机械设计基础复习纲要.ppt
2023/5/27,机械设计基础,1,机械设计基础复习纲要,必备的基础知识必要的基本理论必有的基本技能,2023/5/27,机械设计基础,2,必备的基础知识,机械零件的常用材料机械零件的基本变形及应力常用机构的特点及应用通用机械零件的特点及应用,2023/5/27,机械设计基础,3,常用材料,1）钢是一种含碳量低于2的铁碳合金。2）铸铁含碳量高于2的铁碳合金为铸铁。3）有色金属有色金属 是相对于黑色金属而言4）非金属,问题：在材料A3,45,40Cr,ZG45,HT200中，为()铸铁，为()优质碳素钢,2023/5/27,机械设计基础,4,碳素钢、低合金钢合金钢。,普通碳素结构钢优质碳素结构钢合金结构钢,铸钢,钢的分类,结构钢工具钢特殊钢,2023/5/27,机械设计基础,5,铸 铁,铸铁其性脆，不适于锻压和焊接，但其熔点较低，流动性好，可以铸造形状复杂的大小铸件。常用的铸铁有：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和合金铸铁等。灰铁应用最多，其牌号由“灰铁”二字汉语拼音字首和材料的抗拉强度的平均值。如：HT200,2023/5/27,机械设计基础,6,有色金属,铜合金有一定的强度和硬度，导电性、导热性、减摩耐磨性和耐蚀性良好，是制造电工器件和耐磨蚀零件的重要材料。铝及铝合金是应用最广的轻金属，纯铝有良好的塑性、耐蚀性、导电性、导热性和焊接性，但强度、硬度较低。在铝中加人合金元素硅、铜、镁、锰、锌等，可以获得质量轻、强度高的零件。,2023/5/27,机械设计基础,7,工程塑料,工程塑料是在工程中用来作结构或传动件材料的塑料，它有较高的强度，质量轻，具有绝缘性、减摩耐磨性、耐蚀性、耐热性等。,2023/5/27,机械设计基础,8,机械零件的基本变形及应力,机械零件变形的基本形式,拉压,剪切,弯曲,扭转,问题：在静应力下，塑性材料的极限应力为，脆性材料的极限应力为。,强度条件：,2023/5/27,机械设计基础,9,常用机构的特点及应用,运动形式的转换1、旋转 直线2、直线 旋转速度的变换1、减速传动 2、变速传动3、间歇运动,问题1：在一外接单圆销槽轮机构中，槽数Z=5，则该机构的运动系数=。,问题2：设计一传动系统方案，已知电动机的转速为1440 r/min，要求工作机的转速为140 r/min，试确定传动系统中的传动机构，画出传动简图。,2023/5/27,机械设计基础,10,旋转变直线,连杆机构凸轮机构齿轮机构螺旋机构,2023/5/27,机械设计基础,11,速度的变换,1、减速传动，2、变速传动,2023/5/27,机械设计基础,12,通用机械零件的特点及应用,联接件,传动件,轴系部件,其它,弹簧,2023/5/27,机械设计基础,13,必要的基本理论,机构的组成及机构具有确定运动的条件螺旋副的摩擦、效率和自锁条件铰链四杆的特性及其演化凸轮推杆的常用运动规律 渐开线齿轮的啮合传动及其设计带传动的工作原理和工作能力分析链传动的设计,2023/5/27,机械设计基础,14,必要的基本理论,螺纹联接的计算非液体摩擦滑动轴承的设计滚动轴承的设计轴的分类其强度计算,2023/5/27,机械设计基础,15,机构的组成及机构具有确定运动的条件,机构的自由度F=原动件的数目,问题：具有自锁性的机构与不能动的机构有何本质上的区别？,2023/5/27,机械设计基础,16,螺旋副的摩擦、效率和自锁条件,2023/5/27,机械设计基础,17,铰链四杆的特性及其演化,2023/5/27,机械设计基础,18,四杆机构有曲柄的条件：1、各杆长度需满足杆长条件；2、其最短杆为连架杆或机架。,铰链四杆机构中相邻两构件形成整转副的条件：1)最短杆长度十最长杆长度其他两杆长度之和(杆长条件)。2)组成整转副的两杆中必有一个杆为四杆中的最短杆。,问题：图示铰链四杆机构AB=100、BC=200、CD=300，若要获得曲柄摇杆机构，试确定机架长度AD的范围是多少？,2023/5/27,机械设计基础,19,死点、急回运动和行程速比系数,从动摇杆左、右极限位置,摇杆的摆角,极位夹角,曲柄与连杆BC共线,问题2：具有急回作用的四杆机构，行程速比系数越大，极位夹角。,2023/5/27,机械设计基础,20,直线变旋转,齿条-齿轮机构螺旋机构连杆机构,问题：螺旋机构可将 运动变为 运动。,2023/5/27,机械设计基础,21,压力角与传动角,=900-,连杆与从动件之间所夹的锐角,2023/5/27,机械设计基础,22,曲柄摇杆机构中的死点位置,死点,问题1：在曲柄摇杆机构中，当以 为原动件时，从动件会出现卡死或运动不确定的现象，机构的这种位置称为。,2023/5/27,机械设计基础,23,变换机架获得不同机构型式,整转副,曲柄,摇杆,机构演化,2023/5/27,机械设计基础,24,曲柄滑块机构,机构演化,2023/5/27,机械设计基础,25,偏心轮机构,机构演化,2023/5/27,机械设计基础,26,凸轮推杆的常用运动规律,2023/5/27,机械设计基础,27,常用的推杆运动规律,等速运动,等加速等减速,简谐运动,摆线运动,改进型等速,改进型梯形加速度,问题：在常用推杆运动规律中，存在柔性冲击的有：,2023/5/27,机械设计基础,28,凸轮廓线设计方法的基本原理,反转法,问题2：凸轮机构推程的运动规律为等加速等减速运动，试画出从动件的位移线图，并在下图中作出凸轮推程的轮廓曲线。,问题1：分析并在图中作出该凸轮机构的理论廓线、基圆和A点的压力角。,2023/5/27,机械设计基础,29,渐开线齿轮的啮合传动及其设计,2023/5/27,机械设计基础,30,渐开线的形成,一直线L沿一圆周作纯滚动时，直线上任意点K的轨迹AK即为该圆的渐开线。这个圆称为渐开线的基圆，基圆的半径用rb表示。而该直线L称为渐开线的发生线。,动画,2023/5/27,机械设计基础,31,渐开线的特性,1)发生线在基因上滚过的一段长度等于基因上被滚过的弧长；,2）渐开线上任一点的法线必与基因相切；,3)渐开线上各点的压力角不等，向径rk越大，其压力角也越大;基圆上的压力角为零;,4)渐开线的形状取决于基因的大小,随着基因半径增大，渐开线上对应点的曲率半径也增大，当基圆半径无穷大时，渐开线则成为直线;,5)基圆以内无渐开线。,2023/5/27,机械设计基础,32,标准齿轮,具有标准模数、标准压力角、标准齿顶高系数、标准顶隙系数，且分度圆上齿厚等于齿槽宽的齿轮称为标准齿轮。,问题1：什么样的齿轮称为标准齿轮？,问题2：在齿轮传动中，模数m、压力角、齿顶高系数ha*、顶隙系数c*、齿厚s、齿槽宽e、螺旋角等参数，哪些参数为标准值？,2023/5/27,机械设计基础,33,节点、节圆、啮合线和啮合角,啮合角,节圆,啮合线,节圆和啮合角是一对齿轮啮合传动时才具有的参数，单个齿轮没有节圆和啮合角。,节点,2023/5/27,机械设计基础,34,渐开线齿廓的啮合特性,1能满足定传动比传动要求,2具有传动的可分性,两轮的实际中心距与设计中心距略有偏差，也不会影响两轮的传动比。,2023/5/27,机械设计基础,35,正确啮合条件,问题：斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件是。,2023/5/27,机械设计基础,36,连续传动条件,重合度,2023/5/27,机械设计基础,37,标准齿轮传动的中心距,标准齿轮按标准中心距安装,变位齿轮,问题：一对直齿圆柱齿轮的参数为：Z1=24,Z2=76,m=3mm,=200,ha*=1,c*=0.25.试计算,大齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、基圆直径、齿距以及齿轮传动的中心距。,2023/5/27,机械设计基础,38,轮齿的受力分析和计算载荷,1轮齿的受力分析,阻力,2023/5/27,机械设计基础,39,指向各轮轮心,方向与受力点的圆周速度方向相反,2023/5/27,机械设计基础,40,齿面接触疲劳强度计算,计算位置节点处接触应力,基本理论赫兹公式,齿数比,齿宽系数,许用应力,2023/5/27,机械设计基础,41,齿根弯曲疲劳强度计算,计算理论轮齿视为悬臂梁,计算位置全部载荷作用在齿顶,2023/5/27,机械设计基础,42,五、参数的选择,1齿数 Z1,在满足齿根弯曲疲劳强度的条件下，以齿数Z1多一些为好。,Z1=,2齿宽系数,按表74合理地选择齿宽系数,2023/5/27,机械设计基础,43,3齿数比 u,一对齿轮的齿数比不宜选得过大，否则不仅大齿轮直径太大，而且整个齿轮传动的外廓尺寸也会增大。,直齿圆柱齿轮传动,斜齿圆柱齿轮传动,开式齿轮传动或手动齿轮传动,大传动比需采用轮系,2023/5/27,机械设计基础,44,六、设计中的注意事项,2、小者接触强度弱；,4、大者弯曲强度弱；,1、,3、,5、接触强度主要取决于；,6、弯曲强度主要取决于；,7、齿宽,2023/5/27,机械设计基础,45,带传动的工作原理和工作能力分析,问题1：带传动的失效形式主要有：。,问题2：有一带传动的设计结果为：B型、带的根数Z=10、小轮直径D1=100、大轮直径D2=300、中心距a=280、带速v=5.67 m/s；试分析欲减少Z的途径有哪些？,2023/5/27,机械设计基础,46,带传动中的力分析,带传动不工作时，传动带两边的拉力相等,带传动工作时,紧边,松边,打滑,打滑,失效,2023/5/27,机械设计基础,47,欧拉公式,带在出现打滑趋势而未打滑的临界状态时，带的紧边拉力Fl与松边拉力 F2的关系,带所能传递的最大有效拉力,2023/5/27,机械设计基础,48,带的应力分析,紧边拉应力,离心应力,小带轮的弯曲应力,问题：带所能传递的功率随小带轮直径增大而；随带速降低而。,2023/5/27,机械设计基础,49,带的弹性滑动,带的弹性滑动 de原因及结果,滑动率约在12之间变化,不考虑弹性滑动时，带的传动比,问题：带传动的打滑与弹性滑动有何区别？各对带传动有何影响？,2023/5/27,机械设计基础,50,链传动的设计,失效分析与设计准则设计方法和步骤运动不均匀性,问题2：在链传动中，链条的节距越大，其承载能力。,问题1：传动链可分为 和 两种。,问题3：链传动的中心距过大或过小对传动有何影响？,2023/5/27,机械设计基础,51,螺纹联接的计算,联接类型与结构受拉螺栓与受剪减螺栓失效与强度计算,问题1：与矩形螺纹相比，三角螺纹的传动效率，自锁性。,问题2:试指出下列图中的错误，并画出正确的结构图。,问题3：三角形螺纹的牙型角 于矩形螺纹的牙型角，联接螺纹一般采用 形螺纹。,2023/5/27,机械设计基础,52,非液体摩擦滑动轴承的设计,轴瓦材料及其结构失效形式与设计准则设计方法与步骤,问题：滑动轴承中的摩擦可分为干摩擦，等。,2023/5/27,机械设计基础,53,滚动轴承的设计,轴承的结构与类型寿命计算组合设计,2023/5/27,机械设计基础,54,一、轴的分类,根据轴所承受的载荷不同，轴可分为心轴、转轴、传动轴三类。根据轴线的形状不同，轴可以分为直轴和曲轴两类,问题：既承受弯矩又受承扭矩的轴称为 轴，而自行车前轮的轴是 轴。,2023/5/27,机械设计基础,55,心轴的强度计算方法,F,R1,R2,2023/5/27,机械设计基础,56,传动轴的强度计算方法,转轴可用于计算最小直径,2023/5/27,机械设计基础,57,转轴的强度计算方法,1、按弯扭合成强度条件校核轴径,2、轴的强度精确计算,2023/5/27,机械设计基础,58,必有的基本技能,机构自由度的计算平面连杆机构的图解法设计凸轮机构的图解法设计轮系传动比的计算轮齿受力分析 带传动的受力分析螺纹联接的强度计算平键的强度校核非液体滑动轴承计算滚动轴承寿命计算,不能出错,！,2023/5/27,机械设计基础,59,机构自由度的计算,F=3n-2Pl-Ph,问题1：两运动副元素为 接触的称为低副，两运动副元素为 接触的称为高副。,问题2：机构具有确定运动的条件是。,问题3：根据运动副来分，连杆机构又 机构，齿轮机构和凸轮机构是 机构。,问题4：图示为一冲压机构，是分析该机构是否能动，为什么？如果是一个不能动的机构，如何改进？,问题5：计算图示机构的自由度。,2023/5/27,机械设计基础,60,1、按给定的行程速比系数进行设计,r,已知：CD、K,求：A点,无数解,平面连杆机构的图解法设计,2023/5/27,机械设计基础,61,按连杆预定二个位置设计四杆机构,无数解,2023/5/27,机械设计基础,62,按连杆预定三个位置设计四扦机构,唯一解,问题：已知连杆的三位置如图所示，试用作图法设计各杆的长度。,2023/5/27,机械设计基础,63,轮系传动比的计算,2023/5/27,机械设计基础,64,定轴轮系中首轮A与末轮N间的传动比大小为,轮系中所有主动轮齿数的连乘积,轮系中所有从动轮齿数的连乘积,问题：图示一手动提升机构。已知Z1=20、Z2=60、Z3=2、Z4=40，与蜗轮固联的鼓轮的直径D=120 mm，手柄A的半径R=100 mm，当提升物体的重量W=666 N时，是计算作用在手柄上的力F(提升机构的效率=0.75)。,2023/5/27,机械设计基础,65,转化轮系de传动比,转化轮系中所有主动轮齿数的连乘积,转化轮系中所有从动轮齿数的连乘积,=,2023/5/27,机械设计基础,66,例73 在图示轮系中，已知各轮齿数，n1300 r/min。试求行星架H的转速nH的大小和转向。,这是什么轮系？,复合轮系！,2023/5/27,机械设计基础,67,问题：在图示周转轮系中，已知齿数Z1=15,Z2=30，Z2，=20,Z3=80，n1=200r/min,n3=100r/min.试求当n1,n3转向相同时和n1,n3转向相反时转臂的转速nH.,2023/5/27,机械设计基础,68,凸轮机构的图解法设计,2023/5/27,机械设计基础,69,螺纹联接的强度计算,2023/5/27,机械设计基础,70,1受横向载荷的紧螺栓联接,结合面的摩擦力传递外力F,螺栓的计算应力,问题：习题913,2023/5/27,机械设计基础,71,铰制孔用螺栓,靠螺栓杆的剪切和螺栓杆与被联接件的挤压来传递外裁荷。螺栓杆受到剪切和挤压。,问题：习题914,2023/5/27,机械设计基础,72,2受轴向载荷的紧螺栓联接,压力容器盖螺栓联接是受轴向载荷紧螺栓联接的典型实例。,总拉力为,螺栓的计算应力,?,2023/5/27,机械设计基础,73,平键的强度校核,问题：某带轮与轴用单个A型平键联接，已知键的尺寸bhL=2214110（单位均为mm）,轴的直径d=90mm,许用挤压应力p=80N/mm2，试求该联接所能传递的最大转矩。,2023/5/27,机械设计基础,74,fig22,表11-9,2023/5/27,机械设计基础,75,非液体滑动轴承计算,2023/5/27,机械设计基础,76,1径向滑动轴承的设计,控制表面压强,抗磨损,控制摩擦功耗,抗胶合,抗过渡磨损,问题：一向心滑动轴承所受径向载荷F=240 KN,轴承宽度b=150mm,轴颈的直径d=120mm,转速n=300r/min，轴承材料为ZQSn10-1,材料的许用值为p=15N/mm2,pv=20 N/mm2.m/s,试验算该滑动轴承是否能满足工作要求。,2023/5/27,机械设计基础,77,2止推滑动轴承的计算,A-轴承支承面积,K-考虑油槽使支承面积减小的因子,2023/5/27,机械设计基础,78,滚动轴承寿命计算,滚动轴承de代号,深沟球轴承,角接触轴承,圆锥滚子轴承,推力轴承,的代号,类型内径精度,问题1：说明轴承代号E7107的含义。,问题2：滚动轴承6310/P4的内径d=，公差等级为。,2023/5/27,机械设计基础,79,2寿命计算,当作用在轴承上的载荷P刚好等于其基本额定动载荷C时，轴承的寿命刚好就是106 r。如果载荷 P不等于 C时，轴承的寿命是多少呢?,问题：滚动轴承组的受力如图所示，外加径向载荷Fr=3000N,轴向载荷Fa=1000N,试确定两轴承上的径向载荷Fr1,Fr2和轴向载荷Fa1,Fa2。,2023/5/27,机械设计基础,80,3.当量动载荷,Fr=0，Y=1，X=0 50000型轴承,Fa=0，Y=0，X=1 60000型轴承、N0000型轴承,Fa0，Fr0，Y0，X0 30000型轴承、70000型轴承,2023/5/27,机械设计基础,81,例题1,单击鼠标,2023/5/27,机械设计基础,82,例题2,1、画出各轮的轴向力？2、确定轮3、轮4的旋向？,单击鼠标,问题：轮齿受力分析：图示为一双级齿轮传动。齿轮1的转向如图所示，为了是轴II上两齿轮的轴向力方向相反，试确定齿轮、齿轮的螺旋线旋向，并在啮合点出画出齿轮各分力的方向。,
