西北工业大学机械设计基础复习纲要教材

机械设计基础复习纲要 （1）必备的基础知识(1) 机械零件的常用材料1）钢是一种含碳量低于2％的铁碳合金。

2）铸铁含碳量高于2％的铁碳合金为铸铁。

3）有色金属有色金属 ，是相对于黑色金属而言 4）非金属钢的分类1）结构钢2）工具钢3）特殊钢结构钢碳素钢普通碳素结构钢(如：Q235) 优质碳素结构钢(如：45钢)合金钢铸铁 铸铁其性脆，不适于锻压和焊接，但其熔点较低，流动性好，可以铸造形状复杂的大小铸件。

常用的铸铁有：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和合金铸铁等。

灰铁应用最多，其牌号由“灰铁”二字汉语拼音字首和材料的抗拉强度的平均值。

如： HT200有色金属 铜合金有一定的强度和硬度，导电性、导热性、减摩耐磨性和耐蚀性良好，是制造电工器件和耐磨蚀零件的重要材料。

铝及铝合金是应用最广的轻金属，纯铝有良好的塑性、耐蚀性、导电性、导热性和焊接性，但强度、硬度较低。

在铝中加人合金元素硅、铜、镁、锰、锌等，可以获得质量轻、强度高的零件。

工程塑料 工程塑料是在工程中用来作结构或传动件材料的塑料，它有较高的强度，质量轻，具有绝缘性、减摩耐磨性、耐蚀性、耐热性等。

（2）机械零件的基本变形及应力拉压A F =σ 剪切A F=τ扭转T T W T =τ弯曲W M =σ(3)常用机构的特点及应用 首先应明确机构的用途：运动形式的转换1、旋转运动 → 直线运动曲柄滑块机构 凸轮机构 齿轮齿条机构螺旋机构2、直线运动 → 旋转运动齿条-齿轮机构 螺旋机构 曲柄滑块机构3、旋转运动 → 旋转运动 速度的变换 减速传动 增速传动 变速传动 间歇传动(4) 通用机械零件的特点及应用联接件 : 螺纹联接 轴毂联接 铆、焊、胶 传动件 : 齿轮传动 带传动 链传动轴系部件 : 轴 滚动与滑动轴承 联轴器、离合器 其它 : 弹簧(2)必要的基本理论（1）机构的组成及机构具有确定运动的条件机构的自由度F=原动件的数目（2）螺旋副的摩擦、效率和自锁条件H L 23P P n F --=1111283=-⨯-⨯=F ()v W d T ϕλ+=tan 22驱动力矩　()v ϕλλη+=tan tan 上行程　λϕληtan )tan(v -=下行程　βθcos sin ff f v ==vv f arctan =ϕvϕλ≤（3）铰链四杆的特性及其演化铰链四杆机构中有曲柄的条件：1)最短杆长度十最长杆长度<其他两杆长度之和(杆长条件)。

2)最短杆为连架杆或机架(机架条件)。

急回运动、行程速比系数和死点压力角与传动角压力角是指受力点的运动方向与受力方向之间的夹角。

传动角g=90º-a （4）凸轮推杆的常用运动规律等速运动等加速等减速简谐运动摆线运动改进型等速改进型梯形加速度凸轮廓线设计方法的基本原理反转法（5）渐开线齿轮的啮合传动及其设计渐开线的形成与特性直齿圆柱齿轮的尺寸计算分度圆直径——d ， d ＝mz ， 齿顶高——ha ＝h*a m= m齿根高——hf ＝(h*a +c* ) m = 1.25m齿全高——h=ha +hf ＝(2h*a +c* ) m =2.25m 齿顶圆直径da ＝d+2ha ＝zm +2h*am齿根圆直径df ＝d －2hf ＝zm － (h*a +c* ) m 齿距p ＝pd/z ＝pzm/z= pm 基圆直径db ＝dcosa ＝mzcosa 直齿圆柱齿轮的基本参数：模数m 、齿数z 、压力角a(20°)、齿顶高系数h*a (1)、顶隙系数c* (0.25)正确啮合条件对于直齿圆柱齿轮 对于斜齿圆柱齿轮 对于蜗轮蜗杆轮齿的受力分析齿面接触疲劳强度计算校核式：202121=====αααmm m 21212120ββααα-====== m m m 21212120βγααα====== mm m ][125.474H 211H σσ≤±=uu bd KT设计式：齿根弯曲疲劳强度计算校核式：设计式：参数的选择齿数 z1的选择 齿宽系数jd 的选择 （6）带传动的工作原理和工作能力分析带传动中的力分析带的应力分析紧边拉应力s1 、松边拉应力s2、带的弯曲应力sb 、离心拉应力sc带的弹性滑动带中应力的变化→带的弹性变形变化→带在带轮上弹性滑动滑动率ε约在1%~2%之间变化，通常近似计算传动比32H d 111][6.76uu KT d +⋅≥σφ][2F 1FS1F σσ≤=mbd Y KT 3F 21d FS 1][26.1σψZ Y KT m ≥0212F F F =+21F F F F f e -==1120+-=ααf f ec e e F F ↑↑→ec F F 0↑↑→ec F f ↑↑→ec F α11max b c σσσσ++=%100112⨯-=v v v ε()ε-==1122112D D n n i 122112D D n n i ==F F 1F 00F 02尚未工作状态n F fF1F 1F F 1222n 2工作状态打滑时，滑动率ε为100%，这是带的一种失效形式。

（7）链传动的设计链传动的特点滚子链的结构与工作原理 运动不均匀性 （8）螺纹联接的计算联接类型与结构受拉螺栓与受剪减螺栓 失效与强度计算（9）非液体摩擦滑动轴承的设计轴瓦材料及其结构 失效形式与设计准则p ≤[p] v ≤[v] pv ≤[pv] 设计方法与步骤 （10）滚动轴承的设计轴承的结构、类型与代号 寿命计算 组合设计基本额定寿命：具有90％可靠度时轴承的寿命，用L10表示。

基本额定动载荷：使轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的载荷值，用字母C 表示。

基本额定寿命计算式（11）轴的分类其强度计算根据轴所承受的载荷不同，轴可分为心轴、转轴、传动轴三类。

心轴的强度计算方法传动轴的强度计算方法)10(610r P C L ε⎪⎭⎫⎝⎛=)(60106h P C n L h 　或ε⎪⎭⎫⎝⎛=[]σσ≤=W Mca 31.0d W =[]ττ≤=TT W T 32.0d W T =mm N n PT ⋅⨯=61055.9转轴的强度计算方法必需掌握的基本技能（1）机构自由度的计算（2）凸轮机构的图解法设计 （3）轮系传动比的计算复合轮系的传动比计算如图所示的 行星轮系中， z1= z2’=30 、 z2= 40、 z3= 45 ，求传动比i1H =?（4）轮齿受力分析（5）带传动的受力分析 （6）螺纹联接的强度计算受横向载荷的紧螺栓联接[]σσ≤=W M caca ()22ca T M M α+=⎪⎩⎪⎨⎧=3.06.01α　静应力　脉动循环应力　对称循环应力101==-=r r r mm mz mz mz 120)45230(23'24=⨯+=+=H '212H 1i i i ⨯=3430401221-=-=-=z z i 530120111'24H'42H '2)(=+=--=-=z z i i 320534H '212H 1-=⨯-=⨯=i i iF 0F 0FF结合面的摩擦力传递外力F螺栓的计算应力铰制孔用螺栓靠螺栓杆的剪切和螺栓杆与被联接件的挤压来传递外载荷。

螺栓杆可能因受到剪切和挤压而破坏。

受轴向载荷的紧螺栓联接压力容器盖螺栓联接是受轴向载荷紧螺栓联接的典型实例 。

FD Dp总拉力为螺栓的计算应力（7）平键的强度校核FK fzi F s P ≥[]σπσ≤=21Pca 43.1d F []τπτ≤=2s4dF[]bs s bs σδσ≤=d FFF F F F F +≠+=p Q 'p Q []σπσ≤=21Qca 43.1d F FFdsδ（圆头平键a ） （平头平键）（单圆头平键）（8）非液体滑动轴承计算 （9）滚动轴承寿命计算bs bs ][4σσ≤≈=hld T kl F b L l -=L l =2bL l -=},m ax {2S A 1S 1a F F F F +=},m ax {A 1S 2S 2a F F F F -=)(a r P YF XF f P +=)r (10610 ε⎪⎭⎫ ⎝⎛=P C L 3103==εε　滚子轴承球轴承)h (60106h ε⎪⎭⎫⎝⎛=P C n L。