邱宣怀机械设计(第4版)知识点笔记课后答案
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第7章键、花键、销、成形联接一、填空题1.普通平键用于______连接,其工作面是______面,工作时靠______传递转矩,主要失效形式是______。
【答案】静;两侧;侧面受挤压和剪切;工作面被压溃2.楔键的工作面是______,主要失效形式是______。
【答案】上、下面;压溃3.平键的剖面尺寸通常是根据______选择,长度尺寸主要是根据______选择。
【答案】轴的直径;轮毂长度4.导向平键和滑键用于______连接,主要失效形式是______,这种连接的强度条件是______。
【答案】动;磨损;耐磨性条件P≤[P]5.同一连接处使用两个平键,应错开______布置;采用两个楔键或两组切向键时,要错开______;采用两个半圆键,则应______。
【答案】180°120°布置在一条直线上6.在平键连接中,静连接应校核______强度;动连接应校核______强度。
【答案】挤压;耐磨7.平键连接工作时,是靠______和______侧面的挤压传递转矩的。
【答案】键;键槽8.花键连接的主要失效形式,对静连接是______,对动连接是______。
【答案】齿面压溃;齿面磨损9.______键连接,既可传递转矩,又可承受单向轴向载荷,但容易破坏轴与轮毂的对中性。
【答案】楔10.平键连接中的静连接的主要失效形式为______,动连接的主要失效形式为______;所以通常只进行键连接的______强度或______计算。
【答案】较弱零件的工作面被压溃;磨损;挤压;耐磨性11.半圆键的______为工作面,当需要用两个半圆键时,一般布置在轴的______。
【答案】两侧面;同一母线上12.花键联接的主要优点是______。
【答案】齿数较多且受力均匀,承载能力高;槽浅,齿根应力集中小,对轴和毂的强度削弱较轻;轴上零件与轴的对中性好二、问答题1.普通平键有哪些失效形式?主要失效形式是什么?怎样进行强度校核?如经校核判断强度不足时,可采取哪些措施?答:(1)普通平键的失效形式有工作面被压溃,个别情况会出现键被剪断。
第13章 蜗杆传动13.1 复习笔记一、概述1.特点和应用(1)蜗杆传动优缺点①优点结构紧凑、工作平稳、无噪声、冲击振动小以及能得到很大的单级传动比。
与多级齿轮传动相比,蜗杆传动零件数目少,结构尺寸小,重量轻。
②缺点在制造精度和传动比相同的条件下,蜗杆传动的效率比齿轮传动低,同时蜗轮一般需用贵重的减摩材料制造。
(2)应用蜗杆传动多用于减速,以蜗杆为原动件。
也可用于增速,齿数比单级为5~15。
2.分类(1)按蜗杆形状分类①圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆又包括阿基米德蜗杆(ZA型)、渐开线蜗杆(ZI型)、法向直廓蜗杆(ZN型)等多种,如图13-1所示。
a.阿基米德蜗杆螺旋面的形成与螺纹的形成相同。
通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面称为中间平面,则阿基米德蜗杆和蜗轮在中间平面上是直齿条与渐开线齿轮的啮合,b.渐开线蜗杆的端面齿廓为渐开线,只有与蜗杆基圆柱相切的截面,齿廓才是直线。
c.如果蜗杆螺旋线的导程角很大,在加工时最好是使刀具的切削平面在垂直于齿槽中点螺旋线的法平面内,这样切出的蜗杆叫做法向直廓蜗杆。
②环面蜗杆传动③锥蜗杆传动锥蜗杆传动的特点是:啮合齿数多,重合度大,故传动平稳,承载能力高。
(2)按蜗杆螺旋线方向分类有左旋和右旋之分。
除非特殊需要,一般都采用右旋。
两者原理相同,计算方法也相同,但作用力的方向不同(除径向力外)。
(3)按蜗杆头数分类①单头蜗杆主要用于传动比较大的场合,要求自锁的传动必须采用单头蜗杆。
②多头蜗杆多头蜗杆主要用于传动比不大和要求效率较高的场合。
图13-1 圆柱蜗杆的主要类型(4)圆弧圆柱蜗杆传动在圆柱蜗杆上用具有圆弧形刀刃的刀具切出具有凹圆弧齿廓的螺旋线,由它和与其共轭的蜗轮共同构成的蜗杆传动副,称为圆弧圆柱蜗杆传动(ZC型),如图13-2所示。
图13-2 圆弧圆柱蜗杆传动②特点在基本条件类同时,圆弧圆柱蜗杆传动比其他普通圆柱蜗杆传动,承载能力要约大50%,效率约高8%~15%。
传动比大、速度高时,其效果更为显著。
第6章 螺纹联接6.1 复习笔记一、螺纹联接的主要类型、材料和精度1.主要类型(1)螺纹紧固件多为标准件,常用的有螺栓、双头螺柱、螺钉和紧定螺钉等。
(2)按螺栓主要受力状况不同可分为受拉螺栓联接和受剪螺栓联接两种,所用螺栓的结构型式和联接的结构细节也有所不同,前一种制造和装拆方便,应用广泛,后一种多用于板状件的联接,有时兼起定位作用。
2.螺纹紧固件的性能等级和材料(1)螺栓、螺柱、螺钉的性能等级和材料①螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为十级:3.6,4.6,4.8,5.6,5.8,6.8,8.8,9.8,10.9,12.9。
点前数字为σBmin/100,点后数字为10(σSmin/σBmin)。
此处σB为材料的拉伸强度极限,σs为屈服极限,单位均为MPa。
②螺栓、螺柱和螺钉的材料可按不同的性能等级选取:a.3.6——低碳钢;b.4.6~6.8——低碳钢或中碳钢;c.8.8、9.8——中碳钢或低碳合金钢;d.10.9——中碳钢、低碳或中碳合金钢;e.12.9——合金钢。
有防蚀或导电等要求时,螺纹紧固件材料也可用铜及其合金以及其他有色金属。
(2)螺母性能等级和材料①螺母性能等级按螺母高度m不同有两类。
a.m≥0.8D:4、5、6、8、9、10、12;b.0.5D≤m<0.8D:04、05。
D为螺母螺纹直径。
性能等级的数字表示螺母材料强度δBmin/100值,“0”表示螺母的实际承载能力比后面数字表示的低。
②螺母材料为中碳钢,最高含碳量4、5、6三级为0.5%,其余各级为0.58%。
3.螺纹公差和精度(1)螺纹公差根据标准规定,内螺纹的公差带为G和H两种,外螺纹的公差带为e、f、g、h四种。
内、外螺纹的配合最好选用G/h、H/g或H/h。
(2)精度标准中还规定了三种不同的精度,其选用原则为:①精密,用于精密螺纹和要求配合变动小的场合;②中等,用于一般用途;③粗糙,用于对精度要求不高的场合。
螺纹常用的公差等级为4~8级,精密的用4~6级,中等的用7级,粗糙的用7~8级。
第15章 减速器15.1 复习笔记一、减速器的主要型式及其特性减速器类型很多,主要型式及其分类如表15-1所示。
表15-1 减速器的主要型式及其分类1.圆柱齿轮减速器(1)设计原则①级数的选择当传动比在8以下时,可采用单级圆柱齿轮减速器。
大于8时,最好选用二级(i=8~40)和二级以上(i>40)的减速器。
②类型的选择二级和二级以上圆柱齿轮减速器的传动布置形式有数种,如图15-1所示。
a.展开式由于齿轮两侧的轴承不是对称布置,因而将使载荷沿齿宽分布不均匀,且使两边的轴承受力不等。
为此,在设计这种减速器时应注意:轴的刚度宜取大些;转矩应从离齿轮远的轴端输入,以减轻载荷沿齿宽分布的不均匀;采用斜齿轮时应使轴向力向着受径向力小的轴承。
b.分流式由于齿轮两侧的轴承对称布置,所以载荷沿齿宽的分布情况显然比展开式好。
这种减速器的高速级齿轮常采用斜齿,一侧为左旋,另一侧为右旋,轴向力能互相抵消。
为了使左右两对斜齿轮能自动调整以便传递相等的载荷,其中较轻的龆轮轴在轴向应能作小量游动。
图15-1 二级圆柱齿轮减速器的传动布置形式c.同轴式输入轴和输出轴位于同一轴线上,故箱体长度较短。
但轴向尺寸和重量都较大,且中间轴较长,容易使载荷沿齿宽分布不均匀,而且高速级齿轮的承载能力也难于充分利用。
③驱动方式的选择传动功率很大的减速器最好采用双驱动式或中心驱动式,如图15-2所示。
这两种布置方式可由两对齿轮副分担载荷,有利于改善受力状况和降低传动尺寸。
设计时应设法采取自动平衡装置使各对齿轮副的载荷能得到均匀分配,例如图15-3所示。
图15-2 双驱动式、中心驱动式齿轮减速器h一高速端;l一低速端图15-3 载荷自动平衡装置(2)应用范围圆柱齿轮减速器在所有减速器中应用最广。
它传递功率的范围可从很小至40000kW,圆周速度也可从很低至60m/s~70m/s,甚至高达150m/s。
2.圆锥齿轮减速器用于输入轴和输出轴位置布置成相交的场合。
第4章 摩擦、磨损、润滑一、选择题1.现把研究有关摩擦、磨损与润滑的科学与技术统称为()。
A.摩擦理论B.磨损理论C.润滑理论D.摩擦学【答案】D2.当温度升高时,润滑油的粘度()。
A.随之升高B.随之降低C.保持不变D.升高或降低视润滑油性质而定【答案】B二、填空题1.按摩擦状态不同,摩擦可分为______、______、______及______。
【答案】干摩擦;边界摩擦;流体摩擦;混合摩擦2.机械零件的磨损过程一般分为______、______及______三个阶段。
【答案】跑合磨损;稳定磨损;剧烈磨损3.按建立压力油膜的原理不同,流体润滑主要有______、______及______三种类型。
【答案】流体静力润滑;流体动力润滑;弹性流体动力润滑4.获得流体动压油膜的必要条件是______、______及______。
【答案】两滑动表面间必须具有收敛状的楔形油楔;移动件必须有足够的相对速度,且其速度方向应使润滑油从楔形大口流入,从小口流出;油具有一定的黏度,且供油充分5.在______润滑状态下,磨损可以避免,而在______及______润滑状态下,磨损则不可避免。
【答案】流体;边界;混合6.磨损按破坏机理不同,可分为______、______、______及______四种基本类型。
【答案】黏着磨损;磨粒磨损;表面疲劳磨损;腐蚀磨损7.弹性流体动力润滑计算是在流体动力润滑基础上又计入的主要因素有______及。
【答案】弹性变形;压力对黏度的影响8.工业用润滑油的黏度主要受______及______的影响。
【答案】温度;压力9.工业用润滑油的黏度因______而降低;在一定压强下,又因______而提高。
【答案】温度升高;压力增加10.润滑油的黏度是度量液体______的物理量。
【答案】内摩擦大小11.流体的黏性定律是______。
【答案】流体作层流运动时,油层的切应力r与其速度梯度成正比12.黏度指数M越大的油,其黏度受______变化越小。
第11章 带传动一、选择题1.平带、V带传动主要依靠()传递运动和拉力。
A.带的紧边拉力B.带和带轮接触面间的摩擦力C.带的预紧力【答案】B4.带速v>30 m/s、主动轴转速n1=1×104~5×104r/min的带传动属于高速带传动,这种传动除要求带轮重量轻、质量均匀对称外,还在轮缘表面开环形槽,其目的是()。
A.为了动平衡B.防止掉带C.减轻带轮重量D.防止带和轮缘表面间形成空气层而降低摩擦系数【答案】B7.带传动中,v1为主动轮圆周速度、v2为从动轮圆周速度、v为带速,这些速度之间存在的关系是()。
A.v1=v2=vB.v1>v>v212D.v1=v>v2【答案】B10.带传动打滑总是()。
A.在小轮上先开始B.在大轮上先开始C.在两轮上同时开始【答案】A13.带传动工作时,紧边拉力为F1,松边拉力为F2,若带速v<10m/s,当载荷达到极限值,带将开始打滑还未打滑时,F1和F2的比值为()。
A.F1/F2≈0B.F1/F2≈1C.F1/F2≈e fαD.1<F1/F2<e fα【答案】C16.V带传动设计中,选取小带轮基准直径的依据是()。
A.带的型号B.带的速度C.主动轮转速【答案】A二、填空题1.带传动的失效形式有______和______。
【答案】打滑;疲劳破坏2.带传动所能传递的最大有效圆周力决定于______、______、______和______四个因素。
【答案】初拉力;小带轮的包角;摩擦因数;带速3.传动带中的工作应力包括______、______和______。
【答案】拉应力;离心拉应力;弯曲应力4.单根V带在载荷平稳、包角为180°且为特定带长的条件下所能传递的额定功率P0主要与______、______和______有关。
【答案】带型号;小带轮直径;小带轮转速5.在设计V带传动时,V带的型号根据______和______选取。
第二部分章节题库说明:本部分严格按照邱宣怀主编的《机械设计》(第4版)教材内容进行编写,每一章都精心挑选经典常见考题,并予以详细解答。
熟练掌握本书考题的解答,有助于学员理解和掌握有关概念、原理,并提高解题能力。
第1篇总论第1章机械设计概论一、选择题下列8种机械零件:涡轮的叶片,飞机的螺旋桨,往复式内燃机的曲轴,拖拉机发动机的气门弹簧,起重机的起重钩,火车车轮,颚式破碎机上的V带轮,减速器中的齿轮。
其中有()是专用零件。
A.3种B.4种C.5种D.6种【答案】C二、填空题1.产品样机试验完成后,为使设计达到最佳,需对设计方案进行及评价工作。
【答案】技术评价;经济2.产品设计中的“三化”是指、及。
【答案】标准化;系列化;通用化3.贯彻标准化的好处主要有、及。
(列举三项)【答案】减少设计工作量,缩短设计周期;为专业化生产创造条件,提高产品质量,降低制造成本;增大互换性,便于维修;有利于增加产品品种,扩大生产批量,容易收到优质高产、低消耗的经济效果;可集中成功经验,减少技术过失事故的重复出现4.产品的开发性设计的核心是及设计工作。
【答案】功能设计;结构5.在静载荷作用下的机械零件,不仅可以产生应力,也可能产生应力。
【答案】静;变6.机械设计的一般程序为______。
【答案】产品规划,方案设计,技术设计,施工设计三、问答题1.机械设计过程通常分为哪几个阶段?各阶段的主要内容是什么?答:机械设计过程通常可分为以下几个阶段:(1)产品规划:主要工作是提出设计任务和明确设计要求。
(2)方案设计:在满足设计任务书中设计具体要求的前提下,由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较,从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。
(3)技术设计:完成总体设计、部件设计、零件设计等。
(4)制造及试验:制造出样机、试用、修改、鉴定。
2.标准化的重要意义是什么?答:标准化的意义在于可使零件、部件的种类减少,简化生产管理过程,降低成本,保证产品的质量,缩短生产周期。
第11章 带传动11.1 复习笔记一、概述1.带传动的定义及分类带传动是指两个或多个带轮之间用带作为挠性拉曳零件的传动,工作时借助零件之间的摩擦来传递运动或动力。
根据带的截面形状不同,可分为平带传动、V带传动、同步带传动、多楔带传动等,如图11-1所示。
图11-1 带传动的类型2.传动形式常用的带传动形式如表11-1所示。
其中,交叉传动、半交叉传动适用于平带;相对于开口传动的拉拽能力。
表11-1 带传动的传动形式和比较3.优缺点(1)优点①能缓和载荷冲击;②运行平稳,无噪声;③制造和安装精度不像啮合传动那样严格;④过载时将引起带在带轮上打滑,因而可防止其他零件的损坏;⑤可增加带长以适应中心距较大的工作条件。
(2)缺点①有弹性滑动和打滑,使效率降低和不能保持准确的传动比;②传递同样大的圆周力时,轮廓尺寸和轴上的压力都比啮合传动大;③带的寿命较短。
二、带和带轮1.平带和带轮(1)平带①胶帆布平带强度高、价廉,在平带传动中应用最多。
②胶帆布平带宽度b 的系列为:16、20、25、32、40、50、63、71、80、90、100、112、125、140、160、180、200、224、250、280、315、355、400、450、500,单位为mm 。
(2)平带带轮平带带轮轮缘的尺寸如表11-2所示。
表11-2 平带带轮轮缘尺寸(mm )平带带轮直径D 系列为50、56、63、71、80、90、100、112、125、140、160、180、200、224、250、280、315、355、400、450、500、560、630、710,单位为mm 。
2.V 带和带轮(1)V 带的分类V 带有普通V 带、窄V 带和宽V 带等类型。
①一般多使用普通V 带,它有Y 、Z 、A 、B 、C 、D 、E 七种型号。
②窄V 带传递功率的能力比普通V 带大,允许速度和曲挠次数高,传动中心距小。
适用于大功率且结构要求紧凑的传动。
第19章 联轴器和离合器19.1 复习笔记一、概述1.联轴器的类型(1)联轴器的分类联轴器分类如表19-1所示。
表19-1 联轴器的分类(2)不同联轴器传递载荷的性质如图19-1所示为通过不同的联轴器传递载荷的情况。
左图为输入转矩,右图为输出转矩。
图19-1 不同联轴器传递载荷的性质右图中:①a为通过刚性或无弹性元件挠性联轴器后的情况,尖峰载荷、冲击时间和冲击能量都基本不变;②b为通过具有缓冲作用的弹性联轴器的情况,尖峰载荷降低、冲击时间延长、冲击能量基本不变;③c为通过具有缓冲和衰振作用的弹性联轴器的情况,尖峰载荷降低、冲击时间减短、部分冲击能量被联轴器吸收。
在设计和选择联轴器时,还应考虑动力机和工作机的工作性质。
(3)联轴器的选择原则①对于载荷平稳、转速稳定、同轴度好、无相对位移的可选用刚性联轴器;②有相对位移的需选用无弹性元件的挠性联轴器;③载荷和速度不大、同轴度不易保证的,宜选用定刚度弹性联轴器;④载荷、速度变化较大的最好选用具有缓冲、减振作用的变刚度弹性联轴器;⑤对于动载荷较大的机器,宜选用重量轻、转动惯量小的联轴器。
(4)联轴器的其他要求装拆方便;尺寸较小;质量较轻;维护简单;联轴器的安装位置宜尽量靠近轴承。
2.离合器的类型离合器分类如表19-2所示。
(1)各种自动离合器的用途①安全离合器当传递转矩达到某一定值时能自动分离的离合器,这种离合器有防止过载的安全作用。
②离心离合器当轴的转速达到某一转速后能自行联接的或超过某一转速后能自行分离的离合器。
③超越离合器根据主、从动轴间相对速度差的不同以实现联接或分离。
表19-2 离合器分类(2)基本要求①便于接合和分离,而且迅速可靠;②接合时振动小;③调节和修理方便;④外廓尺寸小、重量轻;⑤耐磨性好和有足够的散热能力等。
3.计算转矩(1)计算公式联轴器和离合器的计算转矩T c包括为克服连续作用的额定载荷和摩擦阻力所需的工作'T转矩T和附加动力转矩。
第17章 滑动轴承17.1 复习笔记一、概述1.轴承的分类(1)按照承受载荷的方向分类轴承可分为径向轴承和推力轴承两类。
轴承上的反作用力与轴中心线垂直的称为径向轴承;与轴中心线方向一致的称为推力轴承。
(2)根据轴承工作的摩擦性质分类轴承可分为滑动摩擦轴承(简称滑动轴承)和滚动摩擦轴承(简称滚动轴承)两类。
2.滑动轴承的优缺点滑动轴承工作平稳、可靠,噪声较滚动轴承低。
如果能够保证液体摩擦润滑,滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触,且油膜具有一定的吸振能力。
普通滑动轴承的起动摩擦阻力较滚动轴承大得多。
二、径向滑动轴承的主要类型1.整体式轴承(1)结构如图17-1所示是一种常见的整体式径向滑动轴承。
轴承座顶部设有装油杯的螺纹孔。
轴承孔内压入用减摩材料制成的轴套,轴套上开有油孔,并在内表面上开油沟以输送润滑油。
(2)优缺点整体式轴承构造简单,常用于低速、载荷不大的间歇工作的机器上,但当滑动表面磨损而间隙过大时,无法调整轴承间隙;轴颈只能从端部装入,对于粗重的轴或具有中轴颈的轴安装不便。
2.剖分式轴承如图17-2所示是剖分式轴承。
轴瓦是轴承直接和轴颈相接触的零件。
为了节省贵金属或其他需要,常在轴瓦内表面上贴附一层轴承衬。
不重要的轴承也可以不装轴瓦。
在轴瓦内壁不负担载荷的表面上开设油沟,润滑油通过油孔和油沟流进轴承间隙。
3.自动调心轴承轴承宽度与轴颈直径之比(B/d)称为宽径比。
对于B/d >1.5的轴承,可以采用自动调心轴承(如图17-3所示),其特点是:轴瓦外表面做成球面形状,与轴承盖及轴承座的球状内表面相配合,轴瓦可以自动调位以适应轴颈在轴弯曲时所产生的偏斜。
图17-1 整体式径向滑动轴承图17-2 剖分式径向滑动轴承图17-3 自动调心轴承三、滑动轴承材料1.对轴承材料的要求(1)强度、塑性、顺应性和嵌藏性强度包括冲击强度、抗压强度和疲劳强度。
顺应性是轴承材料补偿对中误差和顺应其他几何误差的能力;嵌藏性是轴承材料嵌藏污物和外来微粒防止刮伤和磨损的能力。
第10章 摩擦轮传动10.1 复习笔记一、概述1.摩擦轮传动工作原理如图10-1所示是最简单的摩擦轮传动,由两个相互压紧的圆柱摩擦轮组成。
当传动正常工作时,主动轮1可借助摩擦力的作用带动从动轮2回转,并使传动基本上保持固定的传动比。
设FN 为两轮接触面间的法向压力,μ为轮面材料的摩擦系数,则传动在接触面间的最大摩擦力为μF N ,此摩擦力应大于或等于带动从动轮所需的工作圆周力F ,即图10-1 圆柱平摩擦轮传动2.分类(1)按形状分类按照摩擦轮形状不同,摩擦轮传动的类型如图10-2所示。
(a )图为圆柱摩擦轮传动;(b )、(c )、(d )图为圆锥摩擦轮传动;(e )图为平盘摩擦轮传动。
上述都属于传动比基本固定的摩擦轮传动。
图10-2 摩擦轮传动的类型(2)无级变速器摩擦无级变速器是指从动轮转速可以调节、传动比可作相应改变的摩擦轮传动。
图10-3中,(a )图为直接接触的圆柱一圆盘式摩擦无级变速器,(b )图为间接接触的环柱体摩擦无级变速器。
属于这一类的传动称为传动比可调的摩擦轮传动。
图10-3 摩擦无级变速器3.优缺点(1)优点①由于摩擦轮轮面没有轮齿,所以制造简单,而且工作时不会发生类似齿轮节距误差所引起的周期性冲击,因而运转平稳,噪声很小;②过载时发生打滑,故能防止机器中重要零件的损坏;③能无级地改变传动比(通称无级调速)。
(2)缺点①效率较低;②当传递同样大的功率时,轮廓尺寸和作用在轴与轴承上的载荷都比齿轮传动大;③由于上述两项原因,所以不宜传递很大的功率;④不能保持准确的传动比;⑤干摩擦时磨损快、寿命低;⑥必须采用压紧装置等。
二、摩擦轮传动中的滑动1.弹性滑动和打滑(1)弹性滑动定义两摩擦轮受压后,在接触处因材料的弹性变形而被压出一小平面。
当传递功率时,在该平面上受到摩擦力的作用,从而使主动轮表面任一微块在通过接触区的过程中由压缩逐渐变为拉伸,而从动轮上的对应微块则由拉伸逐渐变为压缩,所以彼此之间就产生相对滑动。
第1篇总论第1章机械设计概论1.1复习笔记一、课程性质和任务1.机器、机械、器械和仪器(1)机器是执行机械运动的装置,用来变换或传递能量、物料或信息。
(2)机械是机器和机构的总称。
(3)用来进行物料传递和变换的机器,通常称为器械、装置或设备,如过滤装置等。
(4)用来进行信息传递和变换的机器,通常称为仪器,如测量仪等。
2.机械零件和部件(1)机械零件(简称零件)是指组成机器的不可拆的基本单元,如螺钉、键、带等。
(2)部件是指为完成同一使命在结构上组合在一起(可拆或不可拆)并协同工作的零件,如联轴器、轴承、减速器等。
3.通用零件和专用零件(1)通用零件是指各种机器中普遍使用的零件。
(2)专用零件是指只在一定类型的机器中使用的零件,如汽轮机中的叶片,纺织机中的织梭、纺锭等。
4.标准件和易损件(1)标准件是指经过优选、简化、统一,并给以标准代号的零件和部件。
(2)易损件是指在正常运转过程中容易损坏,并在规定期限内必须更换的零件或部件。
5.机械系统任何机械系统都是由“输入量——技术系统——输出量”所构成,输入量可以是能量、物料或信息,技术系统的职能是联接输入量和输出量并完成功能的转变。
复杂的机械系统可以按不同的目标分解为若干主系统、分系统、子系统。
二、设计机器的基本原则和设计程序1.设计机器时应满足的要求在能胜任对机器提出的功能要求(或工作职能)的前提下,同时满足使用方便、安全可靠、经济合理、外形美观等各项要求,并希望能做到体积小、重量轻、能耗少、效率高。
(1)在使用方面,机器应能在给定的工作期限内具有高的工作可靠性,并能始终正常工作。
(2)在经济方面,应从机器费用、产品制造成本等多种因素中综合衡量,以能获得最大经济效益的方案为最佳设计方案。
(3)机器外观造型应比例协调、大方,给人以时代感、美感、安全感。
色彩要和产品功能相应。
(4)限制噪声分贝数已成为评定机器质量的指标之一。
为了降低噪声,首先要分析产生噪声的原因,然后从设计、工艺、材料等因素着手,采取各种降低噪声的措施。
第21章 机架零件21.1 复习笔记一、概述1.机架零件的分类如图21-1所示,机架零件按构造形式不同可归纳成四类:机座类;板类;箱体类;框架类。
图21-1 机架零件的分类2.机架零件的基本要求(1)足够的强度和刚度;(2)形状简单,便于制造;(3)便于在机架上安装附件;(4)对于带有缸体、导轨等的机架零件,还应有良好的耐磨性;(5)高速机器的机架零件还应满足振动稳定性的要求。
3.材料(1)多数机架零件由于形状较复杂,故多采用铸件。
铸铁的铸造性能好、价廉、吸振能力较强,所以在机架零件中应用最广。
(2)受载情况严重的机架常用铸钢,例如轧钢机机架。
(3)要求质量轻时可以采用轻合金,例如飞机发动机的气缸体多用铝合金铸成。
(4)在载荷比较强烈、形状不很复杂、生产批量又较少时,最好采用钢材焊接机架。
二、截面形状的合理选择1.各种截面形状梁的相对强度和相对刚度几种截面面积相等而形状不同的机架零件在弯曲强度、弯曲刚度、扭转强度、扭转刚度等方面的相对比较值如表21-1所示。
(1)主要受弯曲的零件以选用工字形截面为最好,弯曲强度和刚度都以它为最大;(2)主要受扭转的零件,从强度方面考虑,以圆管形截面为最好,空心矩形的次之;(3)从刚度方面考虑,则以选用空心矩形截面的为最合理。
由于机架受载情况一般都较复杂,对刚度要求又较高,因而选用空心矩形截面比较有利,它也便于附装其他零件。
表21-1 各种截面形状梁的相对强度和相对刚度(截面面积≈2900mm 2)2.不同尺寸的工字形截面粱在受弯曲作用时的相对性能比较如表21-2所示,方案Ⅱ的动载性能比方案I 大13%,而质量降低18%,但静载强度同时降低约10%。
将受压翼缘缩短40mm 、受拉翼缘放宽10mm的方案Ⅲ则较好,质量减少约11%,静载强度不变,而动载性能约增加21%。
由此可见,只要合理设计截面形状,即使截面面积并不增加,也可以提高机架承受动载的能力。
表21-2 不同尺寸的工字形截面粱在受弯曲作用时的相对性能比较注:()内的数字第一行为惯性矩,I×10-6mm 4;第二行为抗弯截面系数W×10-3,mm 3。
第7章 键、花键、销、成形联接一、填空题1.普通平键用于______连接,其工作面是______面,工作时靠______传递转矩,主要失效形式是______。
【答案】静;两侧;侧面受挤压和剪切;工作面被压溃2.楔键的工作面是______,主要失效形式是______。
【答案】上、下面;压溃3.平键的剖面尺寸通常是根据______选择,长度尺寸主要是根据______选择。
【答案】轴的直径;轮毂长度4.导向平键和滑键用于______连接,主要失效形式是______,这种连接的强度条件是______。
【答案】动;磨损;耐磨性条件P≤[P]5.同一连接处使用两个平键,应错开______布置;采用两个楔键或两组切向键时,要错开______;采用两个半圆键,则应______。
【答案】180° 120°布置在一条直线上6.在平键连接中,静连接应校核______强度;动连接应校核______强度。
【答案】挤压;耐磨7.平键连接工作时,是靠______和______侧面的挤压传递转矩的。
【答案】键;键槽8.花键连接的主要失效形式,对静连接是______,对动连接是______。
【答案】齿面压溃;齿面磨损9.______键连接,既可传递转矩,又可承受单向轴向载荷,但容易破坏轴与轮毂的对中性。
【答案】楔10.平键连接中的静连接的主要失效形式为______,动连接的主要失效形式为______;所以通常只进行键连接的______强度或______计算。
【答案】较弱零件的工作面被压溃;磨损;挤压;耐磨性11.半圆键的______为工作面,当需要用两个半圆键时,一般布置在轴的______。
【答案】两侧面;同一母线上12.花键联接的主要优点是______。
【答案】齿数较多且受力均匀,承载能力高;槽浅,齿根应力集中小,对轴和毂的强度削弱较轻;轴上零件与轴的对中性好二、问答题1.普通平键有哪些失效形式?主要失效形式是什么?怎样进行强度校核?如经校核判断强度不足时,可采取哪些措施?答:(1)普通平键的失效形式有工作面被压溃,个别情况会出现键被剪断。
第4篇轴、轴承、联轴器第16章轴16.1复习笔记一、概述1.轴的分类根据轴的承载情况可分为转轴、心轴和传动轴三类,其举例、受力简图和特点如表16-1所示。
表16-1轴的分类此外钢丝软轴可以把回转运动灵活地传到任何位置。
它能用于受连续振动的场合,具有缓和冲击的作用。
2.轴的材料轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。
(1)碳素钢的优点碳素钢比合金钢价廉,对应力集中的敏感性较小,应用广泛。
常用的碳素钢有30~50钢,最常用的是45钢。
不重要的或受力较小的轴以及一般传动轴可以使用Q235~Q275钢。
(2)合金钢的优点合金钢具有较高的机械强度,可淬性也较好,可以在传递大功率并要求减少质量和提高轴颈耐磨性时采用。
常用的合金钢有12CrNi2、12CrNi3、20Cr、40Cr和38SiMnMo等。
(3)其他材料轴的材料也可采用合金铸铁或球墨铸铁。
这些材料吸振性较高,可用热处理方法获得所需的耐磨性,对应力集中敏感性也较低。
因铸造品质不易控制,故可靠性不如钢制轴。
3.轴设计的主要问题(1)应按工作能力准则(强度和刚度)进行设计计算或校核计算;(2)多数轴上零件不允许在轴上作轴向移动,需要用轴向固定的方法使它们在轴上有确定的位置;(3)为传递转矩,轴上零件还应作周向固定;(4)对轴与其他零件(如滑动轴承)间有相对滑动的表面应有耐磨性的要求;(5)轴的加工、热处理、装配、检验、维修等都应有良好的工艺性;(6)对重型轴还须考虑毛坯制造、探伤、起重等问题。
二、轴的结构设计1.轴的毛坯尺寸较小的轴可以用圆钢车制,尺寸较大的轴则应用锻造毛坯。
铸造毛坯应用很少。
为了减少质量或结构需要,有一些机器的轴常采用空心的截面。
但空心轴的制造比较费工。
2.轴颈、轴头、轴身(1)定义轴主要由轴颈、轴头、轴身三部分组成(如图16-1所示)。
轴颈是指轴上被支承部分,轴头是指安装轮毂部分,轴身是指联接轴颈和轴头的部分。
轴颈和轴头的直径应该按规范取圆整尺寸。
第1篇总论第1章机械设计概论1.1复习笔记一、课程性质和任务1.机器、机械、器械和仪器(1)机器是执行机械运动的装置,用来变换或传递能量、物料或信息。
(2)机械是机器和机构的总称。
(3)用来进行物料传递和变换的机器,通常称为器械、装置或设备,如过滤装置等。
(4)用来进行信息传递和变换的机器,通常称为仪器,如测量仪等。
2.机械零件和部件(1)机械零件(简称零件)是指组成机器的不可拆的基本单元,如螺钉、键、带等。
(2)部件是指为完成同一使命在结构上组合在一起(可拆或不可拆)并协同工作的零件,如联轴器、轴承、减速器等。
3.通用零件和专用零件(1)通用零件是指各种机器中普遍使用的零件。
(2)专用零件是指只在一定类型的机器中使用的零件,如汽轮机中的叶片,纺织机中的织梭、纺锭等。
4.标准件和易损件(1)标准件是指经过优选、简化、统一,并给以标准代号的零件和部件。
(2)易损件是指在正常运转过程中容易损坏,并在规定期限内必须更换的零件或部件。
5.机械系统任何机械系统都是由“输入量——技术系统——输出量”所构成,输入量可以是能量、物料或信息,技术系统的职能是联接输入量和输出量并完成功能的转变。
复杂的机械系统可以按不同的目标分解为若干主系统、分系统、子系统。
二、设计机器的基本原则和设计程序1.设计机器时应满足的要求在能胜任对机器提出的功能要求(或工作职能)的前提下,同时满足使用方便、安全可靠、经济合理、外形美观等各项要求,并希望能做到体积小、重量轻、能耗少、效率高。
(1)在使用方面,机器应能在给定的工作期限内具有高的工作可靠性,并能始终正常工作。
(2)在经济方面,应从机器费用、产品制造成本等多种因素中综合衡量,以能获得最大经济效益的方案为最佳设计方案。
(3)机器外观造型应比例协调、大方,给人以时代感、美感、安全感。
色彩要和产品功能相应。
(4)限制噪声分贝数已成为评定机器质量的指标之一。
为了降低噪声,首先要分析产生噪声的原因,然后从设计、工艺、材料等因素着手,采取各种降低噪声的措施。
2.设计方法(1)内插式设计在两个现有设计方案中作内插式设计是一般机器常用的设计方法。
类比设计、相似设计都属于内插式设计范畴。
(2)外推式设计和内插式设计不同,外推部分处于未知领域,外推式设计必须慎重对待,对外推领域要做好技术开发研究、理论探讨和科学实验工作。
(3)开发性设计应用新原理、新技术设计新型技术装备的工作称为开发性设计。
功能设计和结构设计是开发性设计的核心。
图1-1 新产品开发设计程序3.设计程序新产品从提出任务到投放市场的全部程序要经过四个阶段(如图1-1所示):调查决策阶段、研究设计阶段、试制阶段、投产销售阶段。
(1)调查决策阶段①调查项目:工作原理及其应用成果;有关技术情报和专利;用户意见和要求;市场供销和竞争等。
②拟订新产品开发计划书,内容包括:调查结果分析;设计方案构思和建议;新技术、新工艺、新结构的采用;投资、成本、价格和利润;日程安排等。
在设计开始阶段,构思方案应多样化,以便从中选取最佳的设计方案。
(2)研究设计阶段研究设计阶段应在决策后开始,一般分两步进行。
①功能设计研究,称为前期开发,主要任务是解决技术中的关键问题。
②新产品的技术设计,称为后期开发,应绘出总装配图、部件装配图、零件工作图、各种系统图以及详细的计算说明书。
计算内容包括动力计算、运动计算、功率确定、强度计算以及刚度计算等。
以上各部分内容常需互相配合、交叉进行。
(3)试制阶段样机试验完成以后,应进行全面技术经济评价,以决定设计方案是否可用或需要修改。
即使是可用的方案,亦需作适当修改,使设计达到最佳化。
(4)方案修改阶段需要修改的方案,应检查数学、物理模型是否符合实际,必要时,改进模型后重新进行试验,甚至重新设计。
(5)销售服务阶段开展销售服务工作,如传授正确使用方法、规定免费保修期限、定期跟踪检查、健全索赔制度等,这对于进一步完善产品设计,提高产品可靠度,萌生新的设计构思,开发新产品都有积极意义。
4.技术经济评价(1)技术评价技术评价用技术价值x表示∑P为评定总分数;∑P max为满分总分数。
∑P=∑P max时,x=1表示技术价值最高。
一般认为x值在0.8以上是很好的方案,在0.6以下不合要求。
(2)经济评价经济评价用经济价值y表示若H=H1,则y=1,表示经济价值最高。
理想制造费用建议取为允许制造费用[H]的70%。
因允许制造费用通常应低于销售费用,故若H=[H],即y=0.7时仍然有利可图。
(3)技术经济对比图技术经济对比图如图1-2所示,图中任何一点代表一种设计方案的技术价值和经济价值。
S点是理想的设计方案,线上各点是技术价值与经济价值相等的设计方案。
靠近线且愈近S的点,其设计方案愈近理想。
图1-2 技术经济对比图(4)提高技术经济价值的措施①进一步改善和简化设计,减少零件数目,提高标准化、通用化程度;②采用廉价材料;③改善毛坯、零件加工、装配等工艺性,合理选择精度、公差和配合以及其他技术条件;④改善生产、经营管理制度。
在以上四方面中,改善设计最为重要。
三、机械零件设计概述1.设计机械零件时应满足的要求(1)工作可靠需要根据可能发生的失效,确定零件在强度、刚度、振动稳定性、耐磨性、温升等方面必须满足的条件。
(2)成本低廉从设计和制造两方面着手。
设计时应正确选择材料,合理规定公差等级以及认真考虑零件的加工工艺性和装配工艺性。
2.设计步骤(1)确定载荷根据机器的具体运转情况和简化的计算方案,确定零件的载荷。
①名义载荷名义载荷是指根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷,如力F、功率P、转矩T。
其是机器在平稳工作条件下作用在零件上的载荷。
②计算载荷计算载荷是指载荷系数K与名义载荷的乘积,如F e=KF,P e=KP,T e=KT。
机械零件常按计算载荷进行计算。
(2)选择零件材料根据材料的力学性能、物理性质、经济因素及供应情况等选择零件的材料。
(3)确定零件主要尺寸根据零件工作能力准则,确定零件的主要尺寸,并加以标准化或圆整。
(4)绘制零件工作图根据确定的主要尺寸并结合结构上和工艺上的要求,绘制零件工作图。
(5)审查零件工作图零件工作图是制造零件的依据,故应对其进行严格的检查,以提高工艺性,避免差错,造成浪费。
3.设计计算和校核计算(1)设计计算先根据零件的工作情况和选定的工作能力准则拟定出安全条件(如许用应力、许用变形等),用计算方法求出零件危险截面的尺寸,然后根据结构与工艺要求和尺寸协调的原则,使结构进一步具体化。
(2)校核计算先参照已有实物、图纸和经验数据初步拟定零件的结构布局和有关尺寸,然后根据工作能力准则核验危险截面是否安全。
(3)条件性计算实质上是合理的简化计算。
当计算所涉及的问题过于复杂、内在规律不能完全掌握时,根据充分的试验数据作些合理的假设和简化时常是必要的。
条件性计算虽然不够精确,但计算结果也具有一定的可靠性。
(4)优化设计先建立能反映设计变量与工作性能关系的数学模型,然后在给定的约束条件下,每改变一组设计变量即可构成一种设计方案,经过若干次计算机运算,可从中选择最佳的设计方案。
4.标准化、系列化、通用化标准化、系列化、通用化通称“三化”。
采用“三化”的重要意义是:(1)减轻设计工作量,以便把主要精力用在关键零部件的设计工作上;(2)便于安排专门工厂采用先进技术大规模地集中生产标准零部件,有利于合理使用原材料、保证产品质量和降低制造成本;(3)减少技术过失的重复出现;(4)增大互换性,便于维修工作;(5)有利于增加产品品种,扩大生产批量,达到产品的优质、高产和低消耗等。
四、结构设计与设计检查1.结构设计中的问题(1)注意功能的合理配置和布局。
(2)尽量采用比较短的传动链和比较简单的结构。
(3)科学地划分部件。
(4)零件间力的平衡,力流的合理传递与闭锁。
(5)系统或零件本身的等强度设计。
(6)变形协调原理的应用及其计算。
(7)斜面或楔在增压或自锁机构中的应用及其计算。
(8)预加载荷或预应力的原理、应用及其计算。
(9)卸载的原理和应用。
(10)自平衡、自保护、自张紧、自密封等自助原则的应用。
(11)稳定性原则的应用。
(12)考虑与强度因素有关的结构改善措施。
(13)考虑与热因素有关的结构设计。
(14)考虑与摩擦磨损因素有关的结构设计。
(15)考虑与腐蚀因素有关的结构设计。
2.设计检查中的问题(1)设计方案是否最简单和最容易实现。
(2)和同类产品相比,新产品在构思上有何新意和独到之处。
(3)产品功能是否能满足用户的需要,有无多余功能或不足,能否再简化或合并,如作适当修改是否有扩大功能的潜力。
(4)运动链可否再短一些,有无多余的运动。
(5)可否再作一些变更,省略或合并一些零件。
某些零件可否改用标准件或借用通用件来替代。
在零件数目中标准件占多大比例。
(6)零件毛坯的选择是否与生产批量相适应。
(7)材料品种是否过多,可否再作归并。
有无特殊要求的材料,如何解决。
(8)总体尺寸是否紧凑,重量是否有所降低。
(9)零件加工表面能否进一步减少、合并或省略。
(10)零件加工是否易于装卡,是否需用专门的工装、卡具、刀具、量具等。
(11)有无要求特种加工的零件,如何解决。
(12)规定的零件公差、配合精度、粗糙度等是否要求过严,能否适当放宽仍能满足使用要求。
(13)哪些零件需要严格控制加工质量,如何保证加工精度。
(14)装配时是否需要专用的组装工具。
(15)装配、维修、更换易损件是否方便。
(16)润滑系统的安排是否妥善和便于管理。
(17)发生操作错误时有无联锁、保险装置;不正常运动时有无预警或安全保护措施;发生事故时有无紧急制动装置。
(18)操纵机器是否方便、省力、舒适、合乎人体生理要求。
测量、监视、控制仪表装置等是否布置在操作者的视野之内。
(19)产品造型是否美观、大方、有时代感。
(20)对产品设计作何总评价,属于豪华型还是普及型。
五、设计人员的素质1.要有高度的责任心;2.要有法律观念和道德观念;3.要有不断创新和改革的意愿与气质;4.要有善于学习和不断进取的精神。
六、机械设计的新发展1.基础理论得到进一步深化和扩展研究问题由宏观方面转向微观方面,如摩擦学研究摩擦表面间的物理和化学性质,进一步探索薄层摩擦副的机理和计算问题。
2.由静态设计向以多种零件的综合或整机系统为对象的动态设计方向扩展3.出现新的设计方法如优化设计、可靠性设计、系统设计、设计方法学、价值工程、造型设计等。
4.某些设计方法如优化设计、有限元等得以应用在机械设计中,还应用计算机进行程序设计、自动设计、计算机绘图、人—机对话、建立程序库和数据库等先进设计手段。
这些内容统称为计算机辅助设计(CAD)。
5.C AD技术正向规模大、知识广、层次深、智能化等方面发展除了具有一般的数值计算、绘图等功能外,还具有逻辑推理、分析综合、方案构思、决策等功能,其中还包括专家的知识和丰富经验。