机械设计基础第12章 机械CAE分析
机械结构的CAE的应用分析
CAE的应用这部份是对有关的CAE进一步深入学习作为目的而作的。
“1.结构模型和单元选择”，是对有关有限元分析的模型化处理进行整理和补充。
“2.材料力学和有限元法”，论述了关于材料力学和有限元法之间的关系。
“3.较专门的分析”，叙述了有关各种分析。
1. 单元选择的方针在第2部分中所举的铁塔和电车的例子中已经说明了什么样的情况使用什么样的单元好。
根据实际CAE分析程序手册，有许多种类的单元，最初也许不能判断使用哪个为好。
但是不知道全部单元的使用方法就不能使用CAE，也不是这回事。
如果使用作为基本单元的梁单元、板单元，实体单元这三种单元的话，大部份场合就能应付了。
以下，给合入门编第2部分的内容，简要将单元选择的标准列于下表中：＜单元以及所适用结构的关连图＞△和▲是入门编的第2部分1.根据CAE的分析目的和各种结构模型的〖视点变更〗模型化考虑的方法这一部分。
△求缺口处，板厚变化处等细节部分的应力场合以及评价应力集中场合的模型化处理。
▲：没有必要详细求解应力的部分用近似分析模型来简化的场合。
节约自由度场合。
绝大多数结构能够用梁单元、板单元、实体单元分析。
2. 梁单元和框架结构框架结构是梁、柱、筋相交组合成的结构，一般用梁单元这样一维线性单元来作模型化处理。
梁单元大抵可分为2种类，杆单元（不传递转动力矩的仅有轴向刚度的单元）和梁单元（具有传递转动力矩的具有弯曲刚度的单元）。
一般把不传递转动的构件称为杆，传递转动的构件称为框架，梁单元是这些模型化的一维单元的总称。
构架两端用铰结合的构件，不传递转动力矩。
作为单元具有轴刚度和扭转刚度。
因为框架（也称frame结构）两端是刚性结合，所以向其他构件传递转动力矩。
作为单元具有扭曲刚度和轴刚度。
即使是象塔那样框架结构，要想得到构件局部（例如连接处或者螺栓周围）的详细的应力分布，有必要用板单元或实体单元进行模型化。
2.1 杆单元单元形状由起始端和终止端2个节点形成的1维单元。
机械设计基础机械设计中的CAE分析方法
机械设计基础机械设计中的CAE分析方法机械设计是工程领域中非常重要的一项任务，它涉及到各种机械设备的设计和制造。
而在现代机械设计中，CAE（计算机辅助工程）分析方法的应用越来越广泛，为设计师提供了强大的工具和技术支持。
本文将介绍机械设计中常用的CAE分析方法，以及它们在设计过程中的应用。
一、有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）有限元分析是机械设计中最常用的CAE分析方法之一。
它通过将实际的结构分割成有限数量的小元素，然后利用数值计算方法求解每个小元素的应力、变形等物理量。
这样可以在较小的计算范围内，准确预测结构的力学性能。
在机械设计中，有限元分析广泛应用于刚度、强度、稳定性、疲劳寿命等方面的评估。
设计师可以通过有限元分析来验证设计方案的可行性，确定合适的材料和尺寸，并最终优化设计方案。
二、计算流体力学分析（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）计算流体力学分析是机械设计中另一个重要的CAE分析方法。
它用数值方法解决流体力学方程，对液态、气态流体的流动、传热、传质等进行模拟和计算。
在机械设计中，计算流体力学分析常用于气动性能、液压性能、热传导等方面的研究。
通过CFD分析，设计师可以预测流体在机械设备中的流动状态和传热效果，为设计方案的改进提供重要的参考。
三、多体动力学分析（Multibody Dynamics Analysis，简称MDA）多体动力学分析是机械设计中用于研究刚体与刚体之间相对运动的CAE分析方法。
它将机械系统视为由多个刚体组成的多体系统，通过求解动力学方程，计算系统中刚体的位移、速度、加速度等运动参数。
在机械设计中，多体动力学分析广泛应用于机构设计、机械振动、运动机理等方面的研究。
通过MDA分析，设计师可以了解机械系统的运动规律和力学性能，优化机构设计，提高系统的工作效率和稳定性。
四、耦合分析（Coupled Analysis）耦合分析是机械设计中将多个CAE分析方法整合起来进行综合分析的方法。
西工大机械设计第12章PPT
03 机械传动系统设计
传动系统概述
01
02
03
传动系统定义
传动系统是机械设备中用 于传递动力和运动的系统， 由一系列的传动件组成， 如齿轮、带、链等。
传动系统作用
将原动机产生的动力传递 给工作机构，实现动力的 传递、变速和方向转换等 功能。
传动系统类型
根据传动件的类型，可分 为齿轮传动、带传动、链 传动等类型。
动力学优化设计
优化设计目标
根据实际需求，确定优化的目标函数。
约束条件
确定设计变量的约束条件，如尺寸、重量 、性能等。
优化算法
优化结果评价
选择合适的优化算法，如遗传算法、粒子 群算法等。
对优化结果进行评价，选择最优设计方案 。
06 机械设计实例分析
实例一：减速器设计
减速器设计概述
减速器是机械传动系统中的重要组成部分，用于降低转速 、增加扭矩。在设计减速器时，需要考虑传动效率、功率 损失、热负荷、寿命和成本等因素。
实例二：发动机设计
发动机是机械设备中的动力源，其设计质量直接影响 到机械设备的性能和效率。发动机设计需要考虑功率、
效率、可靠性和成本等因素。
输入 标题
设计步骤
发动机设计包括确定工作循环和燃烧方式、选择合适 的燃料和润滑油、设计气缸和活塞、确定配气机构和 供油系统等步骤。
发动机设计 概述
发动机类型
发动机广泛应用于汽车、船舶、飞机和发电机组等机 械设备中。
齿轮传动设计
齿轮传动的特点
齿轮传动具有效率高、传动比大、工作可靠、使用寿命长等优点， 但制造和安装精度要求高，不适合大距离的传动。
齿轮材料选择
根据齿轮的工作条件和要求，选择合适的材料，如铸钢、锻钢、铸 铁等。
新版《机械设计基础》课后习题参考答案
机械设计基础习题参考答案机械设计基础课程组编武汉科技大学机械自动化学院第2章 平面机构的自由度和速度分析2-1画运动简图。
134522-2 图2-38所示为一简易冲床的初拟设计方案。
设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A 连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。
试绘出其机构运动简图，分析其运动是否确定，并提出修改措施。
43512 运动产生干涉解答：原机构自由度F=3⨯3- 2 ⨯4-1 = 0，不合理 ， 改为以下几种结构均可：2-3 试计算图2-42所示凸轮—连杆组合机构的自由度。
b)a)A EMDFELKJIFBCCDBA解答：a) n=7; P l =9; P h =2，F=3⨯7-2 ⨯9-2 =1 L 处存在局部自由度，D 处存在虚约束b) n=5; P l =6; P h =2，F=3⨯5-2 ⨯6-2 =1 E 、B 处存在局部自由度，F 、C 处存在虚约束 2-4 试计算图2-43所示齿轮—连杆组合机构的自由度。
BDCA(a)CDBA(b) 解答：a) n=4; P l =5; P h =1，F=3⨯4-2 ⨯5-1=1 A 处存在复合铰链b) n=6; P l =7; P h =3，F=3⨯6-2 ⨯7-3=1 B 、C 、D 处存在复合铰链2-5 先计算如图所示平面机构的自由度。
并指出图中的复合铰链、局部自由度和虚约束。
ABCDE解答： a) n=7; P l =10; P h =0，F=3⨯7-2 ⨯10 = 1C 处存在复合铰链。
b) n=7; P l =10; P h =0，F=3⨯7-2 ⨯10 = 1BDECAc) n=3; P l =3; P h =2，F=3⨯3 -2 ⨯3-2 = 1 D 处存在局部自由度。
d) n=4; P l =5; P h =1，F=3⨯4 -2 ⨯5-1 = 1A BCDEFGG'HA BDCEFGHIJe) n=6; P l=8; P h=1，F=3⨯6 -2 ⨯8-1 = 1 B处存在局部自由度，G、G'处存在虚约束。
《机械设计基础》习题集及答案概述.
《机械设计基础》课程习题集系部：适用专业：制定人：审核人：系（部）《机械设计基础》课程习题集第一章机械设计概论一、填空题。
1、机械零件最常见的失效形式有_______,_______,_______,_______,。
2、机械没计的“三化”指__________,__________,__________。
3、强度是指零件在载荷作用下抵抗__________的能力，强度可分为__________和__________。
4、刚度是指受载后抵抗__________的能力。
5、机械零件丧失预定功能或者预定功能指标降低到许用值以下的现象，为__________。
二、选择题。
1、机械设计这门学科，主要研究（）的工作原理、结构和设计计算方法。
A、各类机械零件和部件B、通用机械零件和部件C、专用机械零件和部件D、标准化的机械零件和部件2、设计一台机器包括以下几项工作:a、零件设计;b、总体设计;c、技术设计，它们进行的顺序大休上是( )。
A、acbB、bacC、bcaD、cba3、下列零件的失效形式中，不属于强度问题。
A、螺栓断裂B、齿轮的齿面发生疲劳点蚀C、蜗杆轴产生过大的弯曲变形D、滚动轴承套圈的滚道上被压出深深的凹坑4、在设计机械零件时，对摩擦严重的一些零件，要考虑其散热性，主要是由于（）。
A、在高温下将产生蠕变现象，出现较大塑性变形B、材料的机械性能下降，可能造成零件因强度不够而失效C、下产生较大的热变形，影响正常工作D、升高后，破坏了正常润滑条件，从而使零件发生胶合5、我国国家标准的代号是（）。
A、GCB、KYC、GBD、ZB三、是非题。
1、机器的各部分之间具有确定的相对运动，在工作时能够完成有用的机械功或实现能般的转换。
2、机构的各部分之间具有确定的相对运动，所以机器与机构只是说法不同而己。
3、由于强度不够引起的破坏是零件失效中最常见的形式。
4、表面失效主要有疲劳点浊、磨损和腐蚀等，表面失效后通常会增加零件的摩擦，使尺寸发生变化，最终导致零件的报废。
机械设计基础中的CAE原理与应用
机械设计基础中的CAE原理与应用在机械设计领域中，计算机辅助工程（CAE）是一种应用广泛的方法，它通过计算机模拟和分析技术，对机械系统的设计进行预测、分析和优化。
CAE技术的出现，为机械设计师提供了一种高效、准确的工具，能够在设计阶段就对产品的性能、可靠性进行评估，帮助设计师在短时间内找到最佳方案。
本文将探讨机械设计基础中的CAE原理与应用。
一、CAE的基本原理CAE是计算机辅助工程的缩写，它的基本原理是利用数值计算方法和仿真技术对机械系统进行建模、分析和优化。
CAE主要包括结构力学分析、流体力学分析和热传导分析等方面。
在机械系统设计中，CAE可以帮助设计师预测产品的受力情况、变形情况以及温度分布等，并通过分析这些数据来评估产品的工作性能。
二、CAE在机械设计中的应用1. 结构力学分析结构力学分析是CAE技术中应用最广泛的领域之一。
通过结构力学分析，设计师可以对机械零部件的受力情况进行准确的评估。
例如，在设计机械零部件时，可以通过CAE技术分析零件的应力分布情况，以确保零件的强度和刚度满足设计要求。
此外，结构力学分析还可以帮助设计师优化零件的设计，减少材料的使用量，降低成本。
2. 流体力学分析流体力学分析是CAE技术另一个重要的应用领域。
在机械设计中，流体力学分析可以帮助设计师分析液体或气体在机械系统中的流动情况。
例如，在设计管道系统时，可以通过CAE技术模拟流体在管道中的流动速度、压力分布等，以确保管道的设计符合流体力学要求。
此外，流体力学分析还可以帮助设计师改善流体系统的性能，提高能量利用效率。
3. 热传导分析热传导分析是CAE技术在机械设计中的另一个应用领域。
在机械系统中，热传导分析可以帮助设计师评估机械零件的温度分布情况。
例如，在设计发动机冷却系统时，可以通过CAE技术模拟冷却液在发动机中的流动情况，以评估零件的温度分布情况。
通过热传导分析，设计师可以找到可能存在的热点，并采取相应措施降低零件的温度。
机械工程中的CAE
《机械工程中的CAE》 主讲：许京荆 上海大学机电学院安全断裂分析研究室
节点和单元 (续)
信息是通过单元之间的公共节点传递的。
2 nodes
. .
A
.
. .
B
. .
. .
A
1 node
.
.
B
.
.
.
分离但节点重叠的单元 A和B之间没有信息传递 （需进行节点合并处理）
具有公共节点的单元 之间存在信息传递
7、平面应力问题
《机械工程中的CAE》 主讲：许京荆 上海大学机电学院安全断裂分析研究室
7、平面应力问题
《机械工程中的CAE》 主讲：许京荆 上海大学机电学院安全断裂分析研究室
8、平面应变
《机械工程中的CAE》 主讲：许京荆 上海大学机电学院安全断裂分析研究室
8、平面应变
机电学院安全断裂分析研究室
2、几何变形方程
《机械工程中的CAE》 主讲：许京荆 上海大学机电学院安全断裂分析研究室
2、几何变形方程
《机械工程中的CAE》 主讲：许京荆 上海大学机电学院安全断裂分析研究室
3、材料物理方程
《机械工程中的CAE》 主讲：许京荆 上海大学机电学院安全断裂分析研究室
4、边界条件
《机械工程中的CAE》 主讲：许京荆 上海大学机电学院安全断裂分析研究室
《机械工程中的CAE》 主讲：许京荆 上海大学机电学院安全断裂分析研究室
节点和单元 (续)
节点自由度是随连接该节点 单元类型 变化的。
J J
I L K
三维杆单元 (铰接) UX, UY, UZ
I L K
三维梁单元 UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ
机械设计基础了解机械设计中的CAE技术
机械设计基础了解机械设计中的CAE技术机械设计作为一门复杂而重要的学科，其涉及的技术不仅需要基本的设计能力，还需要了解并运用到一系列的辅助工具中。
计算机辅助工程（Computer-Aided Engineering，简称CAE）技术在机械设计过程中起着重要的作用。
本文将介绍机械设计中的CAE技术及其在实际工程中的应用。
一、CAE技术概述CAE技术是利用计算机辅助工程软件来模拟和分析产品性能的一种方法。
它通过建立适当的数学模型，并利用数值分析的方法，对产品的结构、材料、工艺等进行模拟和分析，从而预测产品的性能并进行优化设计。
CAE技术在机械设计中的应用非常广泛，包括结构分析、热传导分析、流体力学分析等。
二、CAE技术在结构分析中的应用在机械设计中，结构的强度和刚度是非常重要的考虑因素。
CAE技术可以通过有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）来模拟和分析结构的应力、变形等性能。
首先，通过在计算机辅助设计（Computer-Aided Design，简称CAD）软件中建立结构的几何模型，然后将模型导入FEA软件中进行网格划分和材料属性定义。
最后，利用数值分析方法求解方程组，得到结构在不同工况下的应力和变形分布情况。
这些分析结果可以帮助设计师快速评估结构的安全性，并进行相应的优化设计。
三、CAE技术在热传导分析中的应用热传导分析是机械设计中另一个重要的方面。
在某些机械设备中，由于工作条件的不同，会产生大量的热量。
如果不合理处理这些热量，可能导致机械设备的过热，进而影响其正常运行。
CAE技术可以通过热传导分析来模拟和分析热场的分布情况，从而帮助设计师优化散热方案。
在热传导分析中，需要建立热传导方程和边界条件，并利用数值方法求解得到温度场的分布情况。
这些分析结果可以指导设计师选择合适的材料和散热方式，以提高机械设备的热传导性能。
四、CAE技术在流体力学分析中的应用流体力学分析在机械设计中也占据重要的地位。
机械设计基础第二版(陈晓南-杨培林)题解
机械设计基础第二版(陈晓南_杨培林)题解课后答案完整版从自由度，凸轮，齿轮，v带，到轴，轴承第三章部分题解3-5 图 3-37 所示为一冲床传动机构的设计方案。
设计者的意图是通过齿轮 1 带动凸轮 2 旋转后，经过摆杆 3 带动导杆 4 来实现冲头上下冲压的动作。
试分析此方案有无结构组成原理上的错误。
若有，应如何修改？解画出该方案的机动示意图如习题 3-5 解图(a)，其自由度为：F = 3n- 2P5 - P4 = 3´3- 2´4-1= 0其中：滚子为局部自由度计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结图 3-37 习题 3-5 图构组成原理上有错误。
解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题 3-5 解图(b)所示。
其自由度为：F = 3n- 2P5 - P4 = 3´4- 2´5-1=1②将一个低副改为高副，如习题 3-5 解图(c)所示。
其自由度为：F = 3n- 2P5 - P4 = 3´3- 2´3- 2 =1习题 3-5 解图(a) 习题 3-5 解图(b) 习题 3-5 解图(c)3-6 画出图 3-38 所示机构的运动简图（运动尺寸由图上量取），并计算其自由度。
(a)机构模型 (d) 机构模型图 3-38 习题 3-6 图解(a) 习题 3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题 3-6(a)解图(a)或习题 3-6(a)解图(b)的两种形式。
计算该机构自由度为：F = 3n- 2P5 - P4 = 3´3- 2´4-0 =1习题 3-6(a)解图(a) 习题 3-6(a)解图(b)解(d) 习题 3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题 3-6(d)解图(a)、习题 3-6(d)解图(b)、习题 3-6(d)解图(c) 等多种形式。
- 1 -计算该机构自由度为：F = 3n- 2P5 - P4 = 3´3- 2´4-0 =1习题3-6(d)解图(a) 习题 3-6(d)解图(b) 习题 3-6(d)解图(c)3-7 计算图 3-39 所示机构的自由度，并说明各机构应有的原动件数目。
基于CAE技术的机械结构强度与刚度分析
基于CAE技术的机械结构强度与刚度分析导语：随着科技的不断进步，计算机辅助工程（Computer-Aided Engineering，简称CAE）技术在机械设计中的应用越来越广泛。
其中，机械结构强度与刚度分析是一项重要的任务，对于确保机械结构的安全性和性能至关重要。
本文将介绍基于CAE技术的机械结构强度与刚度分析的原理、方法和应用。
一、CAE技术在机械结构强度与刚度分析中的作用CAE技术是利用计算机技术和数值计算方法，对工程问题进行分析和解决的一种方法。
在机械结构设计中，CAE技术可以通过建立计算模型，对机械结构在不同载荷下的强度和刚度进行分析，从而预测其工作状态和性能。
二、机械结构强度分析的原理和方法1. 原理机械结构的强度分析是根据结构的受力情况和材料的力学性能，采用力学原理和有限元法等计算方法，来确定结构在不同载荷下的应力分布和变形情况，从而判断结构的强度是否满足设计要求。
2. 方法（1）建立有限元模型：首先，需要根据机械结构的实际几何形状，使用CAD软件绘制出结构的三维模型。
然后，根据结构的特点和要求，划分合适的网格单元，建立有限元模型。
（2）材料参数设置：对于不同的结构材料，需要给定相应的材料参数，如弹性模量、泊松比、屈服强度等。
（3）加载和边界条件设置：根据实际使用条件和载荷情况，设置结构的加载方式和边界约束条件。
（4）求解方程：利用有限元法等数值计算方法，通过迭代求解结构受力方程，得到结构的应力和变形分布。
（5）结果分析与评估：根据计算结果，对结构的强度进行评估和分析，判断设计的可行性和合理性。
三、机械结构刚度分析的原理和方法1. 原理机械结构的刚度分析是通过计算结构在受力状态下的刚度系数，来评估结构的刚度性能。
刚度系数通常包括挠度、扭转角、平移位移等，用来描述结构在外力作用下的变形情况。
2. 方法（1）建立刚度模型：根据结构的几何形状和材料性能，建立相应的刚度模型。
刚度模型可以使用解析方法、数值方法或者实验测试等方式得到。
机械设计基础课后习题答案[杨可桢等主编]第12章
![机械设计基础课后习题答案[杨可桢等主编]第12章](https://img.taocdn.com/s3/m/56739424ce2f0066f4332268.png)
根底课程教学资料渊,您及彖人身体械、万事如意' 阂彖欢乐,祝福同学付财成长,,颜5取得好成灵为祖国奉献力*12-1 解：从快J 12-1的数据有： 加=4rn , 4・切廊,/ 1., 4 = 2, 4-39,y =11,UW \中央距Q 二兆加加,因此可以求得有关的几何尺寸如下:蜗轮的分度圆直径:% 二帽1 二 4x39 = 156 加加h =用=4mm , 欢送使用本资料,,版身体演、万事如意,阂彖欢乐.■同学们僮鼾夬乐的成长.早m 为祖国的崇荣昌.奉献自己的力*^ = 1,2m = 1.2 x4mm = 4.8mm4 =吨+2) =4xQ0+? =岖取幅给施囿吉区.1 " ：1 । ■ M 内干匕"I 大I 贝I 曰L1T ♦ OJ '」 ' 、 『 那么!使用本金,祝悠身体®M 、声如意,g 陈庶同学们献|环的成长.…一 士 ii/i =- 2.4) = 4x(10 -2.4) = 30.4mm 蜗杆齿根圆直径：.■ 蜗轮齿根圆直径： *蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距：蜗轮和蜗杆的齿顶高: 蜗轮和蜗杆的齿根高: 蜗杆齿顶圆直径:径向间隙：c=OJOM=OJOx4=Ota12-2图12.3解：〔1〕从图示看,这是一个左旋蜗杆,因此用右手握杆,四指“1 ,大拇指“】,可以得到从主视图上看,蜗轮顺时针旋转.〔见图12.3 〕〔2〕由题意,根据条件,可以得到蜗轮上的转矩为：=稼=彳眄/.x0.75 x50〔2«37JN*m蜗杆的圆周力与蜗轮的轴向力大小相等,方向相反,即：巧二咖N 蜗杆的轴向力与蜗轮的圆周力大小相等,方向相反,即：五“强产—375的心10斗3就加蜗杆的径向力与蜗轮的径向力大小相等,方向相反,即：其■耳广昂愀■犯Ox婚期7364国N 各力的方向如图12-3所示.T输出轴o12-3图12.4解：(1)先用箭头法标志出各轮的转向,如图12.5所示.由于锥齿轮轴向力指向大端,因此可以判断出蜗轮轴向力水平向右,从而判断出蜗杆的转向为顺时针,如图12.5所示.因此根据蜗轮和蜗杆的转向,用手握法可以判定蜗杆螺旋线为右旋.(2)各轮轴轴向力方向如图12.5所示.12-4 解：(1)根据材料确定许用应力.由于蜗杆选用如行,外表淬火,可估计蜗杆外表硬度.根据表12-4,= 200 MFts(2)选择蜗杆头数.4 = 2,那么传动比】二,四二闺」忖二川,查表12-2,选取z a =iz L = 18 x2 = 36(3 )确定蜗轮轴的转矩取,传动效率旷皿中9为加冏曲=9J5xltf xl2x7如和8(MW2xlQW•刖(4)确定模数和蜗杆分度圆直径按齿面接触强度计算礴 > X&022X103 =38686马瓦］ 姒20『由表12-1查得a = 2,眼=5120,触加肌4 = Sta g = 10(5)确定中央距(6)确定几何尺寸蜗轮的分度圆直径： 蜗轮和蜗杆的齿顶高： 蜗轮和蜗杆的齿根高： 蜗杆齿顶圆直径： 蜗轮喉圆直径：, 蜗杆齿根圆直径：工二,工「犹『 蜗轮齿根圆直径：…二二了 蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距： ：：「：,「：「""一' ' '' ' "J"r = 0.20m = 0.20 x3 = l.jmm(7 )计算滑动速度吟% >rx80xl440 .Vi = ---- = ------------------ = 6.0288 m I s a =.,加(g +⑷=0 J x8© +3.=18物沏= mz a =8x36 = 283 m九二相■8神1h f = 1.2m=L2xta = 5)iod.=啕+2)=8x(10+2)=9fym径向间隙:60 x1000 60x10100E 2y = arctg^=雷cfg—= 11.30990q ID匕6.0288 , ,匕=—= --------- = 6」48M/scos/ cod 1,309?1加/5符合表12-4给出的使用滑动速度匕±(说明：此题答案不唯一,只要是按根本设计步骤,满足设计条件的答案,均算正确.)12-5解：一年根据300天计算,设每千瓦小时电价为a元.依题意损耗效率为因此用于损耗的费用为：& -a3皿x3 x8 x5fl = 100 00马x300 x24x" = 72口xl1元12-6解(i)重物上升加,卷筒转的圈数为：1快)」Q14xO2)-l,5g转；由于卷筒和蜗轮相联, 也即蜗轮转的圈数为L59圈；因此蜗杆转的转数为：1加建哂山9加1抵6转.(2)该蜗杆传动的蜗杆的导程角为：y ■ arctg—■： arctg—■ JJ104 30而当量摩擦角为,一'：■5比拟可见7 >1,因此该机构能自锁.(3)手摇转臂做了输入功,等于输出功和摩擦损耗功二者之和.输出功小跪=撇xi = j咖焦耳；依题意此题摩擦损耗就是蜗轮蜗杆啮合损耗,因此啮合时的传动效率喻+用/.71.+1.乃那么输入功应为产加im =阈3.14焦耳.由于蜗杆转了63.6转,因此应有：乂=63 6犬2就即：二工;一二,)一可得：」「.「’•>' 一•〞•,图12.6d}=^]=10 x 42 = 420 mm 12-7解蜗轮的分度圆直径:4二网=1 0小用蜗轮和蜗杆的齿顶高:= 1.2m-1,2x10mm-12mm蜗轮和蜗杆的齿根高:蜗轮喉圆直径：4广税(4 + 2) = 1.x(42 +2)=440现用蜗杆齿根圆直径：於必-2MtM9-2耻66加蜗轮齿根圆直径：命=必-网=飒42-24)=3娴n蜗杆轴向齿距和蜗轮端面齿距：处二口广2 =^i=3.14xlO=3Lta 径向间隙：c=0 20m = 0.20 xlO = 2mm7蜗杆齿顶圆直径:4 产咆+今= 10x(9+2) = llta图 12.712-8解火=H ,取W 产1卿伽,歹= 0,8,那么那么油温f= %+Af=2.+42/=62,86℃,小于g 叱,满足使用要求. A" 1000 1000 x3xQ-调 a, 14x1- 42.86℃<[AJ]> 60 -70℃。
机械设计基础第12章
12
⒋确定中心距a和带的基准长度Ld 设计时，应用具体情况参照下式初步确定中心距a0
0.7(dd1 dd 2 ) a0 2(dd1 dd 2 )
按下式计算所需要的基准长度Ld0值
Ld 0
2a0
2
(dd1
dd2)
1 4a0
(dd 2
dd1)2
由下式近似计算带传动的实际中心距a
F1 e fV F2
若近似认为带工作时其总长度不变，则圆周力F和紧边拉
力的关系为
F
F1
1
1 e fV
故V带传动不打滑条件下所能传递的最大圆周力为
Fm a x
F1
1
1 e fV
二、带传动的应力分析
⒈拉应力
、
1
2
紧边拉应力 1 F1 / A MPa
Lp
z1
z2 2
Lp
z1
2
z2
2
8
z2 z1
2
2
近似计算
a
a0
Lp
Lp0 2
p
12
第九节 链传动的润滑及布置
一、链传动的润滑
良好的润滑有利于缓和冲击、减少磨擦、降低磨损、是 延长链条使用寿命和发挥传动工作能力的最重要因素。
二、带传动的正确使用和维护 Nhomakorabea12
⒈安装时，两轴必须平齐，两轮相对应的V型槽要对齐。 ⒉V带在轮槽中应有一正确位置，带顶面应与带轮外缘相平 ⒊多根V带传动时，带的配组代号应相同 ⒋定期检查V带，发现一根松弛或损坏就应全部更换 ⒌严防转动带与矿务油、酸、碱等介质接触
机械设计基础机械设计中的CAE软件应用
机械设计基础机械设计中的CAE软件应用机械设计基础：机械设计中的 CAE 软件应用在现代机械设计工程中，计算机辅助工程 (Computer Aided Engineering，简称 CAE) 软件的应用已经成为一个不可或缺的工具。
CAE 软件不仅可以提高机械设计的效率，还能够准确模拟和预测机械系统的性能、材料应力和运行情况。
本文将探讨机械设计中的CAE软件应用，介绍其功能和使用方法，以及带来的好处和挑战。
一、CAE 软件的功能CAE 软件是一套涵盖了多个功能模块的工具，可以用于各个设计阶段。
以下是几个常见的 CAE 软件功能：1. 系统建模与装配：CAE 软件可以帮助工程师对机械系统进行建模和装配。
通过直观的图形界面，设计师可以快速创建、编辑和组装各种零件，从而形成完整的机械系统模型。
2. 构件设计与优化：使用 CAE 软件，可以对各个零部件进行详细的设计和分析。
例如，设计师可以使用 CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）功能来绘制和修改零件，并进行尺寸、形状、强度等方面的优化。
3. 运动仿真与动力学分析：CAE 软件可以对机械系统进行运动仿真和动力学分析。
通过建立系统的动力学模型，可以准确预测系统在不同条件下的运动情况和力学性能。
4. 热传导与热应力分析：对于需要考虑温度变化和热应力的机械系统，CAE 软件可以进行热传导和热应力分析。
这有助于设计师优化材料选择和热控制措施，以确保系统的可靠性和性能。
5. 流体力学模拟：对于设计涉及流体流动的机械系统，CAE 软件可以进行流体力学模拟。
这可以帮助工程师研究流体的运动规律、压强分布和能耗情况，从而优化系统设计和流体参数。
二、CAE 软件的使用方法CAE 软件通常具有友好的用户界面和强大的功能模块，使用方法也相对简单。
以下是一般的 CAE 软件使用步骤：1. 建立模型：使用软件的建模工具，设计师可以创建零件和系统的三维模型，或者导入现有的 CAD 模型。
机械设计基础-12.1轴
机械设计基础-12.1轴第一篇：机械设计基础-12.1轴第十二章轴主要内容1、轴的结构设计：影响轴结构的因素；轴的台阶化设计；轴的设计步骤。
2、轴的强度与刚度计算：轴上载荷及应力分析；轴的强度计算、刚度计算等。
基本要求1、了解轴的功用、类型、特点及应用。
2、掌握轴的结构设计方法。
3、掌握轴的三种强度计算方法：按扭转强度计算、按弯扭合成强度计算、按疲劳强度进行安全系数校核计算。
重点难点1、轴的结构设计，强度计算。
2、转轴设计程序问题。
3、弯扭合成强度计算中的应力校正系数a。
第二篇：机械设计基础机械设计基础》考试大纲一、考试的性质与地位《机械设计基础》是高等工科院校机械类专业的一门重要技术基础课，它在教学计划中起着承先启后的桥梁作用，为学生学习后续的专业课打下必要的基础。
它不仅具有较强的理论性，同时具有较强的实用性。
它在培养机械类工程技术人才的全过程中，具有培养学生的工程意识，增强学生的机械理论基础，提高学生对机械技术工作的适应性，培养其开发创新能力的重要作用。
本课程的目标在于培养学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本方法；培养学生具备机械设计中的一般通用零部件设计方法的能力，为后继专业课程学习和今后从事设计工作打下坚实的基础。
二、考试内容(一)绪论1．了解本课程的研究对象及本课程在教学中的地位。
2．掌握机器、机构、构件、零件等基本概念。
3．了解对机械设计的基本要求。
(二)平面机构的运动简图及自由度1．掌握运动副的概念及分类。
2．能够绘制简单的机构运动简图。
3．掌握机构自由度的计算。
(三)平面连杆机构1．了解平面连杆机构的基本类型、特点及应用。
2．掌握铰链四杆机构基本类型的判别。
3．掌握四杆机构基本特性及四杆机构的设计方法。
(四)凸轮机构1．了解凸轮机构的类型和应用。
2．熟悉凸轮从动件常用运动规律，了解其特性及应用场合。
3．掌握图解法设计凸轮轮廓的方法。
4．熟悉凸轮机构基本尺寸的确定原则。
(五)螺纹联接1．了解螺纹的形成、分类、主要参数、特点和应用。
机械设计基础第12单元内容
模块五 滚 动 轴 承
知识点2 滚动轴承的选择
滚动轴承的选择包括类型选择、精度选择和尺寸选择。 1．类型选择 1) 轴承承受载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型的主要依据。
如工作载荷较小，转速较高，旋转精度要求较高时宜选球轴承；载 荷较大或有冲击载荷，转速较低时，宜用滚子轴承；同时承受径向 及轴向载荷的轴承，如以径向载荷为主时可选用深沟球轴承；径向 载荷和轴向载荷均较大时可选用角接触球轴承；轴向载荷比径向载 荷大很多或要求轴向变形小时，可选用推力轴承和深沟轴承组合的 支承结构， 2) 跨距较大或难以保证两轴承孔的同轴度的轴及多支点轴，宜选用 调心轴承 3）当轴向尺寸受限制时，宜选用窄或特窄的轴承。
针对轴瓦的失效形式，对轴瓦材料提出下列基本要求：
(1) 具有良好的减摩性、耐磨性和磨合性，抗粘着磨损和磨粒磨损 性能较好。
(2) 具有良好的跑合性、顺应性和嵌藏性好；
(3) 具有足够的抗压、抗疲劳和耐冲击能力；
(4) 具有良好的工艺性、耐腐蚀性、导热性等。
但是，任何一种材料不可能同时具备上述性能，因而设计时
模块二 轴系的结构设计
知识点4 轴系的结构工艺性
5．磨削时应设置砂轮越程槽，如图a切制螺纹时应设置退刀槽，如 图b以便于加工，其尺寸可查手册。 对于采用过盈配合的轴段，压 入端应常加工出导向锥面，如图c。
6．对于轴承，轴系结构应考虑留出便于拆卸轴承的空间。
模块二 轴系的结构设计
知识点5 提高轴疲劳强度的措施
轴一般是在交变应力作用下工作的，提高轴疲劳强度可以减小轴的尺寸， 其办法有：
1．改变轴上载荷分布或改善其应力特征，图12-2-11把零件的结构由a图 改为b图，可以减少轴所受的弯矩。将转动心轴改为不转动心轴，可使轴 免受对称循环弯曲应力。减小轴的跨度、增加支承点、用分布载荷代替 集中载荷等均可减小轴所受的最大弯曲应力，从而也就提高了轴的疲劳 强度。
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重力：打开“重力”对话框，可 在其中定义重力。 初始条件：打开“初始条件” 对话框，使用此对话框可指定初始位置 快照，并可为点、连接轴、主体或槽定 义速度初始条件。
质量属性：打开“质量属性” 对话框，使用此对话框可指定零件的质 量属性，也可指定组件的密度。
拖动：打开“拖动”对话框，使 用此对话框可将机构拖动至所需的配置 并拍取快照。
图12-7 电动机轴的确定
(4)运动分析
单击【机构】工具栏中的 【机 构分析】按钮，弹出【分析定义】对话 框，接受默认名称，在【类型】选项组 下拉列表中选择【运动学】选项，可以 观察曲柄滑块机构的运动情况。
在【图形显示】选项组中的【终止 时间】文本框中输入10，【最小间隔】 中输入0.1，表示每隔0.1s输出一个求解 值。
第12章 机械CAE分析
12.1
运动仿真及有限元分析的意义
12.2
Pro/E机构运动仿真分析
12.3
Pro/E有限元分析
【学习目标】 了解机构运动仿真及有限元分析的意义 理解CAE分析的内涵与实质 了解Pro/E中CAE分析模块的操作方法
12.1 运动仿真及有限元分析的意义
随着机械零部件行业的迅速发展和 市场竞争的日益激烈，如何提高产品品 质、增强产品的市场竞争能力、缩短产 品开发周期、降低成本已成为企业十分 重视的问题。 现代化的开发手段是提高企业竞争 力的重要保证。
12.2 Pro/E机构运动仿真分析
1 运动仿真模块功能
在建立机械设计模型后设计者往往 需要通过虚拟的手段，利用软件模拟所 设计的机构，达到在虚拟的环境中模拟 现实机构运动的目的，这就是机构运动 仿真的含义。
机构运动仿真对于提高设计效率降 低成本有很大的作用。 Pro/E的运动仿真与动态分析功能集 成在“机构”模块中，包括几何仿真和 实体仿真两个方面的分析功能。 使用几何仿真分析功能相当于进行 无阻尼运动仿真。
测量：打开“测量结果”对话 框，使用此对话框可创建测量，并可选 取要显示的测量和结果集，也可以对结 果出图或将其保存到一个表中。
轨迹曲线：打开“轨迹曲线”对 话框，使用此对话框生成轨迹曲线或凸 轮合成曲线。
3 机构的运动仿真
(1)建立机构模型 (2)进入机构运动仿真环境
单击菜单栏中的【应用程序】→【机 构】命令，进入机构运动仿真环境。如图 12-6所示。
图12-1 进入机构模块环境
连接轴设置：打开“连接轴设置” 对话框，使用此对话框可定义零参照、再 生值以及连接轴的限制设置。
凸轮：打开“凸轮从动机构连 接”对话框，使用此对话框可创建新的 凸轮从动机构，也可编辑或删除现有的 凸轮从动机构。
槽：打开“槽从动机构连接”对 话框，使用此对话框可创建新的槽从动 机构，也可编辑或删除现有的槽从动机 构。
测量
112.4091351 102.4091351 92.40913511 82.40913511 72.40913511 0 2 4 6 8 10 12
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
时间(秒)
（a）
AnalysisDefinition1::v (mm / sec)
35.34455481 30.34455481 25.34455481
弹簧：打开“弹簧”对话框，使 用此对话框可定义弹簧，也可编辑、移 除或复制现有的弹簧。
图12-2 机构模块下的主界面
图12-3 模型树菜单
图12-4 工具栏图标
阻尼器：打开“阻尼器”对话 框，使用此对话框可定义阻尼器，也可 编辑、移除或复制现有的阻尼器。
力/扭矩：打开“力/扭矩”对话框， 使用此对话框可定义力或扭矩，也可编辑、 移除或复制现有的力/扭矩负荷。
齿轮：打开“齿轮副”对话框， 使用此对话框可创建新的齿轮副，也可 编辑、移除复制现有的齿轮副。
伺服电动机：打开“伺服电动 机”对话框，使用此对话框可定义伺服 电动机，也可编辑、移除或复制现有的 伺服电动机。
执行电动机：打开“执行电动 机”对话框，使用此对话框可定义执行 电动机，也可编辑、移除或复制现有的 执行电动机。
2 运动仿真模块工具栏
在装配环境下定义机构的连接方式后，单 击菜单栏中【应用程序】→【机构】命令，如 图12-1所示。 系统进入机构模块环境，呈现如图12-2所 示的机构模块主界面：模型树增加了如图12-3 所示“机构”一项内容，窗口右边出现如图124所示的工具栏图标。
工具栏的每一个图标与下拉菜单的 每一个选项相对应。 用户既可以直接单击快捷工具栏图 标进行相关操作，也可以通过菜单选择 进行操作。 如图12-4所示的部分工具栏图标功能 的含义如下。
连接：打开“连接组件”对话框， 使用此对话框可根据需要锁定或解锁任意 主体或连接，并运行组件分析。
分析：打开“分析”对话框，使 用此对话框可添加、编辑、移除、复制 或运行分析。
回放：打开“回放”对话框，使 用此对话框可回放分析运行的结果，也 可将结果保存到一个文件中、恢复先前 保存的结果或输出结果。
图12-10 仿真动画的播放与创建
图12-11 位移测量设置
（a）
（b）
图12-12 速度、加速度测量设置
图12-13 当前位置的测量目标值
图12-14 在同一坐标系中的测量目标曲线
AnalysisDefinition1::s (mm)
142.4091351 132.4091351 122.4091351
如果要输出更多求解值，则可减少间隔 值，但程序运行时间会增加，如图12-9所示 。 单击【运行】按钮，可以查看曲柄滑块 机构的运行情况。 单击【确定】按钮，退出该对话框。
图12-8 电动机运动参数的确定
图12-9 确定运行时间和间隔
(5)结果分析
（1）回放并保存分析结果。 （2）分析滑块上一点的位移、速度、加 速度。
图12-12 机构装配体
图12-6 机构运动仿真环境
(3)创建伺服电动机
单击【机构】工具栏中的 【伺服电动机】 按钮，弹出【伺服电动机定义】对话框，如图12-7 所示。 可以修改电动机的默认名称为diandj，在绘 图区选择曲柄轴连接轴作为伺服电动机的驱动对 象，可通过单击【反向】按钮改变曲柄转向。