(完整版)机械设计复习大纲

第一章机械设计总论
本章节包括5个知识点，
1.机械零件的主要失效形式及计算准则；（重点）
2.机械零件设计的一般步骤；
3.材料的疲劳特性
4.机械零件的强度计算；（重点）
5.机械零件的抗剪裂强度和接触强度。

在复习每一个知识点的过程中，首先要了解知识点，通过熟悉教材内容，识记一般的知识点，尽可能脑中对零件有总体的认识，再通过本讲义如下内容对应的例题，从分析、解题、注意易错点到完成老师布置的作业完成相应知识点的掌握过程。

【知识点1】机械零件的主要失效形式及计算准则
【例题1】机械零件的主要失效形式有哪些？
分析：基本知识点的熟记
解题：断裂，表面压碎，表面点蚀，塑形变形，过量弹性变形，共振，过热，过量磨损
易错点：回答不够全面
作业：《机械设计与机械原理考研指南》P18 页第20、21、22 等题
习题：简述机械零件的计算准则
【知识点2】机械零件的强度计算
【例题2】简述应力特征r 的取值范围及应力分类
分析：基本知识点的熟记
解题：-1≤r≤1，r=1 时为静应力，r=-1 是为循环变应力，r=0 时为脉动变应力
易错点：分类理解不清
作业：《机械设计与机械原理考研指南》P19 页第36、37 等题
习题：简述载荷与应力的类型
第二章平面连杆机构及其设计（不考）
第三章凸轮机构及其设计（不考）
第四章步进机构及其设计（不考）
第五章齿轮传动设计
本章节包括6 个知识点，
1.齿轮传动的主要参数及几何尺寸计算；
2.齿轮常用材料及热处理方法；
3.硬齿面，软齿面，开式传动，闭式传动等概念
4.齿轮传动的的常见失效形式，受力分析；（重点）
5.直齿，斜齿圆柱齿轮传动的强度计算
6.齿轮设计准则。

（重点）
其中必须掌握的知识点是3 个，1.硬齿面，软齿面，开式传动，闭式传动等概念
2.齿轮传动的的常见失效形式，受力分析；
3.齿轮设计准则。

【知识点1】齿轮传动的的常见失效形式
【例题1】简述齿轮传动的常见失效形式
分析：这一考题在历年考研试卷中比较常见，或考简答，或变换形式考填空
解题：1.轮齿折断，多发生在脆性材料轮齿根部
2.齿面点蚀，多发生在润滑良好的闭式软齿面齿轮中
3.齿面胶合，多发生在高速重载热条件差的闭式齿轮中
4.齿面磨损，多发生在开式齿轮传动中
5.齿面塑性变形，多发生在底速过载，频繁启动的软齿面齿轮传动中
易错点：回答不够准确
作业：《机械设计与机械原理考研指南》P43 页第1、2 题，p46 页第43、44、45、46 题
习题：齿面点蚀首先出现在齿面节线附近的原因。

以及防止齿轮出现失效的措施。

【知识点2】齿轮设计准则
【例题2】提高渐开线圆柱齿轮的齿根弯曲疲劳强度的措施
分析：考查渐开线圆柱齿轮齿轮设计准则，理解并熟记
解题：可以从减少齿根弯曲应力和提高许用弯曲应力两方面来考虑。

减少齿根弯曲应力：（1）增大模数；
（2）增大齿宽；
（3）选用较大变位系数；
（4）提高齿轮制造精度；提高许用弯曲应力；
（5）改善材料和热处理方式。

易错点：回答不够全面
作业：《机械设计与机械原理考研指南》P46 页第47、49、60 题
习题：提高渐开线圆柱齿轮疲劳强度的措施。

第六章蜗杆传动设计
本章节包括3 个知识点，
1.蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算；
2.蜗杆，蜗轮常用材料及热处理方法；
3.蜗杆传动轮齿的常见失效形式，受力分析。

4.蜗杆进行热平衡计算的原因其中必须掌握的知识点是1 个，蜗杆传动的常见失效形式，受力分析。

【知识点1】蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
【例题1】在圆柱齿轮与蜗杆传动组成的传动系统中，蜗杆传动应放在高速级,说明原因
分析：考查蜗杆传动的基本特点
解题：1 发挥传动平稳特点（连续传动）；
2 高速时，滑动速度大，易行成油膜，有利于提高传动效率；
3 受力小，可减小涡轮尺寸，节约材料。

易错点：回答不够全面
作业：《机械设计与机械原理考研指南》P65 页第28、35、44、49 题
习题：蜗杆头数对蜗杆传动的影响。

【知识点2】蜗轮蜗杆传动特点
【例题2】蜗杆传动正确啮合条件为。

分析：考查蜗杆传动基本特点，大家在基础复习时要把握最基本的知识点。

解题：αａ１＝αｔ２，ｍａ１＝ｍｔ２，β＝γ (下标依次为ａ１，ｔ２，ａ１，ｔ２)
易错点：不理解，漏写
作业：《机械设计与机械原理考研指南》P66 页第41、45 题
习题：将蜗杆传动蜗杆直径系数ｑ定为标准值的目的，蜗杆传动中各参数的设定及原因
第七章轮系、减速器与无级变速器（不考）
第八章带传动设计
本章节包括3 个知识点，
1.带传动的工作原理，类型，传动特点，应用场合及张紧方式；
2.带传动的受力分析，应力分析，弹性滑动与打滑现象，失效形式；
3.V 带传动的设计计算方法。

其中必须掌握的知识点是1 个，带传动的受力分析，应力分析，弹性滑动与打滑现象，失效形式。

【知识点1】带传动的两种滑动
【例题1】简述带传动的两种滑动
分析：考查带传动的传动特点
解题：弹性滑动：带传动中，拉力差使带的弹性变形量变动，从而引起带与带轮之间的相对滑动，称为弹性滑动，使带传动比不精确，且使带与带轮之间产生磨损。

打滑：当外界传递的功率过大，所需有效拉力大于极限有效拉力时，带与带轮之间的显著滑动。

使带传动失效，但是起过载保护作用。

易错点：回答不准确
作业：《机械设计与机械原理考研指南》P86 页第47、54 题
习题：与V 带传动相比，同步带传动最突出的优点是什么，了解同步带与V 带传动的区别
【知识点2】带传动的主要失效形式与计算准则
【例题2】简述带传动的主要失效形式与计算准则
分析：考查带传动的传动特点
解题：带传动的主要失效形式是:打滑和带的疲劳破坏。

带传动的计算准则是：保证带工作时不打滑，并且有足够的疲劳强度。

易错点：回答不够全面
作业：《机械设计与机械原理考研指南》P87 页第74、75 题
习题：带传动应力分析，作图，画出各应力的分布及大小
第九章链传动设计
本章节包括2 个知识点，
1.链传动的工作原理，类型，传动特点，应用场合及张紧方式；
2.滚子链传动的主要失效形式。

【知识点1】滚子链传动的主要失效形式
【例题1】简述滚子链传动的主要失效形式
分析：考查链传动的失效形式
解题：铰链磨损，链的疲劳破坏，多次冲击破坏，胶合，过载拉断，链轮轮齿的磨损和塑性变形。

易错点：漏写，不全面
作业：《机械设计与机械原理考研指南》P88 页第62、68、99 题
习题：弄清失效的原因及相应措施
【知识点2】链传动的布置
【例题2】链传动布置时，应注意哪些问题？
分析：考查链传动的布置形式
解题：两轴线应该平行，两链轮应位于同一平面内，一般宜采用水平或接近水平布置，并使松边在下。

易错点：回答不完整
作业：《机械设计与机械原理考研指南》P87 页第71、72、73 题
习题：了解链传动的多边形效应
第十章轴毂连接设计
本章节包括2 个知识点，
1.键连接的特点、应用和强度计算；
2.花键连接的特点、应用和强度计算。

其中必须掌握的知识点是1 个，键连接的特点、应用和强度计算。

【知识点1】键连接的分类
【例题1】简述平键连接的分类
分析：考查平键的分类
解题：平键用途分为普通平键，导键，滑键三种。

普通平键用于静联接，即轴与轴上零件之间没有相对移动，按端部形状不同分为A 型(圆头)，B 型（平头），C 型(单圆头) 3 种。

导键和滑键均用于动联接，导键应用于轴上零件轴上位移量不大的场合，滑键用于轴上零件轴向位移量较大的场合。

易错点：回答不完整
作业：《机械设计与机械原理考研指南》P142 页第43 题
习题：了解键的分类
【知识点2】键连接的应用
【例题2】平键的宽度，深度，长度各应由那些因素确定
分析：考查平键的应用
解题：平键的宽度与深度应由轴的直径确定，而平键的长度则由轮毂的长度决定。

易错点：回答不完整
？作业：《机械设计与机械原理考研指南》P140 页第4、16 题
习题：熟悉各类键的应用
第十一章螺纹连接与螺旋传动
本章节包括3 个知识点，
1.螺纹联接的类型，主要参数，应用场合及螺纹联接的预紧与防松目的和方法；
2.螺栓联接的受力分析和强度计算方法；
3.提高螺栓联接强度的措施。

其中必须掌握的知识点是2 个，
1.螺栓联接的受力分析和强度计算方法；
2.提高螺栓联接强度的措施。

需要掌握的知识点2 个，1.螺栓联接的受力分析和强度计算方法；2.提高螺栓联接强度的措施。

在复习每一个知识点的过程中，首先要了解知识点，通过教材，练习册上的习题来熟悉相应知识点，主要是需通过练习熟记螺纹连接的类型及特点，提高螺栓连接强的措施。

通过练习掌握螺栓联接受力分析和强度计算方法。

最后再通过本讲义如下内容对应的例题，从分析、解题、注意易错点到完成老师布置的作业完成相应知识点的掌握过程。

【知识点1】螺纹联接的主要类型
【例题1】简述螺纹联接的主要类型及应用场合
分析：考查螺纹联接的类型
解题：螺栓联接：常用于被连接件不太厚和周边有足够装配空间的场合。

双头螺栓联接：用于常装拆和结构上受限不能采用螺栓联接的场合。

螺钉联接：用于不经常装拆联接的场合。

紧钉螺钉联接：多用于轴和轴上零件的联接，可传递不大的力和转矩。

易错点：遗漏，不全面
？作业：《机械设计与机械原理考研指南》P81 页第41 题
习题：了解螺纹连接的类型及主要参数
【知识点2】螺栓联接的受力分析
【例题2】图示为一液压油缸，油缸内径D=160mm，油压P=3N/mm2沿油缸圆周均匀分布八个普通螺栓，螺栓材料需用拉伸应力[σ]=120MPa; 螺栓的相对刚度C1/C1+C2=0.9;预紧力F'=1.6F，（ F 为轴向工作载荷），求所需螺栓最小直径。

分析：考查螺栓联接的受力分析，基本公式。

解题：（1）计算单个螺栓工作压力
F=P×π×)2 ×1/8=3×3.14××1/8=7536N
2(D )22(160
（2）总压力=F'+ F=1.6F+0.9F=2.5F=2.5×7536N=18840N 0
F1 21C CC+
（3）求直径d≥ = =16.12mm
[ ]4 1.3 0πσ×F3.14 1204 1.3 18840×××
故螺栓最小直径为17mm
易错点：总的工作压力易算错
作业：《机械设计与机械原理考研指南》P165 页第37、40 题
习题：了解铰制孔螺栓连接的强度校核
第十二章轴的设计
本章节包括3 个知识点，
1.轴的类型及应用，轴常用材料及热处理方法；
2.轴的结构设计方法及应考虑的问题；
3.轴的失效形式，轴的强度计算。

其中必须掌握的知识点是2 个
1.轴的类型及应用，轴常用材料及热处理方法；
2.轴的结构设计方法及应考虑的问题。

需要掌握的知识点2 个，1.轴的类型及应用，轴常用材料及热处理方法；2.轴的结构设计方法及应考虑的问题；主要是需通过练习熟记轴的类型及应用。

通过练习掌握轴的结构设计方法与应该考虑的要点问题。

【知识点1】轴的强度计算
【例题1】轴常用的强度计算方式
分析：考查轴的设计解题：1 按扭转强度条件计算，适用于传动轴和转轴的初估轴径；
2 按弯扭合成强度条件计算，适用于转轴和心轴；
3 按疲劳强度精确计算（安全系数计算），适用于各类重要的轴；
4 按静强度计算（安全系数计算），适用于瞬时过载较大的轴。

易错点：遗漏，不全面
？作业：《机械设计与机械原理考研指南》P140 页第8、9、39 题
习题：轴的强度与刚度计算应考虑的问题
【知识点2】轴的结构设计
【例题2】图示为一滚动轴支撑的轴系，试指出图中的结构错误（例如： 1 缺少调整垫片；圆角和倒脚不考虑）并简述原因。

分析：此题考查轴的结构设计，属常考题型找错误时从以下几点出发
１. 密封问题：如密封圈，及密封圈处的间隙问题
２. 调整问题：如调整垫片
３. 键的问题：如长度过长或过短，键的上表面与轮毂槽底之间要留有间隙，多个键应该在同一直线上
４. 轴承安装问题：如轴肩高度或套筒高度要低于轴承内圈，以方便拆卸；端盖顶紧轴承处要高
于轴承外圈
５. 齿轮的安装问题：轴向定为可靠，即套筒和齿轮下的轴肩有间隙，才能把齿轮顶紧；齿轮挡油环问题
６. 定位可靠问题：如联轴器无轴向定位
７. 挖掉问题：如端盖要挖去一部分
解题：
1.缺少调整垫片；
2.轴上键槽应开在同一母线上；
3.轴肩设计错误，轴承无法拆装；
4.轴承装配方向一致，没有起到固定作用；
5.键槽开得过长；
6.齿轮所处轴段长度过长，出现过定位，齿轮定位不可靠；
7.无需开键槽；
8.轴承端的端面处应减少加工面。

易错点：遗漏，不全面
？作业：《机械设计与机械原理考研指南》P144 页第57、59 题
习题：归纳总结轴设计中应注意的问题
第十三章联轴器、离合器和制动器
本章节包括3 个知识点：
1.联轴器的功用与分类；
2.2.常用联轴器；
3.3.联轴器的选择。

其中必须掌握的知识点是2 个：1.常用联轴器；2.联轴器的选择。

【知识点1】联轴器的选择
【例题1】联轴器的选择原则
分析：考查联轴器的选择
解题：选择联轴器的原则：
1 低速，刚度大的短轴，选用刚性固定式联轴器；
2 低速，刚度小的长轴，适用刚性可移动式联轴器；
3 高速轴，选用弹性联轴器。

易错点：遗漏，不全面
？作业：《机械设计与机械原理考研指南》P140 页第7、10、49 题
习题：熟悉常用的联轴器，用途，特点
【知识点2】联轴器的分类
【例题2】刚性联轴器的分类
分析：考查联轴器的分类
解题：刚性联轴器分为刚性固定式联轴器，刚性可移动式联轴器两种：
刚性固定式联轴器用于所联两轴的轴线对中准确，且工作中轴线不会发生相对位移的两轴联接；刚性可移式联轴器用于基础和机架刚性较差，工作中不能保证两轴轴线对中的两轴联接。

易错点：遗漏，不全面
作业：《机械设计与机械原理考研指南》P142 页第46 题
习题：熟悉各类联轴器，掌握其应用场合。

第十四章滑动轴承设计
本章节包括8 个知识点：
1.滑动轴承的类型；
2.滑动轴承的结构形式；
3.轴瓦的结构；
4.轴瓦材料；
5.滑动轴承的润滑；
6.非液体摩擦滑动轴承的失效形式及计算准则；
7.动力润滑的形成原理和条件；
8.径向滑动轴承动压油膜的形成过程。

其中必须掌握的知识点是3 个，1.轴瓦材料；2.非液体摩擦滑动轴承的失效形式及计算准则；3.径向滑动轴承动压油膜的形成过程。

【知识点1】轴瓦材料
【例题1】常用轴瓦材料及应用场合
分析：考查轴瓦材料，近年来常考题型
解题：铸铁；宜用于轻载，低速和不受冲击场合
粉末冶金；宜用于载荷平稳，低速及加油不便的场合
铜合金包括锡青铜，铝青铜，铅青铜；宜用于中速重在，中速中载低速重载场合
铝合金；成本低，有较高的承载能力，耐磨性好，已用于多种内燃机上
轴承合金包括巴氏合金或白合金；用于高速重载场合
易错点：遗漏，不全面
？作业：《机械设计与机械原理考研指南》P127 页第3、4 题
习题：轴瓦结构及对轴瓦材料的要求
【知识点2】径向滑动轴承动压油膜的形成过程
【例题2】径向滑动轴承动压油膜的形成过程是什么？
分析：考查径向滑动轴承动压油膜的形成过程
解题：静止的时候，轴与轴承孔自然形成油楔，刚起动，速度低。

由于轴径与轴承之间的摩擦，轴承沿轴承孔上爬。

随着速度增大，被轴径带动起来的润滑油进入楔形间隙并产生动压力将轴径推离，形成动压油膜。

易错点：描述不完整
作业：《机械设计与机械原理考研指南》P129 页第34、40 题
习题：动力润滑的形成原理和条件
第十五章滚动轴承设计
本章节包括5 个知识点：
1.滚动轴承的基本类型，承载特点；
2.滚动轴承代号及选用原则；3
3.滚动轴承组合设计应考虑的问题；
4.掌握滚动轴承的失效形式，计算准则；
5.滚动轴承寿命计算。

其中必须掌握的知识点是3 个，1.滚动轴承代号及选用原则；2.滚动轴承寿命计算；3.滚动轴承组合设计应考虑的问题。

【知识点1】滚动轴承组合设计应考虑的问题
【例题1】常用滚动轴承的布局方式
分析：考查滚动轴承的布局
解题：（1）固定式，用于工作温度不高的短轴
（2）固游式，用于工作温度较高或较长的轴（3）游动式，用于能轴向双向移动的轴
易错点：遗漏，不全面
作业：《机械设计与机械原理考研指南》P113 页第26、33 题
习题：滚动轴承的代号
【知识点2】滚动轴承寿命计算
【例题2】图示一传动装置，选用圆锥滚子轴承，两轴承所受径向载荷
载荷平稳，常温工作，轴向外载荷Fa=2000N，方向如图示，试计算轴承当量动载荷。

（注：Fs=Fr/2Y，e=0.35，Fa/Fr≤e 时，X=1,Y=0；Fa/Fr≥e 时，X=0.4,Y=1.7）
分析：此题虽未要求轴承寿命，计算当量动载荷也是一定要掌握的
解题：（1）受力分析，判断派生轴向力的方向，如图。

F N F N R R 4000 , 3000 1 2 = =
（2）计算派生轴向力的大小
Fs1=Fr1/2Y=4000N/2×1.7=1176.47N
Fs2=Fr2/2Y=3000N/2×1.7=882.35N
（3）判断Fs2+Fa 与Fs1 的大小
Fs2+Fa=882.35+2000N=2882.35N>Fs1
轴承“1”被压紧，轴承“2”放松
（4）计算轴向力
Fa1=Fs2+Fa=2882.35N
Fa2=Fs2=882.35N
(5) 确定X、Y 的值
Fa1/Fr1=2882.35/4000=0.72>e；X=0.4,Y=1.7
Fa2/Fr2=882.35/3000=0.29<e；X=1,Y=0
（6）计算当量动载荷
Pr1=fp (X×Fr1+Y×Fa1)=0.4×4000+1.7×2882.35=6499.99N
Pr2=fp (X×Fr2+Y×Fa2)=3000N
易错点：轴向力的方向容易判断错误
作业：《机械设计与机械原理考研指南》P114 页第47、48、49 题
习题：滚动轴承的寿命计算。