上海工程技术大学2016-2017(1)机械设计总复习

1、机 械 设 计,2016年机械设计期末考试,考试题型及分值分配,一、选择题（25分）：每题1分共25分,二、简答题（25分）：4小题共计25分,三、计算题（40分）：4大题共计40分,四、改错题（10分）：1小题共计10分,第一章 知识回顾和问题,知识回顾: 1、知道了“学什么，为什么学，如何学”的问题； 2、几个名词和概念；（失效、承载能力、计算（许用）安全系数等 ） 3、机械设计的总体原则和一般程序； 4、零件设计的一般程序。,问题： 1、本课程的研究对象是什么？主要任务是什么？ 2、从功能方面谈谈机械的组成。 3、什么叫机械零部件的失效？,第二章 知识回顾和问题,知识回顾:,1.稳定循环变应力的基本参数 共有个基本参数，知其就能求其他,5.应力循环特性,1.最大应力,2.最小应力,3.平均应力,4.应力幅,典型的疲劳曲线如右图所示：,可以看出： 随 N 的增大而减小。但是当 N 超过某一循环次数 N0 时，曲线趋于水平。即不再随 N 的增大而减小 。,N0 -循环基数。,以 N0 为界，曲线分为两个区：,1）无限寿命区：当 N N0 时，曲线为水平直线，对应的疲劳极 限是一个定值

2、，用 表示。它是表征材料疲劳强度的重要指标，是疲劳设计的基本依据。,sN 疲劳曲线,有限寿命区,无限寿命区,C,D,sN 疲劳曲线,有限寿命区,无限寿命区,C,D,低周疲劳,高周疲劳,借助极限应力图，可得到各种循环特征值r下的疲劳极限,sm,sa,o,每一r 值，实验可得相应的疲劳极限sr,而 sr = sa + sm,A,C,曲线AC即为材料的极限应力图,E点所对应的循环特征值r为多少？,sm,sa,E,特殊点A和C,A（ ）,0，,s-1,C（ ）, 0,s+1,塑性材料：,脆性材料：,D,其上任一点E的纵、横坐标之和，即为材料在该点所对应的r 下的疲劳极限,(不同循环特征r 时的材料的疲劳极限),二材料的极限应力曲线,A 对称疲劳极限点 D脉动循环疲劳极限点 C 屈服（强度）极限点,为简便求出各种材料在不同循环特征r的疲劳极限，一般采用简化的极限应力图,sm,sa,o,C,D,对于塑性材料：,取三点（分别对应三个r 值）,A,G,折线ADGC为简化的极限应力曲线,作法： 考虑材料的最大应力不超过疲劳极限，得AD 及延长线 , 考虑塑性材料的最大应力不超过屈服极限，得GC,对称疲劳

3、极限点 脉动疲劳极限点 屈服极限点,总结：材料的极限应力线图的简化 ADGC线,已知-1、0、s (循环次数N=N0时) 作图如下：1找A，D 、C（s，0）三点。 2连接AD并延长。 3过C作与横轴成45的直线与 AD连线或其延长线交于G点。 折线AGC即为材料的极限应力曲线,做疲劳寿命实验时，材料试件是一种特殊的结构，而实际零件的几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因素等与试件有区别，使得零件的疲劳极限要低于试件的疲劳极限,1.零件的疲劳极限需考虑零件上的应力集中、绝对尺寸和表面状态这些因素的影响,零件受载时，由于几何形状或外形尺寸发生突变，而引起局部应力显著增大的现象,其影响用ks (kt)来考虑,若同时有几个不同的应力集中源，选最大值计算, 应力集中,如：孔、圆角、键槽、螺纹 等,具体取值查附表3-13-6,3-2 机械零件的疲劳强度,k,绝对尺寸越大，极限应力越小,其影响用es (et) 来考虑, 绝对尺寸,尺寸越大，晶粒越粗，出现缺陷的概率增加,具体取值查附图3-2，附表3-7，3-8,同时，冷作硬化层相对较薄,表面光滑或经过表面处理可提高疲劳极限, 表面质量,其影响用b 来

4、考虑，具体取值查附图3-4，附表3-93-11,加工质量 （加工质量越高， 越大） 强化因素 q1,（尺寸越大， 越小）,有效应力集中系数,尺寸系数,表面质量系数,强化系数,敏化系数,理论应力集中系数,2.零件的极限应力线图ADGC线,A,D,G,将零件材料的极限应力线图中的直线ADG 按比例向下移，成为右图所示的直线ADG，而极限应力曲线的 CG 部分，由于是按照静应力的要求来考虑的，故不须进行修正。这样就得到了零件的极限应力线图。,注：线段AG和AG不平行！,1）坐标点及其坐标值的变化,三个特征坐标,说明,1K为综合影响系数，只影响a 2K只影响AG线的位置。,2）作图,已知-1 、0 、s 、 K 、 根据公式计算出A、D坐标值 作图如下：1找A、D两点。 A（0，-1e），D（0/2，0e/2） 2连接AD并延长与CG交于G点， 折线AGC即为零件的极限应力曲线。,具体作图过程如下页所示,D,G,C,A,材料,零件,A,D,G,2、单向稳定变应力时的疲劳强度计算：=C、m=C、min=C的疲劳强度校核。,C,A,G,从O点出发的斜直线OM上r相同,3单向稳定变应力时机械零件的疲

5、劳强度计算,C,A,G,极限应力,当前应力,量出纵横坐标值并计算得安全系数 S,C,A,G,极限应力,当前应力,量出纵横坐标值并计算得安全系数 S,C,A,G,极限应力,当前应力,量出纵横坐标值并计算得安全系数 S,G点左侧,C,A,G,极限应力,当前应力,量出纵横坐标值并计算得安全系数 S,G点右侧,C,A,G,K,例1：已知某零件材料的机械性能为：,（1）试画出材料的简化极限应力图。 （2）如果疲劳强度综合影响系数 ，绘制此零件的简化极限应力图。 （3）若零件所受的最大应力为 ，应力循环特性系数为 ，求平均应力和应力幅并在图中标出应力点。 （4）在上述情况下零件的安全系数为多少？,解：,0,800,600,500,500,A,D,G,C,0,800,600,500,500,300,A,D,G,C,A,D,G,0,800,600,500,500,300,注意:零件的图线与材料的图线斜率不同,A,D,G,C,A,D,G,300,200,300,390,260,A,D,G,C,A,D,G,M,M,300,200,300,390,260,A,D,G,C,A,D,G,M,M,300,200,

6、300,的情况下安全系数?,A,D,G,C,A,D,G,M,M,300,200,300,350,260,为常数的情况下安全系数?,A,D,G,C,A,D,G,M,M,知识回顾和问题,问题:,1、机械零件的强度条件？ 2、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度如何计算？,，或SS，SS ,第三章知识回顾和问题,知识回顾: 1、单个螺栓连接的强度计算：失效形式、松（紧）螺栓连接； 2、螺纹连接的预紧与防松； 3、螺纹连接的类型及螺纹连接件； 4、螺纹的形成及分类。,问题： 1、按照牙型，螺纹可以分为哪些类型，特点？ 2、螺纹连接的主要类型有哪些？ 3、螺纹连接预紧和防松的目的是什么？ 4、单个螺栓连接的失效形式是什么？ 5、提高螺纹连接强度的措施？,知识回顾和问题,1、单个螺栓连接的强度计算，F0、F2，5点讨论； 2、螺栓组连接的设计受横向载荷螺栓组连接，受轴向载荷螺栓组连接，受扭矩螺栓组连接；受倾覆力矩螺栓组连接； 3、提高螺栓连接强度的措施（主要四个方面）；,4、预紧力F0=? 总载荷F2=?,求总拉力F2的二种情况：,(1)由F2 F1+F 求：当有刚性或紧密性要求时 不产生缝隙至少F

7、10 推荐：,(2)由,求,受轴向变载荷（工作拉力）作用的紧螺栓联接的计算,不仅要进行静强度计算，还要进行疲劳强度计算。,例：某气缸缸体与缸盖间用10个M20（d1=17. 294mm）的普通螺栓联接。缸体内径D250mm，缸内工作压力p为01MPa之间变化，螺栓的屈服极限S=340 MPa,安全系数取S=2。 1）若结合面上的残余预紧力F1为工作载荷的1.5倍，试校核该螺栓的静强度。 2）仍按上述条件，计算汽缸工作时螺栓危险剖面上的最大拉应力，最小拉应力，平均应力和应力幅.（已知螺栓的相对刚度0.5 ）,校核该螺栓的静强度,螺栓总拉力:,计算静强度(计入切应力):,安全,螺栓应力在F2与F0之间波动,第六章 知识回顾和问题,知识回顾: 1、键连接的类型和构造； 2、键连接的强度校核，键的选择； 3、键连接的失效形式。,知识回顾和问题,问题: 1、平键联接的失效形式是什么？经校核若强度不够时，应采取哪些措施？,2、普通平键的工作面是什么？,1）带传动的类型、工作原理、特点、应用。 2）带传动的受力分析、应力分析与应力分布图、弹性滑动和打滑的基本理论。 3）带传动的失效形式、设计准则、普

8、通 V 带传动的设计计算方法和参数选择原则，带的张紧。,问题：,4）带传动的设计步骤与方法是什么？,1）弹性打滑与打滑有何区别？ 2）选取小带轮直径的依据？为什么要限制带轮最小直径？,3）带传动的主要失效形式是什么？,第八章 知识回顾和问题,三、设计数据及内容,设计数据,设计内容,四、设计步骤与方法, 根据Pca、n1选择带型号, 确定计算功率Pca ：,P、n1、n2( i ) 传动位置要求（中心距a） 工作条件等,带：型号、根数、长度 轮：直径、结构尺寸 轴压力Q等,工作情况系数见表8-7,根据计算功率查表,要求: 最佳带速V=2025m/s,V太小: 由P=FeV可知，传递同样功率P时，圆周力Fe太大，寿命 V太大: 离心力太大，带与轮的正压力减小，摩擦力，承载能力,知识回顾和问题,q,单位带长的质量,知识回顾和问题,评价,Z,V,FQ,F0,a,小,1020,适当,120,知识回顾和问题,1）齿轮传动的设计准则。 2）齿轮传动的计算载荷。 3）直齿圆柱齿轮轮齿受力分析和齿根弯曲疲劳强度计算。,问题：,3）如何进行直齿圆柱齿轮受力分析？,1）齿轮传动的设计准则是什么？,2）载荷系数K代表的意义是什么？,4）齿根弯曲疲劳强度计算的校核公式中有哪些影响参数？,Fnc= K Fn,载荷系数：,第十章 知识回顾和问题,1、直齿圆柱齿轮传动的强度计算：轮齿的受力分析，齿根弯曲疲劳强度计算和齿面接触疲劳强度计算。,2、强度计算的计算说明，设计参数的选择，齿轮精度等级；,3、标准斜齿轮和标准锥齿轮的强度计算；,1、在齿根弯曲疲劳强度计算的设计公式中相关参数如何取？K、Z1、d、YFaYSa/F,1,2,2、如图所示一对标准斜齿圆柱齿轮传动，分析主动轮（右旋）1的轴向力？,1,知识回顾和问题,问题：,1、齿轮传动的失效形式；,1）轮齿折断闭式硬齿面齿轮的主要失效形式,2）齿面疲劳点蚀闭式软齿面齿轮的主要失效形式,3）齿面磨损开式齿轮的主要失效形式,4）齿面胶合高速重载齿轮的主要失效形式,5）齿面塑性变形低速

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