第10章联接设计_机械设计(华中科技大学)
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华中科技大学机械设计基础篇课件
第一章 概论－机械零件的强度
循环特征： r
min max
——表示应力变化的情况
对称循环 — r = -1； 脉动循环 — r = 0；
非对称循环 — r≠ 0 且 | r | ≠ 1; 静应力 — r = +1
用σr 表示循环特征为 r 的变应力。如 σ-1、σ0 等
平均应力： m
max
min
强度问题
刚度问题 耐磨性问题 稳定性问题
机械设计
第一章 概论－一般问题
零件的工作能力 —
不失效条件下零件的安全工作限度
这个限度通常是以零件承受载荷的大小来表示，
所以又常称为“承载能力”
吊钩最大起重量——50 kN 工作能力或承载能力——50 kN
50 kN
机械设计
第一章 概论－一般问题
二、承载能力判定条件（设计准则）
机械设计
其他通用零件
联 轴 器
第一章 概论
弹 簧
机 架
机械设计
专用零件
第一章 概论
活塞
曲轴
同一零件可能发生各种不同形式的失效
nF
轴可能出现的失效形式： 断裂 塑性变形 过大弹性变形 共振
强度条件： 工作应力≤许用应力 σ≤ [σ] 或 τ≤ [τ]
刚度条件： 实际变形量≤许用变形量 y ≤[y]、 θ ≤[θ] 、φ ≤ [φ]
稳定性条件： 工作转速 n ≤许用转速 [n]
机械设计
三、机械零件的设计步骤
机械设计
第一章 概论－内容、性质及要求
四、学习方法
1、掌握零件设计时的共性
工作原理、结构、
受力分析、
类型、应用场合
失效形式
设计准则、 设计计算
华科 机械设计 第10章-连接设计
螺栓所受拉力 = 工作载荷 F 危险截面的强度条件： 查表10-5
s F F [ ] MPa 1 1.2 ~ 1.7 A d 1 2 安全系数 S 4
F—拉力；A—危险截面面积；d1—螺纹小径 设计式： d1
4F [ ] mm
根据计算所得的 d1 ，查标准（GB/T196） 确定螺栓的公称直径 d
螺栓性能等级如： 4.6 σb＝4×100MPa σs＝0.6σb MPa
剩余预紧力应满足下列要求： 1）无特殊要求时 F″ =（0.2~0.6) F 2）变载作用时 F″ =（0.6~1.0) F 3）有紧密性要求时 F″=（1.5~1.8) F
五、螺栓材料及其许用应力
一般用途：碳素钢； 重要连接：合金钢 许用应力：见表 10-6、表 10-7
第十章 连接设计－紧螺栓连接强度计算
拉、扭联合作用时，按材料力学第四强度理论：
当量拉应力： ca
2 3 2 2 3(0.5 ) 2 1.3
强度条件： ca
1.3F 1.3 [ ] MPa 2 d1 / 4
4 1.3F [ ] mm
（直线运动变回转运动）
Fa 变成驱动力； F 变成阻力
R λ-ρ Fa
v
F
F = Fatan(λ-ρ） Fd 2 a 2 tan ( ) 2T1 2 ' Fad 2 tan Fa S
tan( ) tan
若λ ≤ρ，
则 F ≤0 ,
此时螺旋副具有自锁性
自锁条件：λ≤ρ 此时：η＜0.5
t
扳手空间尺寸查手册
机械设计
第十章 连接设计－结构设计
5、同一螺栓组，螺栓材料、尺寸应相同， 以便减少零件规格、品种 6、支承面应光洁、平整，并与轴线垂直， 避免螺栓受附加弯矩作用
s F F [ ] MPa 1 1.2 ~ 1.7 A d 1 2 安全系数 S 4
F—拉力；A—危险截面面积；d1—螺纹小径 设计式： d1
4F [ ] mm
根据计算所得的 d1 ，查标准（GB/T196） 确定螺栓的公称直径 d
螺栓性能等级如： 4.6 σb＝4×100MPa σs＝0.6σb MPa
剩余预紧力应满足下列要求： 1）无特殊要求时 F″ =（0.2~0.6) F 2）变载作用时 F″ =（0.6~1.0) F 3）有紧密性要求时 F″=（1.5~1.8) F
五、螺栓材料及其许用应力
一般用途：碳素钢； 重要连接：合金钢 许用应力：见表 10-6、表 10-7
第十章 连接设计－紧螺栓连接强度计算
拉、扭联合作用时，按材料力学第四强度理论：
当量拉应力： ca
2 3 2 2 3(0.5 ) 2 1.3
强度条件： ca
1.3F 1.3 [ ] MPa 2 d1 / 4
4 1.3F [ ] mm
（直线运动变回转运动）
Fa 变成驱动力； F 变成阻力
R λ-ρ Fa
v
F
F = Fatan(λ-ρ） Fd 2 a 2 tan ( ) 2T1 2 ' Fad 2 tan Fa S
tan( ) tan
若λ ≤ρ，
则 F ≤0 ,
此时螺旋副具有自锁性
自锁条件：λ≤ρ 此时：η＜0.5
t
扳手空间尺寸查手册
机械设计
第十章 连接设计－结构设计
5、同一螺栓组，螺栓材料、尺寸应相同， 以便减少零件规格、品种 6、支承面应光洁、平整，并与轴线垂直， 避免螺栓受附加弯矩作用
【华中科技大学806机械设计基础】强化课程—机械设计
是（ ）。 a．防止轴承温升过高而胶合 c．防止过量永久变形 b．防止过度磨粒磨损
d．保持最小油膜厚度
2.下列场合应采用滑动轴承，其中（ ）是错误的。 a．轴向尺寸小 b．剖分式结构 d．旋转精度高 e．噪音小 3.下列轴承合金材料特点中，（ ）是错误的。 a．适应性好 b．强度高 c．抗粘着性好 d．价格贵 答案 1、b、a 2、d 3、b c．承受冲击载荷
3.4.1 齿轮传动知识串讲
【知识点1】齿轮的失效形式
【知识点2】齿轮传动的设计约束
【知识点3】齿轮材料
【知识点4】直齿圆柱齿轮的强度条件
【知识点5】斜齿圆柱齿轮的强度条件
3.4.2 齿轮传动重难点总结
【重难点1】齿轮传动的失效形式以及各个失效形式的特点及 改造的方法
【重难点2】直齿轮相关数据的计算
3.5.1 蜗轮蜗杆传动知识串讲
【知识点1】蜗杆传动的特点
【知识点2】普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸
【知识点3】蜗杆分度圆直径d1和直径系数q
【知识点4】蜗杆的受力分析
【知识点5】蜗杆传动的失效形式和设计准则
【知识点6】蜗轮蜗杆材料及热处理
3.5.2 蜗轮蜗杆传动重难点总结
【重难点1】蜗杆分度圆直径d1和直径系数q
1
理出了学科相应的重点、 难点、常考知识点，并通
第四，通过对真题的回顾、练习、比较、解析，以及
过配套练习，帮助考生全 面构建、理解、掌握和运 用专业课的知识体系和逻 辑结构。
4
将真题中考察的知识点回归至教材的分析中，我们可
以得出真题的题型结构、题量比例、考查知识点出处 、频次、考查知识点难度分级等对考生至关重要的复 习备考指导信息。
华中科技大学 （806机械设计基础）
d．保持最小油膜厚度
2.下列场合应采用滑动轴承，其中（ ）是错误的。 a．轴向尺寸小 b．剖分式结构 d．旋转精度高 e．噪音小 3.下列轴承合金材料特点中，（ ）是错误的。 a．适应性好 b．强度高 c．抗粘着性好 d．价格贵 答案 1、b、a 2、d 3、b c．承受冲击载荷
3.4.1 齿轮传动知识串讲
【知识点1】齿轮的失效形式
【知识点2】齿轮传动的设计约束
【知识点3】齿轮材料
【知识点4】直齿圆柱齿轮的强度条件
【知识点5】斜齿圆柱齿轮的强度条件
3.4.2 齿轮传动重难点总结
【重难点1】齿轮传动的失效形式以及各个失效形式的特点及 改造的方法
【重难点2】直齿轮相关数据的计算
3.5.1 蜗轮蜗杆传动知识串讲
【知识点1】蜗杆传动的特点
【知识点2】普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸
【知识点3】蜗杆分度圆直径d1和直径系数q
【知识点4】蜗杆的受力分析
【知识点5】蜗杆传动的失效形式和设计准则
【知识点6】蜗轮蜗杆材料及热处理
3.5.2 蜗轮蜗杆传动重难点总结
【重难点1】蜗杆分度圆直径d1和直径系数q
1
理出了学科相应的重点、 难点、常考知识点，并通
第四，通过对真题的回顾、练习、比较、解析，以及
过配套练习，帮助考生全 面构建、理解、掌握和运 用专业课的知识体系和逻 辑结构。
4
将真题中考察的知识点回归至教材的分析中，我们可
以得出真题的题型结构、题量比例、考查知识点出处 、频次、考查知识点难度分级等对考生至关重要的复 习备考指导信息。
华中科技大学 （806机械设计基础）
华科机械设计课程设计资料
轴向力的代数和 放松端轴承的轴向载荷等于本身的派生轴向力
❖ 求径向和轴向动载系数X、Y ❖ 求当量动载荷P ❖ 求轴承寿命Lh
滚动轴承油润滑
根据联轴器或大带轮确定直径与宽度 定位轴肩，3-5mm 根据密封圈（P143）确定直径 非定位轴肩，0.5-1.5mm
安装轴承处轴径必须是5的倍数
滚动轴承的定位轴肩按标准确定（第十 二章）
输入轴（方案3）：带轮轴孔直径——轴端直径 输出轴：转矩——联轴器轴孔直径和长度——轴
端直径
❖ 滚动轴承的类型确定
2.2 减速器装配草图设计内容
❖ 轴的结构设计
❖ 确定轴承型号、轴的支点距离、作用在轴上 零件的力的作用点
❖ 轴的强度计算 ❖ 轴承的寿命计算 ❖ 键的强度计算
❖ 轴系零件（齿轮、轴承、套筒、挡油环、端 盖、密封圈等）的结构设计
❖ 总传动比相对误差：△i ≤±5％
1.4 计算各轴的转速、功率和转矩
轴号
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
转速n 功率P 转矩T 传动比i （rpm） （Kw） （N∙m）
1.5 传动零件的设计计算
❖ 先箱外再箱内——减少传动比累积误差 ❖ 箱外：
开式齿轮：齿数互质；大齿轮的材料选择；齿宽系数 链传动：链节数取偶数；链轮齿数取奇数，并和链节数互质 带传动：计算压轴力，设计大带轮毂孔直径（P181）
1.方案设计和传动零件设计（3天） 2.装配草图绘制和零件强度和寿命计算（5天） 3.完成装配图设计（3天） 4.零件图设计（2天） 5.编制设计说明书（1天） 6.答辩（1天）
方案设计和传动零件设计
完成时间：3天
指导老师审阅通过后进行下步工作
1. 1确定传动方案
带式运输机中的双级圆柱齿轮减速器或蜗 杆减速器
❖ 求径向和轴向动载系数X、Y ❖ 求当量动载荷P ❖ 求轴承寿命Lh
滚动轴承油润滑
根据联轴器或大带轮确定直径与宽度 定位轴肩，3-5mm 根据密封圈（P143）确定直径 非定位轴肩，0.5-1.5mm
安装轴承处轴径必须是5的倍数
滚动轴承的定位轴肩按标准确定（第十 二章）
输入轴（方案3）：带轮轴孔直径——轴端直径 输出轴：转矩——联轴器轴孔直径和长度——轴
端直径
❖ 滚动轴承的类型确定
2.2 减速器装配草图设计内容
❖ 轴的结构设计
❖ 确定轴承型号、轴的支点距离、作用在轴上 零件的力的作用点
❖ 轴的强度计算 ❖ 轴承的寿命计算 ❖ 键的强度计算
❖ 轴系零件（齿轮、轴承、套筒、挡油环、端 盖、密封圈等）的结构设计
❖ 总传动比相对误差：△i ≤±5％
1.4 计算各轴的转速、功率和转矩
轴号
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
转速n 功率P 转矩T 传动比i （rpm） （Kw） （N∙m）
1.5 传动零件的设计计算
❖ 先箱外再箱内——减少传动比累积误差 ❖ 箱外：
开式齿轮：齿数互质；大齿轮的材料选择；齿宽系数 链传动：链节数取偶数；链轮齿数取奇数，并和链节数互质 带传动：计算压轴力，设计大带轮毂孔直径（P181）
1.方案设计和传动零件设计（3天） 2.装配草图绘制和零件强度和寿命计算（5天） 3.完成装配图设计（3天） 4.零件图设计（2天） 5.编制设计说明书（1天） 6.答辩（1天）
方案设计和传动零件设计
完成时间：3天
指导老师审阅通过后进行下步工作
1. 1确定传动方案
带式运输机中的双级圆柱齿轮减速器或蜗 杆减速器
机械设计基础(第六版)第10章 连接
按螺旋的作用分
按母体形状分
螺旋线旋向：
V母 ω母
左旋（特殊时用）
右旋（常用） 左右手法则：
V母 ω母
右旋
V母
V母
ω母
左旋
ω母
螺母旋入
矩形螺纹
按螺纹的牙型分
三角形螺纹 梯形螺纹
锯齿形螺纹
螺
按螺纹的旋向分
右旋螺纹 左旋螺纹
纹 的
按螺旋线的根数分
单线螺纹 n线螺纹: S = n P 多线螺纹 一般: n ≤ 4
联接的基本物理原理：
1、形锁合（如：普通平键、销等） 2、摩擦锁合（如过盈配合、楔键等） 3、材料锁合（如：焊接）
联接的分类：
静联接（被联接件间相对固定）
动联接（被联接间能按一定运动形式作相对运动）
可拆联接：指联接拆开时，不破坏联接中的零件，重新安装， 可继续使用的联接（键联接、销联接、螺栓联接）。
Fa 螺母
Fn=Fa 当β≠ 0º时，摩擦力为：
F'
f
Fn
f
cos
Fa
螺杆 Fn
f 'Fa
轴
摩擦系数为 f 的非矩形螺纹所产 线
生的摩擦力与摩擦系数为 f ’ ，的
β
螺母 Fa
α
矩形螺纹所产生的摩擦力相当。 故称 f ’ 为当量摩擦系数。
β 螺杆 Fn Fa
f ' f tg' cos
(于(67螺))纹牙螺轴型线纹的角平升面角α的夹ψ轴角向中截径面d内2t圆g螺ψ柱纹上=牙，型πn螺相dP旋邻2 线两的侧切边线的与夹垂角直。牙
型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。
牙侧角 β
S
ψ
华中科技大学《机械设计基础》常考内容总结zy
机械设计基础总结
第一章 平面机构的自由度和速度分析
零件 ——独立
1.1 构件 ——独立的运动单元 的制造单元
运动副——两个构件直接接触组成的仍能产生某 些相对运动的连接。 机构——由两个或两个以上构件通过活动联接形 成的构件系统。 机器——由零件组成的执行机械运动的装置。 机器和机构统称为机械。构件是由一个或多个零 件组成的。 机构与机器的区别： 机构只是一个构件系统，而机器除构件系统之外 还包含电气，液压等其他装置；机构只用于传递 运动和力，而机器除传递运动和力之外，还具有 变换或传递能量，物料，信息的功能。 1.2 运动副——接触组成的仍能产生某些相对运动 的联接。 运动副元素——直接接触的部分（点、线、面） 运动副的分类：
2.1 何谓平面连杆机构？它有何特点？能够实现哪 些运动转换？ 平面连杆机构是有若干构件用低副（转动副、移动 副）连接组成的平面机构，又称平面低副机构。 ①采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易 磨损 形状简单、 易加工、 容易获得较高的制造精度。 ②改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。 ③连杆曲线丰富。可满足不同要求。
1
1）按引入的约束数分有： I 级副（F=5） 、II 级副（F=4） 、III 级副（F=3） 、 IV 级副（F=2） 、V 级副（F=1） 。 2）按相对运动范围分有： 平面运动副——平面运动 空间运动副——空间运动 平面机构——全部由平面运动副组成的机构。 空间机构——至少含有一个空间运动副的机构 3）按运动副元素分有： 高副（ ）——点、线接触，应力高；低副（ ） ——面接触，应力低 1.3 机构：具有确定运动的运动链称为机构 机构的组成：机构＝机架＋原动件＋从动件 保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动 参数称为机构的自由度。 24y 原动件＜自由度数目：不具有确定的相对运动。原 动件＞自由度数目：机构中最弱的构件将损坏。 1.5 局部自由度：构件局部运动所产生的自由度。 出现在加装滚子的场合，计算时应去掉 Fp。 复合铰链——两个以上的构件在同一处以转动副 相联。m 个构件, 有 m－1 转动副
第一章 平面机构的自由度和速度分析
零件 ——独立
1.1 构件 ——独立的运动单元 的制造单元
运动副——两个构件直接接触组成的仍能产生某 些相对运动的连接。 机构——由两个或两个以上构件通过活动联接形 成的构件系统。 机器——由零件组成的执行机械运动的装置。 机器和机构统称为机械。构件是由一个或多个零 件组成的。 机构与机器的区别： 机构只是一个构件系统，而机器除构件系统之外 还包含电气，液压等其他装置；机构只用于传递 运动和力，而机器除传递运动和力之外，还具有 变换或传递能量，物料，信息的功能。 1.2 运动副——接触组成的仍能产生某些相对运动 的联接。 运动副元素——直接接触的部分（点、线、面） 运动副的分类：
2.1 何谓平面连杆机构？它有何特点？能够实现哪 些运动转换？ 平面连杆机构是有若干构件用低副（转动副、移动 副）连接组成的平面机构，又称平面低副机构。 ①采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易 磨损 形状简单、 易加工、 容易获得较高的制造精度。 ②改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。 ③连杆曲线丰富。可满足不同要求。
1
1）按引入的约束数分有： I 级副（F=5） 、II 级副（F=4） 、III 级副（F=3） 、 IV 级副（F=2） 、V 级副（F=1） 。 2）按相对运动范围分有： 平面运动副——平面运动 空间运动副——空间运动 平面机构——全部由平面运动副组成的机构。 空间机构——至少含有一个空间运动副的机构 3）按运动副元素分有： 高副（ ）——点、线接触，应力高；低副（ ） ——面接触，应力低 1.3 机构：具有确定运动的运动链称为机构 机构的组成：机构＝机架＋原动件＋从动件 保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动 参数称为机构的自由度。 24y 原动件＜自由度数目：不具有确定的相对运动。原 动件＞自由度数目：机构中最弱的构件将损坏。 1.5 局部自由度：构件局部运动所产生的自由度。 出现在加装滚子的场合，计算时应去掉 Fp。 复合铰链——两个以上的构件在同一处以转动副 相联。m 个构件, 有 m－1 转动副
华中科技大学《机械设计》课件教案
1、尖顶从动件 2、滚子从动件 3、平底从动件
三）、按凸轮与从动件的锁合方式分
1、力锁合的凸轮机构
2、形锁合的凸轮机构 1）构槽凸轮机构 2）等宽凸轮机构 3）等径凸轮机构 4）主回凸轮机构
四）、根据从动件的运动形式分
移
动 从 动
（ 对 心
件、
凸偏
轮置
机）
构
摆动从动件凸轮机构
三、凸轮机构的工作原理
内燃机、压气机、涡轮机、电动机
和发电机等。
机
是完成有用的机械功或者是搬运物
工作机器 品。例如：轧钢机、织布机、缝纫
器
机、汽车、飞机和金属切削加工机
床等。
信息机器
是用来获得和变换信息。例如：机 械式积分仪、计帐机、打字机和绘 图仪。
机器与其它装置的主要区别是：机器一定要作机械 运动，并通过运动来实现能量物料和信息的变换
§1–2 平面机构具有确定运动的条件
C B
A
D
四杆机构
C
B A
C' D
五杆机构
D' E
桁架
一 平面机构的自由度 1 构件的自由度 2 两构件用运动副联接后，彼
此的相对运动受到某些约束。
Y
A
O
X
机构自由度是指机构中各活动构件相对于 机架的可能独立运动数目。
3 机构自由度的一般公式
F=3n-2Pl-Ph
思考题
n=3 Pl=4 Ph=1 F=3×3-2 × 4-1 × 1=0
第二章
平面连杆机构及其 设计
一、连杆机构是若干个构件全用低副（转动副、
移动副、球面副、球销副、圆柱副及螺旋副） 联接而成的机构，也称之为低副机构。
四1、平杆2、根面机据根连构二构据杆、、件机机五连之 构构杆杆间 中， 机机的 构空 构构相 件间 、的对数连 六分运 目杆杆类动 分机 机分为构 构为：等。：。
三）、按凸轮与从动件的锁合方式分
1、力锁合的凸轮机构
2、形锁合的凸轮机构 1）构槽凸轮机构 2）等宽凸轮机构 3）等径凸轮机构 4）主回凸轮机构
四）、根据从动件的运动形式分
移
动 从 动
（ 对 心
件、
凸偏
轮置
机）
构
摆动从动件凸轮机构
三、凸轮机构的工作原理
内燃机、压气机、涡轮机、电动机
和发电机等。
机
是完成有用的机械功或者是搬运物
工作机器 品。例如：轧钢机、织布机、缝纫
器
机、汽车、飞机和金属切削加工机
床等。
信息机器
是用来获得和变换信息。例如：机 械式积分仪、计帐机、打字机和绘 图仪。
机器与其它装置的主要区别是：机器一定要作机械 运动，并通过运动来实现能量物料和信息的变换
§1–2 平面机构具有确定运动的条件
C B
A
D
四杆机构
C
B A
C' D
五杆机构
D' E
桁架
一 平面机构的自由度 1 构件的自由度 2 两构件用运动副联接后，彼
此的相对运动受到某些约束。
Y
A
O
X
机构自由度是指机构中各活动构件相对于 机架的可能独立运动数目。
3 机构自由度的一般公式
F=3n-2Pl-Ph
思考题
n=3 Pl=4 Ph=1 F=3×3-2 × 4-1 × 1=0
第二章
平面连杆机构及其 设计
一、连杆机构是若干个构件全用低副（转动副、
移动副、球面副、球销副、圆柱副及螺旋副） 联接而成的机构，也称之为低副机构。
四1、平杆2、根面机据根连构二构据杆、、件机机五连之 构构杆杆间 中， 机机的 构空 构构相 件间 、的对数连 六分运 目杆杆类动 分机 机分为构 构为：等。：。
华中科技大学-机械设计基础-PPT讲义10
TF
弯曲应力σb － 对称循环变应力； 扭剪应力τT － 循环特征依据实际状况而定。
计算方法：
● 按扭转强度计算；
● 按弯扭合成轴强的度抗计扭算； ● 平安系数法剖计面算系。数
一般的轴
一、按扭转强度计算
扭剪应力:
T
T WT
9.5d 51 3/1 6 0P6/n9.5 0.2 5d13n6 0PT
T
WT
T
d3 /1
6
T 0.2d 3
T 2W
由于b 与 的循环特征可能不同，需引进 校正系数α将 折合成对称循环变应力。
则强度条件为：
e
M2 (T)2
W
Me 0.1d3
1b
Me M2(T)2 — 当量弯矩
对称循环变 应力下的许
校正系数α的取值：
用应力
● 对于不变的转矩： [1]b[1]b0.3
●况频不繁明启：动、振动或状[1]b[0]b 0.6
● 常常双向运转：
[1]b[1]b 1
设计式：
d 3 M e
0.1 1 b
mm
三、轴设计步骤和方法
1、依据功率 P 和转速 n ，用扭转强 度公式初算受扭段的最小直径dmin 。
2、依据初算轴径，进行轴的结构设计。 N
3、按弯扭合成强度校核轴的危急截面。
圆 螺母
证固定牢靠，
应使：与轮毂相配
用于轴上两零件距离较远时，或轴端。的轴段长度比轮毂
需切制螺纹，减弱了轴的强度。 宽度短2～3 mm，
弹性挡圈
即：l＝B - (2~3)
需切环槽，减弱了轴的强度。 承受不大的轴向力。
轴端挡圈
用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。
华中科技大学-机械设计基础-讲义课件
平面和空间运动分析
研究平面和空间机构的位置、速度和加速度 分析方法。
多刚体系统动力学
研究多刚体系统在力作用下的运动规律和动 态性能。
机械动力学基础
动力学基本方程
介绍动力学的基本方程，包括牛顿第 二定律、动量定理、动能定理等。
刚体动力学
研究刚体在力作用下的运动规律和动 态性能，包括转动和振动。
弹性动力学
介绍先进的制造技术，如数控加工、3D打印等。
机械测试与评估实践
机械性能测试
介绍如何对机械系统进行性能测试，包 括运动学、动力学、刚度等方面的测试 。
VS
可靠性评估
介绍如何对机械系统进行可靠性评估，包 括疲劳寿命、环境适应性等方面的评估。
05
现代机械设计方法与技术
计算机辅助设计技术
01
总结词
利用计算机技术进行机械设计的 方法
机械零件设计实践
零件材料选择
介绍如何根据零件的工作条件和性能 要求，选择合适的材料，如金属、塑 料、复合材料等。
零件结构设计
介绍如何根据功能需求，对零件进行 结构设计，包括强度、刚度、耐磨性 等方面的考虑。
机械制造工艺实践
加工工艺流程
介绍常见的机械加工工艺流程，如铸造、锻造、焊接、切削加工等。
现代制造技术
案例一：汽车发动机的设计与分析
总结词
汽车发动机是机械设计基础的重要应用之一，其设计过程涉及到多个学科知识的综合运 用。
详细描述
汽车发动机的设计与分析涉及到机械设计基础中的许多知识点，如热力学、流体力学、 材料力学、制造工艺等。在汽车发动机的设计过程中，需要考虑诸多因素，如燃烧效率 、燃油经济性、排放性能、可靠性等。同时，还需要对发动机的各个部件进行详细的分
华科机械原理课件-平面连杆机构及设计
不足之处：
四、平面连杆机构的应用
机械手
举升
汽车中那些部位用到连杆机构
飞机起落架
内燃机
火车头
起重装置
矿山颚式碎矿机 将大石头压成小石头
机器马
§2-1 平面四杆机构的基本形式、演变及其应用 一、平面四杆机构的基本形式
连杆 2
连架杆1
4 机架
3
连架杆
在连架杆中，能 绕其轴线回转360° 者称为曲柄；仅能绕 其轴线往复摆动者称 为摇杆。
Vc
γmin=[δmin , 180-δmax]min δ= arccos{[b2+c2-d2-a2+2adcos]/2bc}. = 0, δmin= arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc} = 180, δmax= arccos{[b2+c2-(d+a)2]/2bc}
导杆机构-设计过程
已知： l AD , K
l AB l AD sin ( 2) l AD sin( 2)
A B2 D
lBD l AD cos( 2) l AD cos( 2)
θ B1
C
=
3、根据给定两连架杆的位置 设计四杆机构
1） 刚化反转法 2）封闭矢量四边形投影法
输出件空回行程的平均速度 ————————————— 输出件工作行程的平均速度
= v2/v1 =（C1C2/t2）/ （C1C2/t1 ） = t1/t2 =1/2 =(180°+θ )/(180°-θ )
θ = 180°（k-1）/（k+1） 连杆机构输出件具有急回特性的条件： 1）原动件等角速整周转动 2）输出件具有正、反行程的往复运动 3）极位夹角θ 0
【华中科技大学806机械设计基础】重点复习章节知识点统计
华中科技大学806机械设计基础（重点复习章节知识点统计）第一部分：知识系统总结第一本书《机械设计》本书(西工大版《机械设计（第八版）》)总计包括5个篇章、10个章节，占考试总分的60%，其中重点章节是5、8、10、11、13，在复习此本书时，应该把重点放在齿轮、滚动轴承和螺纹连接三大部分上。
另外，其他章节的知识点比较多，而且比较零碎，建议大家要花一定的时间来记忆这部分内容。
篇章篇章名称重点难点必考点考试题型分值第1篇总论√√填空题、判断题、计算题第5章螺纹连接和螺旋传动√√√计算题、填空题、判断题第6章健、花键、无键连接和销连接√填空题、判断题第8章带传动√√填空题、判断题、问答题第9章链传动√填空题、判断题第10章齿轮传动√√√计算题、问答题、判断题第11章蜗杆传动√√判断题、设计题、计算题第12章滑动轴承√√√计算题、填空题第13章滚动轴承√√√计算题、填空题、画图题第14章联轴器和离合器√判断题、填空题第15章轴√√判断题、设计题、画图题第16章弹簧设计√填空题、判断题常考知识点汇总：序号知识点细分难易程度（最大为★★★）1 总论机械设计中的强度问题★摩擦类型、膜厚比、粘度★★载荷及应力的分类★★2 连接螺纹连接结构设计★★螺纹连接设计校核★★★平健的代号、健的位置布置★★3 扰性传动带传动带传动应力分析★★弹性滑动★★链传动代号、特点★运动不均匀性★★4 齿轮传动齿轮传动的失效形式★★齿轮传动的受力分析及计算★★齿轮传动的强度校核准则★★★5 蜗杆传动蜗杆传动的受力分析★★强度计算★6 滑动轴承动压油膜的形成条件★★非液体摩擦滑动轴承的设计计算★液体摩擦动压向心滑动轴承的设计计算★★7 滚动轴承轴承类型及代号★★基本额定寿命和基本额定动载荷概念★★★轴承当量动载荷概念及计算★★轴承轴向载荷的计算★★★轴承的设计校核★★★8 联轴器、离合器和制动器联轴器的类型及特点★★联轴器的选择及计算★★常见离合器和制动器的特点及选择★9 轴零件的轴向固定★★零件的周向固定★★轴的强度校核条件★★★轴的分类★★10 弹簧设计弹簧的类型、设计约束条件，参数对弹簧的影响★第二本书《机械原理》本书总计包括8个章节，占考试总分的45%，其中重点章节是2、4、5、6，在复习此本书时，应该把重点放在平面连杆结构共性、齿轮和轮系三大部分上。
机械设计华科课件fuxi
2. 对于零件的极限应力曲线 A’ (0 , 1 K D ) 即 ( 0, 270 ) B’ ( 0 2, 0 2 K D ) 即 ( 350, 210 )
5. 安全系数
OM ' 291 S 1.71 OM 170
' ' m a OM ' ＝ OM m a
2.设计准则 失效形式
齿面间的接触疲劳点蚀 轮齿的弯曲疲劳折断
设计准则
齿面接触疲劳强度条件 H HP 轮齿弯曲疲劳强度条件 F FP
胶合、磨损、塑性变形等失效运用上述准则，并作相应考虑 具体工作条件下，如何运用上述准则 工作条件 闭式传动 软齿面 (硬度 ≤ 350HBS) 硬齿面 (硬度 > 350HBS) 开式传动 设计准则 按齿面接触疲劳强度条件设计 按轮齿弯曲疲劳强度条件校核 按轮齿弯曲疲劳强度条件设计
设计准则
开式 传动
轮齿 折断
控制折断：
轮齿弯曲强度条件 F FP
[注] 蜗杆主要是控制轴的变形
4. 材料及热处理
蜗杆蜗轮材料组合 减摩 耐磨 抗胶合 蜗杆： 碳素钢 合金钢 调质 淬火 蜗轮： 灰铸铁 铝铁青铜 铸锡磷青铜
5. 普通圆柱蜗杆传动
(1) 受力分析 力的分解 力的关系 力的方向 力的大小
□ 对于n 点 (工作应力为 m 和 a ) 应力循环特征：
m a 1 a / m 1 tg r m a 1 a / m 1 tg
☆ 当工作应力的循环特征 □ AD上任一点为不同 r的零件疲劳极限
' ' r m a
d 2u 0 2 dy
出口处速度图形为凸形
d 2u 0 2 dy
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用于固定两零 件相对位置 传递不大转矩
二、螺纹副的受力分析
1.螺纹副的受力
拧紧螺母 T1 螺栓上产生轴向力 F
螺纹副 力学模型
施加 T1 螺母承受F 等速上升
将F 集中于小块A 螺旋沿中径 d2 展开
小块A受力： 圆周力Ft
轴向力F v arc tg fv
摩擦力 fv N 正压力 N
反作用力R F
3.胶接
胶粘剂
4.过盈配合联接
压入法： 过盈量或尺寸较小 包容件： 加温包容件或冷却被包容件
5.销联接
定位 用于
联接 圆柱销 圆锥销
液压拆卸
高压油涨大包容件内径
6.键联接
(1) 平键
键的剖面尺寸b、h 按轴直径 d 从标准中选取
键的长度 l 根据轮毂宽度确定
主要失效形式
设计准则
静联接 侧面压溃
动联接 工作面磨损
螺栓受力
受 T1 产生剪应力
螺栓预紧力 F ' 当量拉力 Fv 1.3F ' 加大30%考虑 T1 的影响
(2) 保证联接面不滑移的螺栓预紧力 F '
拧紧力矩 T1
预紧力F ' 联接面间摩擦力
F ' z m K f R
摩擦系数
可靠性系数
螺栓数 接合面数
K f 1.1 ~ 1.3
平衡横向力 R F' Kf R
(2) 由 tg np 知 细牙螺纹螺距 p 小，升角 小
d2
易满足自锁条件
自锁性较粗牙好
三、单个螺栓联接的强度计算
螺栓受载情况
受横向载荷的普通螺栓联接 受轴向载荷的普通螺栓联接 受横向载荷的铰制孔螺栓联接
失效形式
拉断 挤压 剪切
1.受横向载荷的普通螺栓联接
(1) 螺栓的当量拉力 拧紧力矩 T1 受 F ' 产生拉应力
CD
F BD CD (C1 C2 )
F
C1 C2
螺栓相对刚度
总拉力
F0
F'
BD
F'
C1 C1 C2
F
被联件相对刚度
剩余预紧力 F " F ' CD F ' C2 F C1 C2
若工作拉力变化：0 ~ F
则总拉力：F ' ~ F ' C1 F C1 C2
在 F 和 F" 相同情况下
可得
Ft F tg( v ) 旋紧
2.螺纹副的效率
螺母转一圈所做总功
有用功 ( 无摩擦时的功 讨论：
A1 )
T1 2
Ft
d2 2
A2
Fd2 2
tg
2
Fd2 2
tg( v ) 效率
tg tg( v )
(1) v
v
arc
tg
f cos
矩形螺纹 0 v arc tg f
锯齿形螺纹 30 v arc tg 1.001 f
挤压应力
P
2T / d lh / 2
4T dlh
[P ]
比压
p 4T [ p] dlh
(2) 花键 主要失效与平键相同
7.螺纹联接
(1) 螺栓联接
(2) 双头螺栓联接
被联接拆
(3) 螺釘联接
(4) 紧定螺釘联接
被联接件之一 较厚 且不常装拆
3.螺纹的自锁条件
加工困难
tg np d2
多头螺纹用于传动
常用 n 2 ~ 3
力学模型：螺母等速下降 F 为驱动力 Ft F tg( v ) 松开 Ft 为阻力
当 v 时，Ft 0 自锁条件 v 要使螺母下降，必须改变 Ft 方向
否则螺母会在斜面任意位置停下
小块 A 受力
讨论： (1) 三角形螺纹 v 最大，自锁性好 用于联接
梯形螺纹 150 v arc tg 1.035 f 三角形螺纹 300 v arc tg 1.155 f
矩形螺纹 其他牙形
NF fN fF
N F cos
fN
f cos
F
fvF
三角形螺纹效率低、用于联接 其余三种用于传动
将楔形面上的摩擦状况 转为平面上的摩擦状况
(2)
螺纹线数 n
螺杆承受剪力 FS
拧紧力矩 T1 和预紧力F ' 可忽略
z FS R
螺栓数
单个螺杆所受剪力
杆受剪：
4FS
d
2 0
m
[]
受剪面数
螺杆直径
杆与壁受挤压：
P
FS d0h
[P ]
杆与壁材料较差者
受挤压的最小轴向长度
四、螺栓组联接的设计
1.螺栓组联接的结构设计
(1) 结合面力求简单、对称 圆形、环形、矩形、框形、三角形
第十章 联接设计
一、联接的类型
联接
1.铆接
不可拆联接 ( 铆接、焊接…) 可拆联接 ( 销联接、键联接、螺纹联接…)
铆钉 被联接件
2.焊接
(1) 熔焊 电弧熔
电焊条与被焊接件形成电路 电焊机低压电流熔融金属填充接缝
电渣焊 大厚度的焊件
激光焊接
(2) 钎焊
钎料熔化填充到被联接件的间隙内
焊接加热温度低、对被联接件影响小
F" F ' C2 F 0
F 2F'
C1 C2
总拉力：
F0
F
'
C1 C1 C2
F
1.5F
'
强度条件计算：
4 (1.3F0 ) d12
[]
总拉力 F0 F" F
总拉力
F0
F'
C1 C1 C2
F
剩余预紧力 F" F ' C2 F C1 C2
3.受横向载荷的铰制孔螺栓联接
强度条件
)
[]
(MPa)
d1
4 (1.3F0 ) []
(mm)
(4) 保证联接的紧密性
剩余预紧力F" 0
分析 若 C1 C2 预紧力为 F '
工作载荷 F ＝ 预紧力F ' 联接是否出现间隙 ？
剩余预紧力： F " F ' C2 F 0.5F ' 0 C1 C2 联接紧密
在满足强度条件时，最大工作载荷是多少？
减少 C1 增大 C2
总拉力变化幅度减小
采用空心螺栓 或加长螺栓
采用薄金属垫片、O形密封圈
避免用软垫片
总拉力
F0
F'
BD
F'
C1 C1 C2
F
(3) 强度条件
考虑在工作载荷下拧紧螺母 故 Fv 1.3F0 强度条件同受横向载荷的普通螺栓联接
单个螺栓所受总载荷
Fv d12 /
4
4 (1.3F0 d12
zm
单个螺栓的预紧力
(3) 强度条件
Fv d12 /
4
4
(1.3F d12
'
)
[]
(MPa)
d1
4 (1.3F ') []
(mm)
dd12d
2.受轴向载荷的普通螺栓联接
(1) 螺栓和被联接件的受力与变形
拧紧 F ' 工作时 F
总拉力 F0 ？ F ' F
螺栓： 未受力、无变形 未拧紧
被联件：未受力、无变形
拧紧后 螺栓： 受 F ' 拉 伸长 1 工作前 被联件：受 F ' 压 缩短2
工作时
螺栓： 再加 F 总伸长(1 )
对应拉力F0 被联件：总压缩量 (2 )
联接面间受压F "
螺栓所受总拉力F0 = 工作拉力F + 剩余预紧力F”
(2) 各力的关系式
螺栓刚度
C1
F' 1
BD
被联件刚度
C2
F' 2