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1、機械設計基礎復習綱要,必備的基礎知識 必要的基本理論 必有的基本技能,必備的基礎知識,機械零件的常用材料 機械零件的基本變形及應力 常用機構(gòu)的特點及應用 通用機械零件的特點及應用,常用材料,1）鋼是一種含碳量低于2的鐵碳合金。 2）鑄鐵含碳量高于2的鐵碳合金為鑄鐵。 3）有色金屬有色金屬 是相對于黑色金屬而言 4）非金屬,問題：在材料Q235,45,40Cr,ZG45,HT200中，為( )鑄鐵，為( )優(yōu)質(zhì)碳素鋼,常用機構(gòu)的特點及應用,運動形式的轉(zhuǎn)換 1、旋轉(zhuǎn) 直線 2、直線 旋轉(zhuǎn) 速度的變換 1、減速傳動 2、變速傳動3、間歇運動,問題1：在一外接單圓銷槽輪機構(gòu)中，槽數(shù)Z=5，則該機構(gòu)的運

2、動系數(shù)= 。,問題2：設計一傳動系統(tǒng)方案，已知電動機的轉(zhuǎn)速為1440 r/min，要求工作機的轉(zhuǎn)速為140 r/min，試確定傳動系統(tǒng)中的傳動機構(gòu)，畫出傳動簡圖。,碳素鋼、低合金鋼 合金鋼。,普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼,鑄鋼,鋼的分類,結(jié)構(gòu)鋼 工具鋼 特殊鋼,鑄 鐵,鑄鐵其性脆，不適于鍛壓和焊接，但其熔點較低，流動性好，可以鑄造形狀復雜的大小鑄件。常用的鑄鐵有：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和合金鑄鐵等。灰鐵應用最多，其牌號由“灰鐵”二字漢語拼音字首和材料的抗拉強度的平均值。如：HT200,有色金屬,銅合金有一定的強度和硬度，導電性、導熱性、減摩耐磨性和耐蝕性良好，是制造電工器件和

3、耐磨蝕零件的重要材料。 鋁及鋁合金是應用最廣的輕金屬，純鋁有良好的塑性、耐蝕性、導電性、導熱性和焊接性，但強度、硬度較低。在鋁中加人合金元素硅、銅、鎂、錳、鋅等，可以獲得質(zhì)量輕、強度高的零件。,工程塑料,工程塑料是在工程中用來作結(jié)構(gòu)或傳動件材料的塑料，它有較高的強度，質(zhì)量輕，具有絕緣性、減摩耐磨性、耐蝕性、耐熱性等。,機械零件的基本變形及應力,機械零件變形的基本形式,拉壓,剪切,彎曲,扭轉(zhuǎn),問題：在靜應力下，塑性材料的極限應力為 ，脆性材料的極限應力為 。,強度條件：,旋轉(zhuǎn)變直線,連桿機構(gòu) 凸輪機構(gòu) 齒輪機構(gòu) 螺旋機構(gòu),速度的變換,1、減速傳動，2、變速傳動,通用機械零件的特點及應用,聯(lián)接件,

4、傳動件,軸系部件,其它,彈簧,必要的基本理論,機構(gòu)的組成及機構(gòu)具有確定運動的條件 螺旋副的摩擦、效率和自鎖條件 鉸鏈四桿的特性及其演化 凸輪推桿的常用運動規(guī)律 漸開線齒輪的嚙合傳動及其設計 帶傳動的工作原理和工作能力分析 鏈傳動的設計,必要的基本理論,螺紋聯(lián)接的計算 非液體摩擦滑動軸承的設計 滾動軸承的設計 軸的分類其強度計算,機構(gòu)的組成及機構(gòu)具有確定運動的條件,機構(gòu)的自由度F=原動件的數(shù)目,問題：具有自鎖性的機構(gòu)與不能動的機構(gòu)有何本質(zhì)上的區(qū)別？,螺旋副的摩擦、效率和自鎖條件,鉸鏈四桿的特性及其演化,四桿機構(gòu)有曲柄的條件：1、各桿長度需滿足桿長條件；2、其最短桿為連架桿或機架。,鉸鏈四桿機構(gòu)中

5、相鄰兩構(gòu)件形成整轉(zhuǎn)副的條件： 1)最短桿長度十最長桿長度其他兩桿長度之和(桿長條件)。 2)組成整轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一個桿為四桿中的最短桿。,問題：圖示鉸鏈四桿機構(gòu)AB=100、BC=200、CD=300，若要獲得曲柄搖桿機構(gòu)，試確定機架長度AD的范圍是多少？,死點、急回運動和行程速比系數(shù),從動搖桿左、右極限位置,搖桿的擺角,極位夾角,曲柄與連桿BC共線,問題2：具有急回作用的四桿機構(gòu)，行程速比系數(shù)越大，極位夾角 。,直線變旋轉(zhuǎn),齒條-齒輪機構(gòu) 螺旋機構(gòu) 連桿機構(gòu),問題：螺旋機構(gòu)可將 運動變?yōu)?運動。,壓力角與傳動角,=900-,連桿與從動件之間所夾的銳角,曲柄搖桿機構(gòu)中的死點位置,死點,問題1

6、：在曲柄搖桿機構(gòu)中，當以 為原動件時，從動件會出現(xiàn)卡死或運動不確定的現(xiàn)象，機構(gòu)的這種位置稱為 。,變換機架獲得不同機構(gòu)型式,整轉(zhuǎn)副,曲柄,搖桿,機構(gòu)演化,凸輪推桿的常用運動規(guī)律,常用的推桿運動規(guī)律,等速運動,等加速等減速,簡諧運動,擺線運動,改進型等速,改進型梯形加速度,問題：在常用推桿運動規(guī)律中，存在柔性沖擊的有：,凸輪廓線設計方法的基本原理,反轉(zhuǎn)法,問題2：凸輪機構(gòu)推程的運動規(guī)律為等加速等減速運動，試畫出從動件的位移線圖，并在下圖中作出凸輪推程的輪廓曲線。,問題1：分析并在圖中作出該凸輪機構(gòu)的理論廓線、基圓和A點的壓力角。,漸開線齒輪的嚙合傳動及其設計,漸開線的形成,一直線L沿一圓周作純滾

7、動時，直線上任意點K的軌跡AK即為該圓的漸開線。這個圓稱為漸開線的基圓，基圓的半徑用rb表示。而該直線L稱為漸開線的發(fā)生線。,動畫,漸開線的特性,1)發(fā)生線在基因上滾過的一段長度等于基因上被滾過的弧長；,2）漸開線上任一點的法線必與基因相切；,3)漸開線上各點的壓力角不等，向徑rk越大，其壓力角也越大;基圓上的壓力角為零 ;,4)漸開線的形狀取決于基因的大小 ,隨著基因半徑增大，漸開線上對應點的曲率半徑也增大，當基圓半徑無窮大時，漸開線則成為直線 ;,5)基圓以內(nèi)無漸開線。,標準齒輪,具有標準模數(shù)、標準壓力角、標準齒頂高系數(shù)、標準頂隙系數(shù)，且分度圓上齒厚等于齒槽寬的齒輪稱為標準齒輪。,問題1：

8、什么樣的齒輪稱為標準齒輪？,問題2：在齒輪傳動中，模數(shù)m、壓力角、齒頂高系數(shù)ha*、頂隙系數(shù)c*、齒厚s、齒槽寬e、螺旋角等參數(shù)，哪些參數(shù)為標準值？,節(jié)點、節(jié)圓、嚙合線和嚙合角,嚙合角,節(jié)圓,嚙合線,節(jié)圓和嚙合角是一對齒輪嚙合傳動時才具有的參數(shù)，單個齒輪沒有節(jié)圓和嚙合角。,節(jié)點,漸開線齒廓的嚙合特性,1能滿足定傳動比傳動要求,2具有傳動的可分性,兩輪的實際中心距與設計中心距略有偏差，也不會影響兩輪的傳動比。,正確嚙合條件,問題：斜齒圓柱齒輪傳動的正確嚙合條件是 。,連續(xù)傳動條件,重合度,標準齒輪傳動的中心距,標準齒輪按標準中心距安裝,變位齒輪,問題：一對直齒圓柱齒輪的參數(shù)為： Z1=24, Z

9、2=76,m=3mm,=200,ha*=1,c*=0.25.試計算,大齒輪的分度圓直徑、齒頂圓直徑、基圓直徑、齒距以及齒輪傳動的中心距。（10分）,輪齒的受力分析和計算載荷,1輪齒的受力分析,阻力,指向各輪輪心,方向與受力點的圓周速度方向相反,齒面接觸疲勞強度計算,計算位置 節(jié)點處接觸應力,基本理論赫茲公式,齒數(shù)比,齒寬系數(shù),許用應力,齒根彎曲疲勞強度計算,計算理論輪齒視為懸臂梁,計算位置全部載荷作用在齒頂,五、參數(shù)的選擇,1齒數(shù) Z1,在滿足齒根彎曲疲勞強度的條件下，以齒數(shù)Z1多一些為好。,Z1=,2齒寬系數(shù),按表74合理地選擇齒寬系數(shù),3齒數(shù)比 u,一對齒輪的齒數(shù)比不宜選得過大，否則不僅大

10、齒輪直徑太大，而且整個齒輪傳動的外廓尺寸也會增大。,直齒圓柱齒輪傳動,斜齒圓柱齒輪傳動,開式齒輪傳動或手動齒輪傳動,大傳動比需采用輪系,六、設計中的注意事項,2、 小者接觸強度弱；,4、 大者彎曲強度弱；,1、,3、,5、接觸強度主要取決于 ；,6、彎曲強度主要取決于 ；,7、齒寬,帶傳動的工作原理和工作能力分析,問題1：帶傳動的失效形式主要有： 。,問題2：有一帶傳動的設計結(jié)果為：B型、帶的根數(shù)Z=10、小輪直徑D1=100、大輪直徑D2=300、中心距a=280、帶速v=5.67 m/s；試分析欲減少Z的途徑有哪些？,帶傳動中的力分析,帶傳動不工作時，傳動帶兩邊的拉力相等,帶傳動工作時,緊

11、邊,松邊,打滑,打滑,失效,歐拉公式,帶在出現(xiàn)打滑趨勢而未打滑的臨界狀態(tài)時，帶的緊邊拉力Fl與松邊拉力 F2的關(guān)系,帶所能傳遞的最大有效拉力,帶的應力分析,緊邊拉應力,離心應力,小帶輪的彎曲應力,問題：帶所能傳遞的功率隨小帶輪直徑增大而 ；隨帶速降低而 。,帶的彈性滑動,帶的彈性滑動 de原因及結(jié)果,滑動率約在12之間變化,不考慮彈性滑動時，帶的傳動比,問題：帶傳動的打滑與彈性滑動有何區(qū)別？各對帶傳動有何影響？,鏈傳動的設計,失效分析與設計準則 設計方法和步驟 運動不均勻性,問題2：在鏈傳動中，鏈條的節(jié)距越大，其承載能力 。,問題1：傳動鏈可分為 和 兩種。,問題3：鏈傳動的中心距過大或過小對

12、傳動有何影響？,螺紋聯(lián)接的計算,聯(lián)接類型與結(jié)構(gòu) 受拉螺栓與受剪減螺栓 失效與強度計算,問題1：與矩形螺紋相比，三角螺紋的傳動效率 ，自鎖性 。,問題2:試指出下列圖中的錯誤，并畫出正確的結(jié)構(gòu)圖。,問題3：三角形螺紋的牙型角 于矩形螺紋的牙型角，聯(lián)接螺紋一般采用 形螺紋。,非液體摩擦滑動軸承的設計,軸瓦材料及其結(jié)構(gòu) 失效形式與設計準則 設計方法與步驟,問題：滑動軸承中的摩擦可分為干摩擦， ， 等。,滾動軸承的設計,軸承的結(jié)構(gòu)與類型 壽命計算 組合設計,一、軸的分類,根據(jù)軸所承受的載荷不同，軸可分為心軸、轉(zhuǎn)軸、傳動軸三類。 根據(jù)軸線的形狀不同，軸可以分為直軸和曲軸兩類,問題：既承受彎矩又受承扭矩的

13、軸稱為 軸，而自行車前輪的軸是 軸。,心軸的強度計算方法,F,R1,R2,傳動軸的強度計算方法,轉(zhuǎn)軸可用于計算最小直徑,轉(zhuǎn)軸的強度計算方法,1、按彎扭合成強度條件校核軸徑,2、軸的強度精確計算,必有的基本技能,機構(gòu)自由度的計算 平面連桿機構(gòu)的圖解法設計 凸輪機構(gòu)的圖解法設計 輪系傳動比的計算 輪齒受力分析 帶傳動的受力分析 螺紋聯(lián)接的強度計算 平鍵的強度校核 非液體滑動軸承計算 滾動軸承壽命計算,不能出錯,！,機構(gòu)自由度的計算,F=3n-2Pl-Ph,問題1：兩運動副元素為 接觸的稱為低副，兩運動副元素為 接觸的稱為高副。,問題2：機構(gòu)具有確定運動的條件是 。,問題3：根據(jù)運動副來分，連桿機構(gòu)

14、又 機構(gòu)，齒輪機構(gòu)和凸輪機構(gòu)是 機構(gòu)。,問題4：圖示為一沖壓機構(gòu)，是分析該機構(gòu)是否能動，為什么？如果是一個不能動的機構(gòu)，如何改進？,問題5：計算圖示機構(gòu)的自由度。,1、按給定的行程速比系數(shù)進行設計,r,已知：CD、K,求：A點,無數(shù)解,平面連桿機構(gòu)的圖解法設計,按連桿預定二個位置設計四桿機構(gòu),無數(shù)解,按連桿預定三個位置設計四扦機構(gòu),唯一解,問題：已知連桿的三位置如圖所示，試用作圖法設計各桿的長度。,輪系傳動比的計算,定軸輪系中首輪A與末輪N間的傳動比大小為,輪系中所有主動輪齒數(shù)的連乘積,輪系中所有從動輪齒數(shù)的連乘積,問題：圖示一手動提升機構(gòu)。已知Z1=20、Z2=60、Z3=2、Z4=40，與

15、蝸輪固聯(lián)的鼓輪的直徑D=120 mm，手柄A的半徑R=100 mm，當提升物體的重量W=666 N時，是計算作用在手柄上的力F(提升機構(gòu)的效率=0.75)。,轉(zhuǎn)化輪系de傳動比,轉(zhuǎn)化輪系中所有主動輪齒數(shù)的連乘積,轉(zhuǎn)化輪系中所有從動輪齒數(shù)的連乘積,=,例83 在圖示輪系中，已知各輪齒數(shù)，n1300 r/min。試求行星架H的轉(zhuǎn)速nH的大小和轉(zhuǎn)向。,這是什么輪系？,復合輪系！,問題：在圖示周轉(zhuǎn)輪系中，已知齒數(shù)Z1=15, Z2=30，Z2，=20, Z3=80，n1=200r/min, n3=100r/min.試求當n1,n3轉(zhuǎn)向相同時和n1,n3轉(zhuǎn)向相反時轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速nH.,凸輪機構(gòu)的圖解法設計,

16、螺紋聯(lián)接的強度計算,1受橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接,結(jié)合面的摩擦力傳遞外力F,螺栓的計算應力,問題：習題1113,鉸制孔用螺栓,靠螺栓桿的剪切和螺栓桿與被聯(lián)接件的擠壓來傳遞外裁荷。 螺栓桿受到剪切和擠壓。,問題：習題1114,2受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接,壓力容器蓋螺栓聯(lián)接是受軸向載荷緊螺栓聯(lián)接的典型實例 。,總拉力為,螺栓的計算應力,?,平鍵的強度校核,問題：某帶輪與軸用單個A型平鍵聯(lián)接，已知鍵的尺寸bhL= 2214110（單位均為mm）,軸的直徑d=90mm,許用擠壓應力p=80N/mm2，試求該聯(lián)接所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩。,fig22,表11-9,非液體滑動軸承計算,1徑向滑動軸承的設計,控制表面壓

17、強,抗磨損,控制摩擦功耗,抗膠合,抗過渡磨損,問題：一向心滑動軸承所受徑向載荷F=240 KN, 軸承寬度b=150mm,軸頸的直徑d=120mm,轉(zhuǎn)速n=300r/min，軸承材料為ZQSn10-1, 材料的許用值為p=15N/mm2,pv=20 N/mm2.m/s,試驗算該滑動軸承是否能滿足工作要求。,滾動軸承壽命計算,滾動軸承de代號,深溝球軸承,角接觸軸承,圓錐滾子軸承,推力軸承,的代號,類型 內(nèi)徑 精度,問題1：說明軸承代號E7107的含義。,問題2：滾動軸承6310/P4的內(nèi)徑d= ，公差等級為 。,2壽命計算,當作用在軸承上的載荷P剛好等于其基本額定動載荷C時，軸承的壽命剛好就是

18、106 r。如果載荷 P不等于 C時，軸承的壽命是多少呢?,問題：滾動軸承組的受力如圖所示，外加徑向載荷Fr=3000N,軸向載荷Fa=1000N,試確定兩軸承上的徑向載荷Fr1,Fr2和軸向載荷Fa1,Fa2。,3.當量動載荷,Fr=0，Y=1，X=0 50000型軸承,Fa=0，Y=0，X=1 60000型軸承、N0000型軸承,Fa0，F(xiàn)r0，Y0，X0 30000型軸承、70000型軸承,例題1,單擊鼠標,例題2,1、畫出各輪的軸向力？ 2、確定輪3、輪4的旋向？,單擊鼠標,問題：輪齒受力分析：圖示為一雙級齒輪傳動。齒輪1的轉(zhuǎn)向如圖所示，為了是軸II上兩齒輪的軸向力方向相反，試確定齒輪、齒輪的螺旋線旋向，并在嚙合點出畫出齒輪各分力的方向。,