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1、第二章 机械设计总论 机器的组成 设计机器的一般程序 对机器的主要要求 机械零件的主要失效形式 设计机械零件时应满足的基本要求 机械零件的计算准则 机械零件的设计方法 机械零件设计的一般步骤 机械零件材料的选用原则 机械零件设计中的标准化 机械现代设计方法简介第1页/共71页 材料的疲劳特性 机械零件的疲劳强度计算*机械零件的抗断裂强度 机械零件的接触强度第三章 机械零件的强度 机械零件的载荷与应力机械零件在静应力下的强度计算第2页/共71页 材料的疲劳特性极限应力：、第三章 机械零件的强度 机械零件的载荷与应力变应力可由静载荷或变载荷产生稳定性变应力的描述：、（循环特性）机械零件在静应力下的
2、强度计算极限应力：、安全系数：第3页/共71页 机械零件的疲劳强度计算材料及零件的疲劳极限应力线图直线方程材料常数（的斜率）综合影响系数应力变化规律（加载方式）疲劳强度计算图解法和解析法复合应力安全系数第4页/共71页应力状态应力类型单向应力状态复合应力状态极限应力静应力稳定循环变应力(塑性材料）以为判据以为判据以为判据以为判据塑性 脆性以为判据疲劳区屈服区？强度计算公式总结强度计算公式总结第5页/共71页 1FB B 2H HH HFB B 1 2H HH H 机械零件的接触强度第6页/共71页第四章 摩擦、磨损与润滑概述 概述 摩擦 种摩擦状态 干摩擦、边界摩擦、流体摩擦、混合摩擦 磨损
3、磨损基本类型 磨粒磨损、疲劳磨损、粘附磨损、冲蚀磨损、腐蚀磨损、微动磨损 润滑剂、添加剂和润滑方法 润滑油的粘度（运动粘度、动力粘度）及牌号 润滑油的粘温特性 流体润滑原理简介第7页/共71页第五章 螺纹联接与螺旋传动 螺纹 螺纹联接的类型与标准联接件 螺纹联接的预紧 螺纹联接的防松 螺纹联接的强度计算 螺栓组联接的设计 螺纹联接件的材料与许用应力 提高螺纹联接强度的措施*螺旋传动第8页/共71页 螺纹螺纹的主要参数：大径、小径、中径、线数、导程、螺纹升角细牙螺纹的特点：细牙螺纹牙形小，螺距小，升角小，自锁性好；小径大，强度高，但牙易磨损，不易经常拆卸。螺纹联接类型及特点 受拉螺栓连接：普通螺
4、栓、螺钉、双头螺栓、（紧定螺钉）受剪螺栓连接 螺栓的预紧与放松 螺纹联接的强度计算联接的失效形式：受拉螺栓：塑性变形、疲劳断裂 受剪螺栓：剪断、压溃 联接失效：滑移、离缝第9页/共71页紧螺栓联接强度计算：受剪螺栓联接强度计算：松螺栓联接强度计算 紧螺栓联接强度计算：仅受预紧力的紧螺栓联接 受横向载荷的紧螺栓联接受轴向载荷的紧螺栓联接第10页/共71页 螺栓组联接的设计 受力分析的类型：第11页/共71页F F F F 普通螺栓强度条件：联接条件（不滑移）：铰制孔螺栓受横向载荷的螺栓组联接第12页/共71页受转矩的螺栓组联接普通螺栓强度条件：联接条件（不滑移）：铰制孔螺栓TOriFirmaxF
5、max第13页/共71页受轴向载荷的螺栓组联接每个螺栓所承受的总载荷为：强度条件：联接条件（不离缝）：，且满足密封要求。第14页/共71页受倾覆力矩（翻转力矩）的螺栓组联接LiLmaxOOOM最大工作载荷：强度条件：不压溃条件：不离缝条件：第15页/共71页螺栓类别普通螺栓（受拉螺栓）单个螺栓受力强度条件预紧力松螺栓轴向载荷轴向力紧螺栓联接横向载荷转 矩预紧力轴向载荷总拉力静强度疲劳强度倾覆力矩铰制孔螺栓（受剪螺栓）横向载荷转 矩被联接件强度螺栓联接强度计算小结螺栓联接强度计算小结忽略第16页/共71页TMMTM受拉螺栓第17页/共71页 螺纹联接件的材料与许用应力 螺纹联接件力学性能等级代号
6、：如 螺纹联接件的许用拉应力 受剪螺纹联接许用剪应力和许用挤压应力 提高螺纹联接强度的措施 降低影响螺栓疲劳强度的应力幅 改善螺纹牙上载荷分布不均的现象 减小应力集中 避免或减小附加弯曲应力 采用合理的制造工艺第18页/共71页内螺纹外螺纹螺纹联接螺纹联接的画法及结构改错第19页/共71页第六章第六章 键、花键、无键联接和销联键、花键、无键联接和销联接接 键联接 键联接分类及特点：平键、半圆键、楔键、切向键等。、型普通平键的特点 键的尺寸选择：和键的长度 平键联接的失效 强度校核：花键联接 花键联接的特点*无键联接、销联接普通平键联接(静联接)：工作面的压溃、键的剪断导向平键滑键联接(动联接)
7、：工作面的磨损第20页/共71页第八章第八章 带传带传动动 带传动概述 带传动的工作情况分析 带传动的设计计算 带轮结构设计 带传动的张紧装置 带传动设计实例第21页/共71页 带传动概述带传动的特点带轮槽的楔角小于带的。带传动的工作情况分析弹性滑动带传动力分析公式优点：结构简单、无啮合冲击，传动平稳、适合高速、造价低廉以及缓冲减振，过载保护，适用于大中心距；缺点：摩擦式带传动有弹性滑动和打滑的现象，传动比不稳定，需较大张紧力，寿命短。最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处。为了不使带所受到的弯曲应力过大，应限制带轮的最小直径。由于拉力差和带的弹性变形而引起的带相对带轮的局部滑动。第22页/共
8、71页 带传动的设计计算带传动的主要失效形式是打滑和传动带的疲劳破坏。带传动的设计准则：在不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。单根带所允许传递的功率公式的含义：带的参数选择：带轮结构设计 带传动的张紧装置 张紧轮的位置及张紧方向带的型号带轮的基准直径的带的速度中心距带的基准长度小带轮上的包角带的根数第23页/共71页第九章第九章 链传动链传动 传动链的结构特点链节数宜取偶数，避免过渡链节 链传动的特点及应用 滚子链链轮的结构和材料 链传动的工作情况分析链传动的多边形效应造成链条和链轮都做周期性的变速运动，从而引起动载荷。滚子链传动的设计计算失效形式链传动的参数选择 链传动的布置、张紧、润
9、滑与防护链轮的转速越高、节距越大、齿数越少，则传动的动载荷就越大。链轮齿数、传动比中心距链的节距和排数第24页/共71页第十章第十章 齿轮传动齿轮传动 齿轮传动概述 齿轮传动的失效形式及设计准则 齿轮的材料及其选择原则 齿轮传动的计算载荷 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 齿轮传动设计参数、许用应力与精度选择 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 标准锥齿轮传动的强度计算 齿轮的结构设计 齿轮传动的润滑第25页/共71页第十章第十章 齿轮传动齿轮传动 齿轮传动概述 齿轮传动的失效形式及设计准则失效形式及措施齿轮的设计准则 齿轮的材料及其选择原则对齿轮材料性能的要求软齿面、硬齿面轮齿折断、齿面磨损、齿面
10、点蚀、齿面胶合、塑性变形。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加大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。第26页/共71页 齿轮传动的计算载荷载荷系数 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算受力分析强度计算公式齿形系数对齿形的影响齿轮强度的比较 齿轮参数及许用应力齿轮传动设计参数的选择（、）在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数选得多一些好齿宽系数及齿宽的选择（为
11、什么小齿轮比大齿轮宽）齿轮的许用应力第27页/共71页 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 标准锥齿轮传动的强度计算 几何尺寸关系 齿轮的结构设计 齿轮传动的润滑斜齿轮、锥齿轮受力分析第28页/共71页第十一章 蜗杆传动 蜗杆传动概述 蜗杆传动的类型 普通蜗杆传动的参数与尺寸 蜗杆的分度圆直径（）普通蜗杆传动的承载能力计算 失效形式：蜗轮磨损、胶合、点蚀；蜗杆刚度不足。蜗杆传动的设计准则 蜗杆传动的效率、润滑与热平衡第29页/共71页 滑动轴承概述 滑动轴承的典型结构 滑动轴承的失效形式及常用材料 滑动轴承轴瓦结构 滑动轴承润滑剂的选择 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算 液体动力润滑径向滑动轴承的
12、设计计算*其它形式滑动轴承简介第十二章 滑动轴承第30页/共71页磨粒磨损、刮伤、咬粘(胶合)、疲劳剥落和腐蚀 滑动轴承概述 滑动轴承的特点及应用 滑动轴承的典型结构 滑动轴承的失效形式及常用材料 滑动轴承失效形式 对滑动轴承材料的要求 滑动轴承轴瓦结构 轴瓦的形式和结构 油槽的设置及对轴承承载能力的影响 滑动轴承润滑剂的选择 润滑油的粘度（运动粘度、动力粘度）及牌号 润滑油的粘温特性第十二章 滑动轴承减摩性、耐磨性、抗咬粘性、摩擦顺应性、嵌入性、磨合性第31页/共71页 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算失效形式：磨损、胶合设计准则：保证边界膜不破裂。校核内容：、：限制过度磨损。：限制温升，避
13、免胶合。：防止滑动速度过高而加速磨损。第32页/共71页 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算流体动压润滑的必要条件雷诺方程的意义径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程工作能力计算流体动力润滑的必要条件是：相对运动的两表面间构成收敛楔形。两表面必须有足够的相对滑动速度，其运动方向必须使润滑油由大口流进，小口流出。润滑油必须有一定的粘度，供油要充分。承载量系数与偏心率最小油膜厚度 ()轴承的热平衡计算轴承参数对承载能力及温升的影响参数选择：宽径比、相对间隙、粘度参数、第33页/共71页第十三章 滚动轴承 概 述 滚动轴承的主要类型和代号 滚动轴承的类型选择 滚动轴承的工作情况 滚动轴承尺寸的选择 轴承
14、装置的设计 滚动轴承与滑动轴承性能对照 滚动轴承例题分析第34页/共71页第十三章 滚动轴承 概 述 滚动轴承的主要类型和代号滚动轴承的类型及特点滚动轴承的代号 滚动轴承的类型选择 滚动轴承的工作情况轴向载荷对载荷分布的影响派生(附加、内部)轴向力第35页/共71页 滚动轴承尺寸的选择滚动轴承的失效形式：滚动轴承的设计准则滚动轴承基本额定寿命，的意义。基本额定动载荷当量动载荷判断系数的意义滚动轴承的轴向力计算（三句话）滚动轴承寿命计算公式 轴承装置的设计支承方式及特点轴承游隙及轴上零件位置的调整滚动轴承的润滑与密封轴系结构改错滚动轴承的设计准则：滚动轴承的设计准则：对于回转的滚动轴承：接触疲劳
15、对于回转的滚动轴承：接触疲劳寿命计算和静强度计算。寿命计算和静强度计算。对于摆动或转速很低的滚动轴承：对于摆动或转速很低的滚动轴承：只需作静强度计算。只需作静强度计算。对于高速轴承：除进行疲劳寿命对于高速轴承：除进行疲劳寿命计算外，还需校核极限转速。计算外，还需校核极限转速。疲劳点蚀、塑性变形、磨损、烧伤、断裂。第36页/共71页第十四章 联轴器和离合器 联轴器和离合器概述 联轴器的种类和特性 联轴器的选择 计算转矩（工况系数）（名义转矩）应使 离合器 安全联轴器及安全离合器 特殊功用及特殊结构的联轴器及离合器第37页/共71页第十五章 轴 工程实际中的轴 轴的概述 轴的结构设计 轴系结构改错
16、题 轴的计算 第38页/共71页试指出图示小锥齿轮轴系中的错误结构，并画出正确的结构图。第39页/共71页试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图。第40页/共71页 试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图。第41页/共71页 试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构及视图表达错误，并画出正确结构图及视图。第42页/共71页 图示为采用一对反装圆锥滚子轴承的小锥齿轮轴承组合结构。指出结构中的错误，加以改正并画出轴向力的传递路线。第43页/共71页 图示为采用一对反装圆锥滚子轴承的小锥齿轮轴承组合结构。指出结构中的错误，加以改正并画出轴向力的传递路线。第44页/共
17、71页 试分析图示轴系结构的错误，并加以改正。齿轮用油润滑、轴承用脂润滑。第45页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题一、单项选择题（分，每题只有一个正确答案）、当螺栓联接的被联接件是铸件时，应在安装螺栓处加工凸台或沉孔，其目的是。易拧紧 避免偏心载荷 外观好 增大接触面积，提高承载能力、当温度升高时，润滑油的粘度。随之升高 随之降低 升高或降低视润滑油的性质而定 保持不变、键的长度一般根据来选择。传递转矩的大小 轮毂的长度 轴的长度 轴的转速第46页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题、带传动工作时产生弹性滑动是因为。带的预紧力不够 带的弹性和拉力差 带绕过带轮时有离心力 带和带
18、轮间摩擦力不够、链传动张紧的主要目的是。同带传动一样 提高链传动的工作能力 避免松边垂度过大而引起啮合不良和链条振动 增大包角、斜齿圆柱齿轮的齿形系数与有关。齿轮制造精度 法面模数 齿轮齿数 齿轮齿数及分度圆柱螺旋角、动压润滑的径向滑动轴承的相对间隙是根据选择。载荷和轴颈直径 润滑油粘度和轴的转速 载荷和润滑油粘度 载荷和轴颈的圆周速度第47页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题、设计动压润滑径向滑动轴承，验算最小油膜厚度的目的是。确定轴承是否能获得液体摩擦 控制轴承的压强 控制轴承的发热量 计算轴承内部的摩擦阻力、内燃机曲轴中部的轴承应采用。圆锥滚子轴承 深沟球轴承 剖分式滑动轴承 整
19、体式滑动轴承、某零件用合金钢制造，该材料力学性能为：，综合影响系数，则该零件受脉动循环变应力时（），其极限应力为。第48页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题二、多项选择题（分，每题有一个以上正确答案，多选、少选均不给分）、当采用受剪螺栓（铰制孔螺栓）联接承受横向载荷时，螺栓杆受到作用。弯曲 扭转 挤压 拉伸 剪切、在主动轮转速不变的前提下，提高带传动所传递的功率，可采取的措施。减小初拉力 增大小带轮的直径 增加带的根数 增大传动比 增加带轮表面粗糙度 用截面积较大的带、减小齿向载荷分布系数的措施有。采用鼓形齿 增大齿宽 轮齿修缘 提高支承刚度 齿轮悬臂布置 提高制造、安装精度第49页/
20、共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题、齿轮传动中，提高齿面接触疲劳强度可采取的措施有。减小齿宽 增大齿根圆角半径 增大中心距 增大轮齿表面硬度 降低轮齿表面的粗糙度、提高液体动压润滑径向滑动轴承的承载能力，可采取的措施有。提高轴径的转速 增大轴承孔表面的粗糙度 增大相对间隙 适当增大宽径比 提高润滑油粘度第50页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题三、填空题（分）、带传动的设计准则是。、减速带传动的打滑首先发生在。、一般参数闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是，开式齿轮传动的失效形式是。、蜗杆蜗轮传动中强度计算的对象是，其原因是：、。、设计不完全（混合）液体润滑径向滑动轴承，常采用条件
21、性计算，这些限制条件是、。、套筒滚子链传动中，当主动链轮的直径和转速不变的条件下，对和的链条，均能满足强度要求，那么选用较合理，理由是。第51页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题四、（分）某轴受弯曲稳定变应力作用，已知轴的材料为合金钢，该材料的，综合影响系数，,试：、绘制该零件的简化疲劳极限应力图，并标出工作应力点的位置；、用图解法计算此轴的安全系数。ma第52页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题五、（分）有一支座，用四个受拉螺栓（普通螺栓）固定在水泥地基上，如图所示。已知：，若接合面摩擦系数,螺栓许用应力,防滑系数,螺栓相对刚度按底板不滑移条件确定预紧力；求螺栓危险剖面直径；
22、试说明螺栓布置是否合理？若不合理，应如何改进？第53页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题六、（分）如图所示传动系统，已知电机转动方向。、说明为什么带传动布置在高速级，而链传动布置在低速级？、说明为什么斜齿圆柱齿轮、的齿宽不相等？、使轴向力抵消一部分，在图中标出斜齿轮、螺旋线方向；、在图中标出所有齿轮轴向力的方向。第54页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题七、（分）图示的轴用轴承支承，根据受力分析，已求出径向载荷，斜齿轮的轴向力，锥齿轮的轴向力，取载荷系数，试计算说明哪个轴承的寿命较短？派生轴向力 第55页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题八、（分）按图示例所示，指出图中
23、轴系结构的其它错误（注：找出处错误即可，不考虑轴承的润滑方式，倒角和圆角忽略不计）。第56页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题九、（分）有一对闭式钢制齿轮传动，已知，弹性系数，载荷系数；齿轮编号齿数模数()齿宽()齿形系数 应力修正系数许用接触 应力（）许用弯曲 应力（）1、试分析该对齿轮传动，哪个齿轮的接触疲劳强度较低？哪个齿轮的弯曲疲劳强度较低？为什么？2、预测当出现失效时，将是齿面疲劳点蚀还是齿根疲劳折断？为什么？3提示：第57页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题1、单项选择题(每小题分，共分)2.键的剖面尺寸通常是根据从标准中选取。3 .传递的转矩 .传递的功率4 .轮
24、毂的长度 .轴的直径5.工作时仅受预紧力作用的紧螺栓联接，其强度校核公式为：.可靠性系数 .螺杆受拉扭联合作用 .螺纹中的应力集中 .载荷变化与冲击.在螺栓联接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是。.提高联接强度 .提高联接刚度 .防松 .减小每圈螺牙上的受力，式中的是考虑。第58页/共71页.一定型号的普通带传动，当小带轮转速一定时，其所能 传递的功率增量机械设计模拟试题机械设计模拟试题 .小带轮上的包角 .大带轮上的包角 .传动比 .带的线速度取决于。.带传动在工作中产生弹性滑动的原因是。.传递的功率过大 .带的弹性 .紧边与松边的拉力差 .和.带传动正常工作时，紧边拉力与松边拉力应满
25、足的关系是。.FF)第65页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题（分）图示为一起升机构传动简图。已知：电机轴转向（图中），重物的运行方向（图中）。试确定：.蜗杆螺旋线的旋向（绘入图中）；.分别画出锥齿轮、蜗杆蜗轮在啮合点处圆周力、轴向力的方向。第66页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题四、计算题（共分）.(分)某轴受弯曲稳定变应力作用,、。已知轴的材料为合金钢，该材料的、，综合影响系数，寿命系数,试:）绘制该零件的简化疲劳极限应力图;）分别用图解法和解析法计算此轴的安全系数。ma第67页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题.(分)图示为一压力容器盖螺栓组联接，已知容器内径，
26、内装具有一定压强的液体，沿凸缘圆周均匀布置个（）的普通螺栓，螺栓材料的许用应力，螺栓的相对刚度()。按紧密性要求，残余预紧力，为螺栓的轴向工作载荷。.试计算该螺栓组联接允许容器内液体的最大压强？此时螺栓所需的预紧力？.试用螺栓受力变形图定性说明若保持预紧力，载荷和被联接件的刚度不变，将螺栓刚度减小后，此螺栓联接静强度和紧密性的变化。第68页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题.(分)某轴选用一对型圆锥滚子轴承支承如图示。已知两支承上的径向力、，斜齿轮与锥齿轮作用在轴上的轴向力为、，方向如图示。轴的转速，载荷系数，温度系数。试计算轴承的寿命？注：轴承、；当时、；当时、。第69页/共71页机械设计模拟试题机械设计模拟试题2五、结构改错题（10分）指出图中的结构错误及不合理之处，并简述其理由（可在结构错误及不合理之处标上序号，然后按序号加以说明；找出10处错误即可）。第70页/共71页感谢您的观看。第71页/共71页