机械设计复习.doc
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机械设计总论
机器的组成:
原动机部分,执行部分,转动部分,控制部分,辅助系统
设计机器的程序:
1,计划阶段2,方案设计阶段3,技术设计阶段4,技术文件编制阶段
对机器的主要要求:
1,使用功能要求2,经济性要求3,劳动和环境保护功能4,寿命与可靠性要求5,专用要求
零件主要失效形式:
1,整体断裂2,过大的残余变形3,零件表面破坏4,破坏正常工作条件引起的失效
设计零件应满足的要求:
1,避免在预定寿命期内失效的要求2,结构工艺性要求3,经济要求4,质量小的要求5,可靠性要求
零件设计准则:
1,强度准则2,刚度准则3,寿命准则4,振动稳定性准则5,可靠性准则
零件设计步骤:
1,根据零件使用要求,选择类型和结构
2,根据机器的工作要求,计算作用在零件上的载荷
3,根据类型,载荷,失效形式,确定设计准则
4,根据工作条件及特殊要求,选择材料
5,根据设计准则计算,确定基本尺寸
6,根据工艺性机标准化等原则进行结构设计
7,校核计算,判定合理性
8,画出零件图,写计算说明书
材料选用原则:
1,根据载荷,应力大小和性质2,零件工作情况3,尺寸及质量4,结构复杂程度及材料加工可能性5,材料经济性
第三章机械零件的强度
零件强度分:
静应力强度(N<1000)和变应力强度(疲劳强度+峰值静载强度)
疲劳特性:
最大应力,应力循环次数N,应力比r()
r=-1对称循环应力r=0脉动循环应力
平均应力应力幅值r=
寿命系数
等寿命疲劳曲线试件受循环弯曲应力时材料常数,A’G’斜率
提高疲劳强度的措施:
1,降低应力集中的影响2,选用疲劳强度高的材料和热处理方法及强化工艺3,提高零件表面质量4,减小和消除表面初始裂纹尺寸
第四章
摩擦:
干摩擦,边界摩擦,流体摩擦,混合摩擦
磨损:
磨合阶段,稳定磨损阶段,剧烈磨损阶段
磨损结果分:
点蚀磨损,胶合磨损,擦伤磨损
磨损机理分:
粘附磨损,磨粒磨损,疲劳磨损,流体磨粒磨损,流体侵蚀,机械化学磨损
第五章
螺纹连接:
用作紧固件,要求保证连接强度,有点还要求紧密性
螺纹传动:
要求螺旋副的传动精度,效率和磨损寿命
普通,管螺纹(连接)梯形,矩形,锯齿形螺纹(传动)
主要参数:
大径d(公称直径)小径(危险截面)中径(配合)线数n螺距P
导程S=nP螺纹升角牙型角接触高度h
铰制孔用螺栓与孔采用基孔制过渡配合
预紧力:
使连接在承受工作载荷前,预先受到力的作用
目的:
增强连接的可靠性和紧密性,防止受载后被连接件出现缝隙或发生相对滑移
防松:
摩擦防松,机械防松,破坏螺旋防松】
螺栓连接的结果设计:
1,接连接合面和几何形状通常设计成轴对称的简单几何形状
2,螺栓分布应使对螺栓的受力合理
3,螺栓的排列应有合理的间距,边距
4,分布在同一圆周上的螺栓数目应为偶数
5,避免螺栓承受附加的弯曲载荷
螺栓,钉,柱性能等级,如3.6则抗拉强度极限=300MPa屈服极限=180MPa
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(减小螺栓刚度,增大被连接件的刚度,适当增大预紧力)
2,改善螺纹牙上载荷分布不均的现象(加厚螺母无效果)
3,减小应力集中的影响
4,采用合理的制造工艺
受拉螺栓主要破坏形式是螺栓杆螺纹部分发生断裂
受剪螺栓则是螺栓孔与孔壁贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断
传力螺旋,调整螺旋要求自锁,应采用单线螺旋
传导螺旋为提高传动效率及直线速度可采用多线螺旋
螺栓组受力
1横向载荷
普通螺栓 铰制孔螺栓
2转矩
普通螺栓 铰制孔螺栓
3轴向载荷
普通螺栓 铰制孔螺栓
4倾覆力矩
普通螺栓 铰制孔螺栓
地基
螺栓组连接强度计算 松螺栓(无预紧力)
紧螺栓(拉伸+扭曲)仅受预紧力时
普通螺栓 铰制孔螺栓
紧螺栓受预紧力和工作载荷(拉力)
普通螺栓 铰制孔螺栓
预紧力 残余预紧力 总拉力 工作拉力
紧螺栓受预紧力和工作载荷(剪切力)
铰制孔螺栓 挤压强度
剪切强度
第六章
键:
周向固定以传递转矩。
轴向固定,滑动导向
连接类型:
平键连接,半圆连接,楔键连接,切向键连接
平键用途分:
普通平键,薄型平键,导向平键,滑键
普通平键构造分:
圆头(A型),平头(B型),单圆头(C型) 不能承受轴向力
平键失效形式:
主要是工作面被压溃,可能被剪断。
按工作面上的挤压应力进行强度校核
导向平键失效:
工作面的过度磨损。
按工作面上的压力进行条件性的强度校核
普通平键连接的强度条件为
导向平键和滑键连接强度为
两个平键最好布置在沿周向相隔;两个半圆键应布置在轴的同一条母线上;两个楔键应布置在沿周向相隔 强度校核中只按1.5个键计算
平键的两侧面是工作平面,楔键的上下平面是工作平面,切向键的工作平面是平行两个窄面
矩形花键的定心方式是小径定心,渐开线花键则是齿形定心
传动原因:
1速度不匹配2速度调整3一带多的需要4其他原因
传动分类:
机械传动(机械能未转化为其他能量)电传动(机械能与电能发生转换)
机械传动为:
摩擦传动,啮合传动,液压传动,气力传动
摩擦传动分:
摩擦轮传动(直接),带传动(间接)
啮合传动分:
齿轮,蜗杆,螺旋传动(直接),同步带传动(间接)
按传动比分:
定传动比,变传动比(有级变速,无级变速)
选择传动类型依据:
效率高,外轮廓尺寸小,质量小,运动性能良好,符合生产条件
第八章 带传动
带传动类型:
啮合性,摩擦型(平带,圆带,V带,多楔)
不出现整体打滑:
带轮的初拉力必须大于带传动正常工作所需的最小的初拉力
带的应力分析:
1拉应力 2弯曲应力 3离心应力
最大应力处:
带的紧边绕上小带轮处
弹性滑动总是存在,打滑可以避免
初拉力不足,可能出现整体打滑;初拉力过大,则使传动带过度磨损
增大摩擦系数和带轮的包角有利于增大临界摩擦力
张紧轮:
1一般放在松边内侧,使带只受单向弯曲
2尽量靠近大带轮,减少小带轮上包角的减小
3轮槽尺寸与带轮的相同,直径小于小带轮
4中心距国小,放在松边外侧接近小带轮
第十章齿轮传动
特点:
1效率高2结构紧凑3工作可靠寿命长4传动比稳定
失效形式:
轮齿折断,齿面磨损,齿面点蚀,齿面胶合,塑性变形
提高轮齿抗折断能力:
1,增大齿根过渡圆角半径及消除加工刀痕减小齿根应力集中
2,增大轴及支承的刚度,使轮齿接触线上受载较均匀
3,采用热处理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
开式齿轮传动主要失效形式是磨粒磨损,润滑好的闭式则是点蚀
点蚀首先出现在靠近节线的齿根面上
设计准则:
保证齿根弯曲疲劳强度(开式)及齿面接触疲劳强度(闭式两个)
齿根接触疲劳强度计算
齿根弯曲疲劳强度计算
齿轮传动的强度计算
将和中较大者带入计算
齿轮材料性能的基本要求是:
齿面要硬,齿心要韧
适当增大模数可以延长开式齿轮传动寿命
增大齿数能增大重合度,改善传动的平稳性,模数减小,齿厚减小,弯曲强度降低
齿根所收的最大弯曲发生在轮齿啮合点位于单对齿啮合区最高点
第十一章蜗杆传动
主要失效形式:
一般在涡轮轮齿上,有点蚀,齿根折断,齿面胶合,过度磨损
对蜗杆传动进行热平衡计算是防止发生胶合
增加蜗杆头数,可以提高效率,单头蜗杆可以实现很大传动比
蜗轮齿数一般应大于28
第十二章滑动轴承
轴承摩擦性质分:
滑动摩擦轴承,滚动摩擦轴承
滑动轴承:
用在工作转数高,冲击与振动大,径向空间尺寸受到限制及在腐蚀性介质中工作
滑动轴承受载分:
径向轴承,止推轴承
滑动轴承主要结构形式分:
整体式径向滑动轴承,对开式径向滑动轴承,止推滑动轴承
主要失效形式:
磨粒磨损,刮伤,胶合,疲劳剥蚀,磨蚀
适合做轴承衬的材料是轴承合金(巴式合金或白合金)
不完全液体润滑滑动轴承
可靠的工作条件是:
边界膜不遭破坏,维持粗糙表面微腔内有液体润滑存在
需验算:
轴承平均压力p,pv(防止温升),v
形成液体动力润滑(动压油膜)的必要条件:
1,相对滑动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙
2,被油膜分开的两表面必须有足够的相对滑动速度,运动方向须使润滑油由大口进小口出
3,润滑油必须有一定的粘度,供油充分
最小油膜厚度:
偏心距越小,轴承承载能力越大,最小油膜厚度越小
第十三章滚动轴承
滚动体分:
球,圆柱滚子,圆锥滚子,球面滚子,非对称球面滚子,滚针
滚动轴承分:
向心轴承,推力轴承,向心推力轴承
轴承内孔与轴的配合采用基孔制,轴承外径与外壳空的配合采用基轴制
第十四章联轴器和离合器
联轴器分:
刚性联轴器(无补偿能力),挠性联轴器(有补偿能力)
要求偏移量大时用齿式联轴器;正反转时用弹性套柱销联轴器;一定轴位移少量径向位移,角位移时用弹性柱销两周器
第十五章轴
轴分:
转轴(承受弯矩和扭矩),心轴(只承受弯矩),转动轴(只承受扭矩)
提高轴强度措施:
1,合理布置轴上零件以减小轴的载荷2,改进轴上零件的结构
3,改进轴的结构以减小应力集中的影响
4,改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度
计算题
解普通螺栓组受轴向载荷最大螺栓上所受的总拉力问题
1,计算总载荷轴向分力,横向分力和倾覆力矩M
2,计算总载荷轴向分力作用在每个螺栓上的工作拉力()
3,计算倾覆力矩M派生的最大轴向拉力()
4,轴向载荷最大的螺栓所受轴向工作载荷
5,计算预紧力,由
得:
6,受轴向载荷最大的螺栓所受总拉力
7,
轴承寿命问题
1,有算出和
2,假设与外加轴向载荷同向的派生轴向力
(1)或是
(2)
3,……
(1)
……
(2)
4,由计算当量载荷(X径向,Y轴向)
5,由
带传动问题
1,由和算出和
2,由
3,
4,画图
单向稳定变应力机械零件的疲劳强度计算——等寿命疲劳曲线
1,判断类型:
,应力比不变(绝大多数转轴中的应力状态)
,平均应力不变(振动着的受载弹簧的应力状态)
,最小应力不变(紧螺栓连接中的螺栓受轴向变载荷时的应力状态)
2,标疲劳极限应力点:
,引过原点,工作应力点的射线与疲劳极限应力曲线的交点
,过工作应力点做x轴垂线与疲劳极限应力曲线的交点
,过工作应力点做45°角斜线与疲劳极限应力曲线的交点
3,交点在135°线上发生塑性破坏,其他则发生疲劳破坏
计算说明图所示安装在某轴上的一对7306AC轴承是否合用。
已知工作温度t=125℃(ft=0.95),载荷有轻微冲击(fp=1.1),转速n=1250rpm,预期寿命Lh=10000小时,它们的径向载荷Fr1=1000N,Fr2=2000N,轴上的外加轴向载荷Fae=1000N,方向如图所示。
(附:
7306AC轴承Cr=25200N,e=0.68,Fs=0.68Fr
)
解:
(1)计算轴承1,2的轴向载荷
派生轴向力:
因为,轴向力为
计算当量动载荷:
(3)计算轴承寿命
故该轴承适用。
8
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