机械设计复习资料华中科技大学出版社

1、机械设计复习资料（机制6班内部资料）第一、二章设计机械零件的最基本准则：强度准则。静应力只能在静载荷作用下产生，变应力可由静载荷或变载荷产生。变应力下，零件疲劳断裂具有的特征。答：1 ）疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至屈服极限低，2）不管脆性材料或塑像材料，疲劳断裂口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂，3）疲劳断裂是损伤的积累。稳定性变应力的描述：丘也铤、%、r （循环特性）（看书p20-21 ）极限应力图的部分。（看书p23-28） 受对称循环变应力作用的工件最易损坏。机械零件摩擦的分类：干摩擦，边界摩擦，流体摩擦。混合摩擦。磨损按磨损表面外观描述：点蚀磨损，胶合磨损，

2、擦伤磨损。磨损按磨损机理分类：磨粒磨损，粘着磨损，疲劳磨损，腐蚀磨损。磨损：运动副之间的摩擦导致零件表面材料丧失或者迁移，磨损的过程：跑合磨损阶段，稳 定磨损阶段，剧烈磨损阶段。设计和使用机器时：力求缩短磨合期，延长稳定磨损期，推退 剧烈磨损期的到来。减少磨损的措施：正确选用材料，进行有效的润滑，采用适当的表面处理，改进结构设计以提高加工和装备精度，正确的使用、维修和保养。润滑剂的作用：降低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭锈蚀，散热降温，缓冲吸振，密封，清 除污物。润滑剂分为四个类型：气体，液体，半固体，固体。1.润滑油：有机油，矿物油，化学合成油。性能指标：1粘度（动力粘度：流体中任意点处的切应

3、力均与该处流体的速度梯度成正比运动粘度：动力粘度与同温度下的液体的密度之比值）2润滑性3极压性4闪点：遇火焰能发出闪光的最低温度 5凝点：不能再自由流动的最高温度6氧化稳定性。2润滑脂润滑方法：1）润滑油：滴油、油环、飞溅、压力循环润滑。2）润滑脂：旋盖式油脂杯。第三章书本p47的螺栓、螺柱、螺钉的画法。螺纹：外螺纹和内螺纹，共同组成螺旋副。常用螺纹：连接螺纹及传动螺纹连接螺纹1）普通螺纹2）非螺纹密封的管螺纹 3）用螺纹密封的管螺纹4）米制螺纹 传动螺纹1）矩形螺纹2）梯形螺纹3）锯齿形螺纹螺纹的参数：大径：螺纹的最大直径（公称直径）2小径d1:螺纹的最小直径 3中径d2:近似平均直径d2=

4、1/2 （d+d1） 4线数n：螺纹的螺旋线数目沿一根螺旋线形成的螺纹为单线螺纹 常用的连接螺纹要求自锁性故多用单线螺纹；传动螺纹要求传动效率高，故用双线 或者三线螺纹，为了便于制造n小于等于4 5螺距p 6导程s=np 7螺纹升角=arctan（np/ 兀d2） 8牙型角9接触高度h螺纹升角增大：联接自锁性降低、传动效率提高。牙型角增大，自锁性提高、传动效率降低垫圈的作用一一增加被联接件的支撑面积以减小接触处的压强和避免拧紧螺母时擦伤被联 接件的表面。螺纹连接的仿松实质：防止螺旋副在受载时发生相对转动。措施按工作原理分为摩擦防松， 机械防松，破坏螺旋副运动关系防松。摩擦防松（对顶螺母、弹簧垫

5、圈、自锁螺母）。机械防松（开口销与六角开槽螺母、止动垫圈、串联钢丝）。破坏螺旋副运动关系防松（钏合、冲点、涂胶粘剂）螺纹连接的预紧：预紧力目的在于：增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现隙缝或者相对滑移螺纹联接的防松的原因和措施是什么？答：原因：是螺纹联接在冲击，振动和变载的作用下，预紧力可能在某一瞬间消失，联接有可能松脱，高温的螺纹联接，由于温度变形差异等原因，也可能发生松脱现象，因此在设计时必须考虑防松。措施摩擦防松（对顶螺母、弹簧垫圈、自锁螺母）。机械防松（开口销与六角开槽螺母、止动垫圈、串联钢丝）。破坏螺旋副运动关系防松（钏合、冲点、涂胶粘剂）三：螺栓强度计算螺栓的总拉力

6、F2=残余预紧力F1+工作拉力F预紧力F0=F1+F*Cm/ （Cm+Cb F2=F0+F*Cb/ （ Cm+Cb Cm Cb分别表示被连接件和螺栓的 刚度Cb/ （ Cm+Cb螺栓的相对刚度 皮革垫圈0.7 铜皮石棉垫圈0.8 橡胶垫圈0.9 得到F2之后进行强度计算b =1.3F2/ （兀 /4*d1*d1 ）三b 螺纹连接件的材料：数字粗略表示螺母保证最小应力b min的1/100 ,选用时需注意所用落幕的性能等级应不低于与其相配螺栓的性能等级螺纹连接件的许用应力b = b s/S b s-材料的屈服极限或者强度极限S-安全系数提高螺纹连接强度的措施1降低影响螺栓疲劳强度的应力幅Cb/

7、（Cm+Cb应尽量小些为了减小螺栓的刚度Cb可适当增加螺栓的长度为了增大被连接件的刚度，可以不用垫片或者采用刚度较大的垫片2改善螺纹牙上载荷分布不均的现象常采用悬置螺母，减小螺栓旋合段本来受力较大的几圈螺纹牙的受力面积或采用钢丝螺套3减小应力集中的影响可以采用较大的圆角和卸载结构（切制卸载草，卸载过度圆弧）或 将螺纹收尾改为退刀槽4采用合理的制造工艺方法采用冷敏螺栓头部和滚压螺纹的工艺方法可以显著提高螺栓的疲劳强度，这是因为不仅可以降低集中应力，而且不切断材料纤维， 金属流线的走向合理及冷作硬化效果使表面有残余应力，此外采用氮化，割化，喷丸等处理5避免附加应力。1.螺栓头，螺母和被连接件均应加

8、工。为减小被连接件的加工面，可采用凸台或者沉孔。2设计时避免采用鞋面支撑。3增加被连接件的刚度，增加凸缘厚度。4其他方式，增大螺纹预留长度，采用细长螺栓。提高螺栓联接强度的措施答：（1）降低螺栓总拉伸载荷 Fa的变化范围：a,为了减小螺栓刚度，可减螺栓光杆部分直 径或采用空心螺杆，也可增加螺杆长度，b,被联接件本身的刚度较大，但被链接间的接合面因需要密封而采用软垫片时将降低其刚度，采用金属薄垫片或采用 O形密封圈作为密封元件，则仍可保持被连接件原来的刚度值。（2）改善螺纹牙间的载荷分布，（3）减小应力集中，（4）避免或减小附加应力。螺纹联接的失效形式：受拉螺栓：塑性变形、疲劳断裂受剪螺栓：剪断

9、、压溃 联接失效：滑移、离缝第四章键连接的主要类型：平键连接（两个键沿轴周向方向相隔180度），半圆键连接（母线方向），楔键连接（90度-120度）和切向键连接（120度-130度） 根据用途不同平键可分为：普通平键，薄型平键（静连接），导向平键和滑键（动连接）按构造分：圆头（A型），平头（B型），单圆头（C型） 键的选择原则：类型选择和尺寸选择两方面类型选择应根据键连接的结构特点，使用要求和工作条件选择尺寸选择应按照符合标准规格和强度要求来取定，键的尺寸为截面尺寸（键宽b*键高h）与长度L,截面尺寸b*h由轴的直径d由标准中选定，键的长度 L一般可 按轮毂的长度而定，即键长LM轮毂长度，而导

10、向平键则按轮毂的长度及滑动距离而定一般轮毂长度L' q （ 1.5-2 ） *d 平键连接强度计算失效形式：普通平键联接（静联接）:工作面的压溃、键的剪断导向平键滑键联接（动联接）：工作面的磨损 普通平键强度计算 b p=2*T*1000/ （ kld ）三b 花键分外花键和内花键组成，花键是平键连接在数目上的发展 与平键相比的优势受力均匀轴和毂的强度削弱较少齿数多接触面积大，承受荷载大轴上零件和轴的对中性较好导向性好可用磨削方法提高精度和连接质量缺点：应力集中仍存在，加工成本高，花键连接适用于定心精度高，荷载大或经常滑移的链接按齿形不同分为矩形花键和渐开线花键 第五章 带传动是一种挠

11、性传动，基本组成零件为带轮和传动带 按工作原理不同分为：摩擦型（又按横截面面积形状不同分为平带传动，圆带传动，V带传动，多楔带传动）和啮合型带传动 V带传动材料：包括顶胶，抗拉体，底胶和包布 根据抗拉体不同分为帘布芯V带和绳芯V带带传动受力分析：紧边拉力F1,松边拉力F2,不工作时初拉力 F0 F1+F2=2F0传动带工作面上总摩擦力Ff=F1-F2带的有效拉力 Fe=Ff=F1-F2 有效拉力Fe与带传动传递功率 P关系P=Fe*v/1000 单位kw N m/s 得到 F1=F0+Fe/2F2=F0-Fe/2 带传动初拉力F0正常工作时的最小初拉力（F0） min 为了保证带传动的正常工作

12、首先需要满足传递功率要求至少具有的总摩擦力和与之对应的 最小初拉力 带传动的参数选择 中心距a中心距大，可以增加带轮的包角a ,减少单位时间内带的循环次数，有利于提高带的寿命。但是中心距过大，会加剧带的波动，降低传动的平稳性，同时增大了带传动的整体尺寸，中心距小则有相反的利弊，一般初选中心距 0.7 （d1+d2） = a0= 2 （d1+d2） mm 传动比i传动比大，会减小带轮的包角。当带轮的包角减小到一定程度，带轮就会打滑，从而无法传递规定的功率，因此一般传动比i三7推荐i=25 带轮的基准直径在带传动需要传递的功率给定下，减小带轮的直径，会增大带传动的有效拉力，从而导致V带的根数增加，

13、这样不仅增大了带轮的宽度而且增大了荷载在V带之间分配的不均匀性另外直径的减小增加了带的弯曲应力，为了避免应力过大，小带轮的基准直径不宜过小，一般保证基准直径M最小基准直径 带速v当带传动功率一定时，提高带速v可以降低带传动的有效拉力，相应的减少带的根数或者带的横截面积，总体上减少带传动的尺寸，但是提高带速，也提高了 V带的离心应力增加了单位时间内带的循环次数，不利于提高带传动的疲劳强度和寿命，降低怠速则有相反的利弊，由此带速不宜过高或过低 一般v=525m/s 最高带速v 30 m/S带轮的结构形式：轮缘，轮辐，轮毂组成V带轮的轮槽 与选用的V带的型号相对应 V带绕在带轮上以后发生弯曲变形，使

14、 V带工 作面的夹角发生变化， 为了使V带的工作面与带轮的轮槽工作面紧密贴合， 将V带轮轮槽的 工作面的夹角做成小于 40 °V带安装到轮槽中以后，一般不应超出带轮外圆，也不应与轮槽底部接触，为此规定轮槽基准直径到带轮外圆和底部的最小高度hamin和hfmin轮槽工作表面的粗糙度为 1.6或3.2弹性滑动和打滑的定义。答：弹性滑动是指由于材料的弹性变形而产生的滑动。打滑是指由于过载引起的全面滑动。弹性滑动是由拉力差引起的，只要传递圆周力，出现紧边和松边，就一定会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可避免的，进而V2总是大于VI。带传动的有缺点。答，优点一一1）适用于中心距较大的传动，2）带

15、具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收振动，3）过载时带与带轮间产生打滑，可防止损坏其他零件， 4）结构简单，成本低廉。缺点一一 1）传动的外廓尺寸较大， 2）需要张紧装置，3）由于带的滑动，不能保证固定不变的传动 比，4）带的寿命短，5）传动效率较低。带传动的主要失效形式是打滑和传动带的疲劳破坏。链传动挠性传动由链条和链轮组成通过链轮轮齿和链条链节的啮合来传递动力 与摩擦型带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，准确的平均传动比，传递效率高，径向压 力小，整体尺寸小，结构紧凑，同时能在潮湿和高温条件下工作 与齿轮传动相比链传动的制造和安装精度要求较低，成本低，在远距离传动时，其结构比齿轮传动要轻便的多链

16、传动的缺点：只能实现平行轴间链轮的同向传动，运转时不能保持恒定的瞬时传动比， 磨损后易发生跳齿，工作时有噪声，不宜用在载荷变化很大，高速，急速反向的传动中。链条按用途不同分为传动链，输送链，起重链。又可分为滚子链，齿形链（无声链）等链的传动速度平均速度 v=z1n1p/ （60*1000 ） =z2n2p/ （60*1000）z1 z2-表示主从动轮的齿数n1 n2-表示主从动轮的转速 r/min因为6是变化的，所以即使主动链轮转速恒定，链条的运动速度也是变化的，当3 =正负180° /z1时，链速最低，当3 =0°时链速最高，链速变化呈周期性，链轮每转过一个链节， 对应链

17、速变化的一个周期， 链速变化的程度与主动链轮的转速n1和齿数z1有关。转速越高，齿数越少，则链速变化范围越大。可见链传动的瞬时传动比是变化的，链传动的传动比与链条绕在链轮上的多边形特征有关， 故将以上现称为链传动的多边形效应。链传动的失效形式链的疲劳破坏成为决定链传动承载能力的主要因素链条皎链的磨损 结果使得链节距增大， 链条总长度增加，从而使链的松边垂度发生变化，同时增大了运动的不均匀性和动荷载，引起跳齿。链条皎链的胶合一定程度上限制了链传动的极限转速传动链的结构特点：链节数宜取偶数，避免过渡链节 链轮的转速越高、节距越大、齿数越少，则传动的动载荷就越大。 第六章齿轮传动主要特点：效率高结构

18、紧凑工作可靠寿命长传动比稳定齿轮传动的失效形式轮齿折断为了提高抗折断能力采用的措施1）增大齿根过渡圆角半径及消除加工刀痕的方法减小齿根应力集中2）增大轴及支撑的刚性，使轮齿接触线上受荷载均匀3）采用合适的热处理加工方法使齿芯材料具有足够的韧性4）采用喷丸，滚压等工艺措施对齿根表面进行强化处理齿面磨损 避免齿面磨粒磨损的最有效方法：采用闭式齿轮传动齿面点蚀（闭式齿轮常见失效形式）提高齿轮材料的硬度可以增强齿轮抗点蚀的能力齿面胶合加强润滑措施或者在润滑油中加入极压添加剂均可减轻胶合塑性变形分为滚压塑变和锤击塑变采用较高粘度的或者添加极压添加剂的润滑油均可减缓塑性变形 提高齿轮对上述失效形式的能力还

19、可以减小齿面粗糙度，适当选配主从动齿轮的材料及硬 度，进行适当的磨合，以及选用合适的润滑剂及润滑方法等 齿轮的设计准则：闭式软齿面齿轮：易发生点蚀，按接触疲劳强度设计，校核弯曲强度 闭式硬齿面齿轮：易发生轮齿折断，按弯曲疲劳强度设计，校核接触强度开式齿轮：主要失效是磨损、断齿，不会出现点蚀，只按弯曲疲劳强度设计，然后将计算出 的模数m加大10%20%齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力， 即要求：齿面硬、齿芯韧。齿轮传动的计算荷载看书（p137-172）在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数选得多一些好 对齿轮强度计算的说明 按齿根强度计算时应把从动轮和主动

20、轮中b f1/ （Yfa1*Ysa1 ）和b f2/ （Yfa2*Ysa2 ）中较小的数值代入计算公式 配对齿轮的接触应力相等，即b H1= b H2同上应将b H中较小的代入公式 当配对齿轮的齿面均属硬齿面时，两轮的材料，热处理方法及硬度均可取成一样的 1）在齿轮的齿宽系数，齿数及材料已选定的情况下，影响齿轮弯曲疲劳强度的主要因素 是模数， 模数越大，弯曲疲劳强度越高2）齿宽系数，材料及传动比已选定情况下，影响齿轮齿面接触疲劳强度的主要因素是齿轮直径，小齿轮直径越大，齿面接触疲劳强度越高。 齿轮传动的润滑。答：开式齿轮传动通常采用人工定期加油润滑，可采用润滑油或润滑脂，一般闭式齿轮传动的润滑

21、方式根据齿轮的圆周速度V的大小而定，当V<=12时多采用油池润滑， 当V>12时,不宜采用油池润滑，这是因为（1）圆周速度过高，齿轮上的油大多被甩出去而达不到啮合 区，（2）搅由过于激烈使油的温升增高，降低润滑性能，（3）会搅起箱底沉淀的杂质，加速二，蜗杆传动的设计准则蜗轮的齿粮弯曲疲劳强度计算蜗轮的齿面接触疲劳强度计算 防止蜗轮失效。采取措梵，防止齿面过度磨掴、般合蜗杆的刚度计算防止蜗开刚度不足引起的失效。 传动系统的热平衡计算 防止过热引起的失效。 升式传动：多发生齿而磨损与.断宙，应保证传根弯曲疲劳强度. 闭式传动：多发生齿面胶咨与点蚀，应按诣面接触疲劳强度进 设计*校核由根

22、弯曲疲劳强度，此外,由于散热较困推，还应 热平衡核算.蜗杆头数z1的选择齿轮的磨损，常采用喷油润滑。 第七章 蜗轮蜗杆 失效形式：蜗轮磨损、胶合 、点蚀；蜗杆刚度不足。可根据传动比和效率来决定，单头蜗杆传动比可以较大，但效率低，要提高效率可以增加头 数，但导致加工困难，因此一般选用头数1,2,4,6蜗轮齿数z2主要根据传动比确定为了避免根切理论上应该Z2min M 17但当Z2v 26时啮合区显著减少，影响传动的平稳性二 Z2M 30时则可以保证始终有两对以上的齿啮合， 通常Z2 >28,对 于动力传动一般不大于 80,这是因为当蜗轮直径不变时，Z2越大模数越小，将使轮齿的弯曲强度削弱；

23、当模数不变时，蜗轮尺寸要增大，使相啮合的蜗杆支承间距加长这降低了蜗杆 的弯曲刚度，容易产生挠曲而影响正常啮合。蜗轮蜗杆传动的热平衡计算：蜗杆传动由于效率低，所以工作时发热大，在闭式传动中如果 产生的热量不及时散逸，将因油温不断升高而使润滑油稀释，从而增大摩擦损失甚至发生胶合第巴掌轴系零件改错第九章第十章滑动轴承分为整体式径向滑动轴承，对开式径向滑动轴承（承受径向力），止推滑动轴承（承 受轴向力） 滑动轴承的失效形式磨粒磨损，刮伤，咬粘（胶合），疲劳剥落，腐蚀 轴承材料材料应该满足的要求良好的减摩性，耐磨性和抗咬粘性良好的摩擦顺应性，嵌入性和磨合性足够的强度和抗腐蚀能力良好的导热性，工艺性，经济

24、性等 常用的轴承材料轴承合金（通称巴氏合金或白合金）铜合金铝基轴承合金灰铸铁 及耐磨铸铁多孔质金属材料非金属材料 油孔及油槽 作用：为了将润滑油导入整个摩擦面间，轴瓦或轴颈上需开设油孔或槽，对 于液体动压径向轴承，有轴向油槽（单轴向和双轴向油槽）和周向油槽两种形式 润滑油及其选择润滑油是滑动轴承中应用最广的润滑剂，液体动压轴承通常采用润滑油作润滑剂原则上讲当转速高， 压力小，应选择粘度较低的油，反之当转速高压力大应选粘度较高的油润滑油粘度随温度升高而降低，故在较高温度下工作的轴承所用油粘度应该比通常的高一 些。滚动轴承的类型：向心轴承，推力轴承，向心推力轴承三大类滚动轴承代号:6308-内径4

25、0mm的深沟球轴承，尺寸系列 03,0级公差，0组游隙7211C-内径55mm的角接触球轴承，尺寸系列 02,接触角15° , 0级公差，0组游隙 N408/P5-内径40mm外圈无挡边圆柱滚子轴承，尺寸系列04,5级公差，0组游隙滚动轴承类型的选择因素轴承的载荷轴承的转速轴承的调心性能轴承的安装和拆卸滚动轴承的实效形式正常实效是：内外圈滚道或滚动体上的点蚀破坏现在规定：一组相同条件下运转的近于相同的轴承，将其可靠度90%时的寿命作为标准寿命并把这个寿命叫做 基本额定寿命L10做轴承寿命计算时，必须先根据机器类型，使用条件及可靠性的要求，确定一个恰当的预期计算寿命（即设计机器时所要求

26、的轴承寿命，通常参照大修限期取定）基本额定动荷载 C （使轴的基本额定寿命恰好103*2r所能承受的荷载）对向心轴承就是纯径向荷载Cr表示 对推力轴承指的是纯轴向Ca表示填空题轴（按受荷载不同）可分为转轴，心轴，传动轴按轴线形状分为曲轴和直轴（光轴和阶梯轴）普通平键截面尺寸按 轴的直径 来选择，键长按 轮毂的长度 而定 随着表面粗糙度的增加，零件的实际接触面积减少，高副元件表面接产生的应力 是切应力螺纹连接防松的实质是防止螺旋副间的相对转动内联板与套筒，外联板与销轴过盈滚子和套筒，套筒和销轴间隙对齿轮材料性能的基本要求齿面硬齿芯韧带传动的传动比不宜过大，过大则包角减小 出现打滑，减小有效拉力承

27、载能力最高是直齿圆柱传动，最低是 斜齿限制蜗杆的直径系数 q是为了限制齿数蜗杆传动的滑动速度越大，所选润滑油的粘度值就 越小液体摩擦动压滑动的轴瓦上的油孔，油沟位置应开在中部周向简答题：为什么蜗杆传动要进行热平衡计算及冷却措施答：由于蜗杆传动效率低，发热量大，若不及时散热，会引起箱体内油温升高，润滑失效，导致齿轮磨损加剧，甚至出现胶合，因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。措施一一1）,增加散热面积，合理设计箱体结构，铸出或焊上散热片，2）提高表面传热系数，在蜗杆轴上装置风扇，或在箱体油池内装设蛇形冷却水管。与带传动和齿轮传动相比，链传动的优缺点答：与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比，需要的张紧 力小，作用在轴上的压力也小，可减小轴承的摩擦损失，结构紧凑，能在温度较高，有油污 等恶劣环境条件下工作