的剖面尺寸通常是根据________选择；长度尺寸主要是根据________选择。
4-19．导向平键和滑键用于_____动____联接，主要失效形式是________，这种联接的强度条件是_________。
4-20．同一联接处使用两个平键，应错开_________布置；采用两个楔键或两组切向键时，要错开_________；采用两个半圆键，则应_________。
三、简答题
4-21．普通平键的公称长度L与工作长度l之间有什么关系？
4-22．普通平键有那些失效形式？
主要失效形式是什么？
怎样进行强度校核？
如经校核判断强度不足时，可采取哪些措施？
4-23．平键和楔键联接在工作原理上有什么不同？
4-24．切向键是如何工作的？
主要用在什么场合？
4-25．平键联接、半圆键联接、楔键联接和切向键联接各自的失效形式是什么？
静联接和动联接校核计算有何不同？
4-26．花键有哪几种？
那种花键应用最广？
如何定心？
四、参考答案
1．选择题
4-1B；4-2C；4-3A；4-4D；4-5B；
4-6B；4-7D；4-8C；4-9C；4-10D；
4-11B；4-12A；4-13C；4-14A；4-15B；
2．填空题
4-16静两侧侧面受挤压和剪切工作面被压溃
4-17上下面压溃
4-18轴的直径轮毂长度
4-19动磨损耐磨性条件p[p]
4-20180°120°布置在一条直线上
3．简答题
4-21．
圆头平键工作长度l=L-b；方头平键的工作长度l=L；单圆头平键l=L-b/2。
4-22．
普通平键的失效形式有工作面被压溃，个别情况会出现键被剪断。
主要失效形式是压溃。
进行强度校核时应校核挤压强度和剪切强度。
如经校核判断强度不足时，可在同一联接处错开180°布置两个平键，强度按1.5个计算。
4-23．
平键是通过两个侧面受挤压和剪切来传递转矩，而楔键是靠上下面受挤压来传递转矩。
4-24．
切向键有两个斜度为1:
100的楔键组成，上下面为工作面。
靠工作面的挤压力和轴毂间的摩擦力传递转矩。
用于轴径大于100mm，对中性要求不高，而载荷很大的重型机械上。
4-25．
平键用于静联接时失效形式为压溃和剪断，用于动联接时为磨损。
半圆键的失效形式为压溃和剪断。
楔键和切向键的失效形式为压溃。
静联接校核计算挤压强度
，动联接校核计算压强p≤[p]。
4-26．
有矩形花键、渐开线花键。
其中渐开线花键适用于载荷大、定心精度要求高、尺寸较大的场合，压力角为45°的渐开线花键用于载荷不大的薄壁零件联接。
矩形花键应用较广。
矩形花键联接采用小径定心，渐开线花键采用齿廓定心。
第五章带传动
重要基本概念
1．失效形式和设计准则
失效形式：
打滑、疲劳破坏。
设计准则：
保证带传动不打滑，使带具有足够的疲劳寿命。
2．确定小带轮直径考虑哪些因素
（1）最小带轮直径，满足d1≥ddmin，使弯曲应力不至于过大；
（2）带速，满足5≤v≤25m/s；
（3）传动比误差，带轮直径取标准值，使实际传动比与要求的传动比误差不超过3~5%；
（4）使小带轮包角≥
；
（5）传动所占空间大小。
3．V带传动在由多种传动组成的传动系中的布置位置
带传动不适合低速传动。
在由带传动、齿轮传动、链传动等组成的传动系统中，应将带传动布置在高速级。
若放在低速级，因为传递的圆周力大，会使带的根数很多，结构大，轴的长度增加，刚度不好，各根带受力不均等。
另外，V带传动应尽量水平布置，并将紧边布置在下边，将松边布置在上边。
这样，松边的下垂对带轮包角有利，不降低承载能力。
4．带传动的张紧的目的，采用张紧轮张紧时张紧轮的布置要求
张紧的目的：
调整初拉力。
采用张紧轮张紧时，张紧轮布置在松边，靠近大轮，从里向外张。
因为放在松边张紧力小；靠近大轮对小轮包角影响较小；从里向外是避免双向弯曲，不改变带中应力的循环特性。
第六章链传动
重要基本概念
在上述的重点、难点教学内容分析中所涉及的大多是本章的重要概念。
除此之外，还有一些基本概念需要掌握，分述如下。
1．链传动的主要工作特点
（1）平均传动比准确，没有弹性滑动；
（2）可以在环境恶劣的条件下工作（突出优点）；
（3）中心距大，传递动力远，结构较小，没有初拉力压轴力小；
（4）瞬时传动比不准，工作中有冲击和噪声；
（5）只限于平行轴之间的传动，不宜正反转工作。
2．链轮的齿形
对链轮齿形的要求：
保证链条顺利啮入和啮出；受力均匀；不易脱链；便于加工。
目前的国家标准齿形：
“三圆弧一直线”齿形。
3．确定小链轮齿数z1时应考虑的因素
（1）考虑动载荷的大小，小链轮齿数越少，链传动的多边形效应和动载荷越大；
（2）考虑大链轮齿数z2，为防止大链轮过早脱链应使：
z2≤150；
（3）考虑链速，当链速高时，小链轮齿数z1应尽量取的多些；
（4）考虑链长为偶数，为了磨损均匀，链轮齿数应取奇数，并与链长互为质数；
（5）传动所占空间大小，尽量使结构紧凑。
4．滚子链条的主要参数尺寸
主要尺寸参数：
节距、链长、排数。
节距是最重要的参数。
链条的链号表示其节距的大小，是英制单位，换算为标准计量单位为：
mm
5．链传动的润滑方式选择
如果链传动的润滑条件不能满足，其传动能力降低70~80%。
链传动有推荐的润滑方式，根据链速和链号进行选择。
包括：
人工定期润滑、滴油润滑、油浴或飞溅润滑、压力喷油润滑。
润滑油应加在链条的松边，使之顺利进入需要润滑的工作表面。
、
第九章轴
重点难点内容
1．轴的结构设计
轴的结构设计就是要合理地确定轴各部分的几何形状和尺寸。
包括各轴段的直径、长度、各个轴肩、圆角和倒角的大小、键槽的位置等等。
轴的结构没有标准形式，应根据具体的情况而定。
一般要考虑以下几个方面的问题：
1）轴上零件的布置；2）轴上零件的定位和固定；3）轴上零件的装拆工艺性；4）轴的疲劳强度和刚度要求；5）轴的加工工艺性等。
轴的结构设计应满足以下要求：
1）轴上零件的布置除了达到工作要求外，要使轴受力最小；2）轴上的零件要定位准确、固定可靠；3）轴上的零件能方便地装配和拆卸；4）轴的加工工艺性要好；5）要应力集中小、疲劳强度要高。
2．轴的强度计算
弯扭合成强度条件：
≤
MPa
是根据扭剪应力的变化性质而定的应力校正系数。
用来考虑扭矩T产生的扭剪应力
与弯距M产生的弯曲应力
的性质不同。
对轴受转矩的变化规律未知时，一般将
按脉动循环变应力处理。
疲劳强度安全系数的强度条件：
≥[S]
如同一截面有几个应力集中源，则取其中最大的一个应力集中系数用于计算该截面的疲劳强度。
重要基本概念
1．直轴按承受载荷的性质分为三类
传动轴：
在工作中主要承受转矩，不承受弯矩或承受弯矩很小。
心轴：
在工作中只承受弯矩，不承受转矩。
心轴又分为固定心轴和转动心轴。
转轴：
在工作中既承受弯矩，又承受转矩。
2．轴的失效形式和设计准则
因轴在弯矩和转矩作用下承受变应力，轴肩处有应力集中，因此轴的主要失效形式是疲劳断裂。
设计准则：
一般进行疲劳强度校核计算。
对瞬时过载很大的轴，还应进行静强度校核。
对于有刚度要求的轴，要进行刚度计算。
对转速高或载荷周期性变化的轴，要进行振动稳定性计算。
3．轴设计的主要内容和轴的设计步骤
轴的设计包括两个主要内容：
轴的结构设计和轴的强度计算。
轴的设计步骤：
1）选择轴的材料；2）估算轴的最小直径；3）轴的结构设计；4）轴的强度校核；5）必要时进行轴的刚度计算和振动稳定性计算。
4．提高轴的疲劳强度的措施
减小应力集中；降低表面粗糙度；强化轴的表面，如碾压、喷丸、表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗等。
5．轴的刚度条件指标和提高刚度的措施
轴的刚度条件为：
挠度：
y≤[y]
偏转角：
θ≤[θ]
扭转角：
≤[
]
提高轴刚度的措施：
增大轴的直径。
注意，用合金钢代替碳素钢不能提高轴的刚度。
第十章滑动轴承
重要基本概念
1．动压油膜形成过程
随着轴颈转速的提高，轴颈中心的位置和油膜厚度的变化如图10-3所示。
图10-3
从n=0，到n→∞，轴颈中心的运动轨迹为一半圆。
利用此原理可以测量轴承的偏心距e，从而计算出最小油膜厚度hmin。
2．动压油膜形成条件
（1）相对运动的两表面必须构成收敛的楔形间隙；
（2）两表面必须有一定的相对速度，其运动方向应使润滑油从大口流入、从小口流出；
（3）润滑油必须具有一定的粘度，且供油要充分。
3．非液体摩擦滑动轴承的失效形式、设计准则和验算内容，液体动压润滑轴承设计时也要进行这些计算
失效形式：
磨损、胶合
设计准则：
维护边界油膜不被破坏，尽量减少轴承材料的磨损。
验算内容：
为防止过度磨损，验算：
p=
≤[p]MPa
为防止温升过高而胶合，验算：
Pv=
≤[pv]MPa·m/s
为防止局部过度磨损，验算：
V=
≤[v]m/s
因为在液体动压润滑滑动轴承的启动和停车过程中，也是处于非液体摩擦状态，也会发生磨损，也需要进行上述三个条件的验算。
4．对滑动轴承材料性能的要求
除强度（抗压、抗冲击）外，还应有良好的减摩性（摩擦系数小）、耐磨性（抗磨损、抗胶合）、跑合性、导热性、润滑性、顺应性、嵌藏性等。
5．液体动压润滑轴承的工作能力准则
（1）保证油膜厚度条件：
hmin≥[h]；
（2）保障温升条件：
≤[
]=10~30
。
第十一章滚动轴承
重要基本概念
1．滚动体和内、外圈所受的载荷和应力
在滚动轴承正常工作时，滚动体和内外圈滚道均受变载荷和变应力。
其中，滚动体和转动套圈承受周期性非稳定脉动循环的变载荷（变接触应力），固定套圈则承受稳定的脉动循环的变载荷（接触应力）。
2．滚动轴承的失效形式
滚动轴承的主要失效形式（又称正常失效形式）是滚动体或内外圈滚道上发生疲劳点蚀。
当轴承转速很低（n≤10r/min）或只慢慢摆动，且静载荷很大时，其失效形式是滚动体或内外圈滚道表面发生塑性变形。
3．滚动轴承的设计准则
对于正常转动工作的轴承，进行针对疲劳点蚀的寿命计算。
对于转速很低（n≤10r/min）或只慢慢摆动的轴承，进行静强度计算。
4．滚动轴承的基本额定寿命
基本额定寿命：
一批相同的轴承在相同的条件下运转，当其中10%的轴承发生疲劳点蚀破坏（90%的轴承没有发生点蚀）时，轴承转过的总转数L10（单位为106转），或在一定转速下工作的小时数L10h（单位为小时）。
5．滚动轴承的基本额定动载荷C
是指轴承寿命L10恰好为1（106转）时，轴承所能承受的载荷。
表示轴承的承载能力。
对于向心轴承：
C是纯径向载荷；对于推力轴承：
C是纯轴向载荷；
在使用中要注意C的3条含义：
90%可靠度、基本额定寿命106转、C的方向。
第十二章联轴器和离合器
重要基本概念
1．联轴器和离合器的功用是什么？
二者的区别是什么？
联轴器和离合器的功用是联接两轴使之一同回转并传递转矩。
二者区别是：
用联轴器联接的两轴在工作中不能分离，只有在停机后拆卸零件才能分离两轴，而用离合器可以在机器运转过程中随时分离或接合两轴。
2．联轴器所联两轴的偏移形式有哪些？
如果联轴器不能补偿偏移会发生什么情况？
偏移形式有：
径向偏移、轴向偏移、角偏移和综合偏移。
如果被联接两轴之间的相对偏移得不到补偿，将会在轴、轴承及其它传动零件间引起附加载荷，使工作情况恶化。
3．刚性可移式联轴器和弹性可移式联轴器的区别是什么？
各适用于什么场合？
两类联轴器补偿相对位移的方法不同。
刚性可移式联轴器利用组成零件之间的动联接来补偿相对位移。
弹性可移式联轴器利用弹性零件的变形来补偿位移。
由于刚性可移式联轴器没有弹性零件，不能缓和冲击和振动，一般用于载荷较大，工作较平稳的场合。
而弹性可移式联轴器不仅能补偿综合位移，还能缓冲、吸振。
适用于频繁启动、变载荷、高速度、经常正反转工作的场合。
4．选择联轴器类型和尺寸的依据是什么
类型选择依据：
被联接两轴的对中性、传递载荷的大小和特性、工作转速、安装尺寸的限制、工作环境等。
尺寸选择依据：
计算转矩Tc、轴的转速n、被联接轴的直径d。
升级会员 