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第2章机械设计总论
2.1 复习笔记【知识框架】
【通关提要】
本章是本书的基础章节之一，主要介绍了机械零件的失效形式和设计程序及准则。
学习
时需要掌握机器设计的程序、零件失效形式和设计准则以及提高强度和刚度的措施等内容。
本章主要以选择题、填空题和简答题的形式考查，复习时需把握其具体内容，重点记忆。
【重点难点归纳】
一、机器的组成（见表2-1-1）
表2-1-1 机器的组成
二、设计机器的一般程序（见表2-1-2）
表2-1-2 设计机器的一般程序
三、对机器的主要要求（见表2-1-3）
表2-1-3 对机器的主要要求
四、机械零件的主要失效形式（见表2-1-4）
表2-1-4 机械零件的主要失效形式
五、设计机械零件时应满足的基本要求（见表2-1-5）
表2-1-5 设计机械零件时应满足的基本要求。
第1章 绪 论
1.1 复习笔记
一、本课程讨论的具体内容
1．总论部分
机器及零件设计的基本原则，设计计算理论，材料选择，结构要求，以及摩擦、磨损、润滑等方面的基本知识；
2．连接部分
螺纹连接，键、花键及无键连接，销连接，铆接，焊接，胶接与过盈连接等；
3．传动部分
螺旋传动，带传动，链传动，齿轮传动，蜗杆传动以及摩擦传动等；
4．轴系部分
滚动轴承，滑动轴承，联轴器与离合器以及轴等。
5．其他部分
弹簧、机座和箱体，减速器和变速器等。
二、本课程的性质
本课程的性质是以一般通用零件的设计为核心的设计性课程，而且是论述它们的基本设计理论与方法的技术基础课程。
三、本课程的主要任务
培养学生以下素质和能力：
1．有正确的设计思想并勇于创新探索；
2．掌握通用零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，进而具有综合运用所学的知识，研究改进或开发新的基础件及设计简单的机械的能力；
3．具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力；
4．掌握典型机械零件的试验方法，获得实验技能的基本训练；
5．了解国家当前的有关技术的经济政策，并对机械设计的新发展有所了解。
1.2 名校考研真题详解
本章内容只是对整个课程的一个总体介绍，基本上没有学校的考研试题涉及到本章内容，读者简单了解即可，不必作为复习重点，所以本部分也就没有选用考研真题。
机械设计考研大纲《机械设计》的参考书为西工大濮良贵，纪名刚主编的《机械设计》及配套的习题集。
考试的题型有：（1）填空题（2）选择题（3）简答题（4）分析说明题（5）计算题（6）结构设计和结构改错题。
选择填空题约占40%，简答题、分析说明题约占30%，其余为计算题和结构设计、结构改错题。
对课程各章节的基本要求如下：1、机械及机械零件设计概述（1）了解机械零件的主要失效形式和常用的计算准则。
（2）了解掌握机械零件的设计计算和校核计算概念。
（3）了解机械零件的常用材料及材料的选用原则。
（4）了解机械设计标准化的概念及意义。
2、机械零件的强度（1）掌握变应力基本参数的物理意义；对几种典型的稳定变应力，应熟练的掌握其循环特征和应力特点，能绘出图谱。
（2）计算应力与许用应力，安全系数与许用安全系数。
（3）掌握疲劳极限概念、疲劳曲线及其方程的应用、材料无限寿命疲劳极限和有限寿命疲劳极限的确定方法。
（4）掌握塑性材料简化极限应力图的绘制和应用。
对于在非对称循环应力下工作的零件，应能在该图上找到工作应力点和求出极限应力点，判断零件可能发生的失效形式。
3、摩擦、磨损及润滑概述（1）了解各种摩擦状态及其特点。
（2）了解磨损的过程及磨损的常见形式。
（3）一般了解润滑剂的分类和性质。
（4）掌握粘度概念、粘度的度量单位及其换算关系，温度压力变化对润滑油粘度的影响。
4、螺纹联接与螺旋传动（1）了解联接螺纹的主要参数。
（2）了解螺纹联接的主要形式、特点和应用，掌握它们的结构和画法，了解各标准联接零件。
（3）了解螺纹联接件的常用材料、强度级别，掌握螺纹联接许用应力的确定。
（4）掌握螺纹联接的预紧和防松。
（5）了解螺栓组结构设计一般原则。
（6）掌握分别受用横向载荷、旋转力矩，轴向载荷和翻转力矩的四种典型螺栓组的受力分析方法，熟记结论。
（7）对于任意外载荷下的螺栓组，应能把外载荷向螺栓组的形心简化，按照力的向量叠加法求出螺栓的受力。
内容选自：《机械设计》第八版 西北工业大学机械原理及机械零件教研室 编著 主编：濮良贵 纪明刚 高等教育出版社第三章 机械零件的强度在工业生产中机械设备的使用寿命主要取决于其组成零件的寿命，且零件的疲劳破坏，在零件失效造成设备损坏中占很大比例，所以零件疲劳强度的保证在工业生产中具有重大意义。
影响零件疲劳强度的因素： 几何形状、加工质量、材料等因素 影响零件疲劳强度因素中材料的影响最大接下来我们就一起来学习本章第一节：材料的疲劳特性一．静应力及其极限应力：1．静应力： 在使用期内恒定或变化次数很少（＜103次）的应力。
2．极限应力σlim： 静应力作用下的σlim取决于材料性质。
1）塑性材料： σlim =σs （屈服极限）2）脆性材料： σlim=σB (强度极限)3．静强度准则： σ≤σlim/S （S —静强度安全系数）3）应力幅σa ： σa =（σmax-σmin）/2 ②4）应力比(循环特性)r: r =σmin/σmax-1≤r ≤1 ③注：变应力的性质可用上述五个量中的任何两个来表示。
2．疲劳极限σmax： 1）变应力作用下零件通常为疲劳断裂，其极限应力为疲劳极限。
2）疲劳极限与应力比有关，r 不同，σmax也不同。
3）材料的疲劳性能是通过实验确定的。
3）常用的是σ-1、σ0，但任意r 下的σmax如何决定，本章介绍。
§３－１ 材料的疲劳特性：1．材料的疲劳特性： 可用最大应力σmax、应力循环次数N 和应力比r 表示。
2．材料疲劳特性的确定： 用实验测定，实验方法是：1）在材料标准试件上加上一定应力比的等幅变应力，应力比通常为：r=-1或r=0 2）记录不同最大应力σmax下试件破坏前经历的循环次数N ，并绘出疲劳曲线。
3．材料的疲劳特性曲线： 有二种1）σ—N 疲劳曲线：即一定应力比r 下最大应力σmax与应力循环次数N 的关系曲线2）等寿命曲线： 即一定应力循环次数N 下应力幅σa 与平均应力σm 的关系曲线32、AB 段： 试件破坏的最大应力σmax下降很小。
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 ==v v f arctan =ϕv ϕλ≤（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)。
第十章齿轮传动§１０—１概述：本章主要介绍最常用的渐开线齿轮传动。
1．特点：优：1）效率高<可达99%以上，这在大功率传动时意义很大）2）结构紧凑3）工作可靠，寿命长<可达几十年，如：机械表）。
4）传动比稳定缺：制造、安装精度要求高，价高，不宜远距离传动。
2．传动型式：开式：齿轮完全暴露在外的齿轮传动。
半开式：有简单防护罩的齿轮传动。
闭式：由箱体密封的齿轮传动。
§１０—２齿轮传动的失效形式及设计准则：硬齿面齿轮：齿面硬度大于350HBS或38HRC的齿轮。
软齿面齿轮：齿面硬度不大于350HBS或38HRC的齿轮。
一．失效形式：齿轮传动的失效主要是轮齿失效，齿圈、轮辐、轮毂等其它部分很少失效，所以，以下仅介绍常见的轮齿失效形式：1．轮齿折断：1）折断形式：①疲劳折断：齿根受弯曲变应力作用→疲劳→折断。
②过载折断：过载或偏载→应力超过静强度→折断。
2）折断位置：常发生在轮齿根部。
∵根部弯曲应力最大，且截面变化大，加式刀痕深，应力集中严重3）抗折断措施：①②增大轴及支承刚性→偏载↓。
③增加齿芯韧性，强化齿根表层<喷丸，滚压等）2．齿面磨损：传动时，啮合齿面间的相对滑动→磨损<是开式传动的主要失效形式）3．齿面点蚀：1）点蚀：在接触变应力的反复作用下，齿面材料因疲劳而小片脱落的现象。
2）位置：点蚀常先发生于节线附近的齿根一侧。
3）原因：①在节线附近啮合时，相对滑动速度低，润滑差，摩擦大。
②啮合齿对少，受力大，接触应力大。
注：点蚀是闭式传动的主要失效形式。
4）抗点蚀措施：①提高齿面硬度。
②改善润滑条件：a、低速传动，采用粘度较大的润滑油。
b、高速传动，采用喷油润滑。
4．齿面胶合：1）胶合：两因瞬时温升过高而粘连的啮合齿面，在相对运动时被撕破，形成沿滑动方向沟痕的现象。
2）机理：高速重载→啮合区瞬时温升↑→两啮合面粘连→相对运动时被撕破→形成沿滑动方向的沟痕。
注：低速重载时，也会因接触应力过大而粘连──冷胶合。
第12章滑动轴承12.1 复习笔记一、概述1．滑动轴承根据轴承中摩擦性质的不同，可把轴承分为：（1）滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）滑动轴承适用于工作转速特高、特大冲击与振动、径向空间尺寸受到限制或必须剖分安装，以及需在水或腐蚀性介质中工作等场合。
（2）滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）滚动轴承摩擦系数小，启动阻力小，选用、润滑、维护都很方便。
2．滑动轴承的类型（1）按其承受载荷方向的不同，可分为径向轴承和止推轴承。
（2）根据其滑动表面间润滑状态的不同，可分为流体润滑轴承、不完全流体润滑轴承和自润滑轴承。
（3）根据流体润滑承载机理的不同，可分为流体动力润滑轴承（简称流体动压轴承）和流体静力润滑轴承（简称流体静压轴承）。
3．滑动轴承的设计内容（1）轴承的形式和结构设计；（2）轴瓦的结构和材料选择；（3）轴承结构参数的确定；（4）润滑剂的选择和供应；（5）轴承的工作能力及热平衡计算。
二、滑动轴承的主要结构形式1．整体式径向滑动轴承（1）结构它由轴承座和由减摩材料制成的整体轴套组成，轴承座上设有安装润滑油杯的螺纹孔，在轴套上开有油环，并在轴套的内表面上开有油槽。
（2）优点结构简单，成本低廉。
（3）缺点①轴套磨损后，轴承间隙过大时无法调整；②只能从轴颈端部装拆，对于重型机器的轴或具有中间轴颈的轴，装拆很不方便或无法安装。
（4）应用多用在低速、轻载或间歇性工作的机器中。
2．对开式径向滑动轴承对开式径向滑动轴承是由轴承座、轴承盖、剖分式轴瓦和双头螺柱等组成。
3．止推滑动轴承（1）结构止推滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。
（2）结构形式常用的结构形式有空心式、单环式和多环式。
①空心式a．实心式轴颈的端面上压力分布极不均匀，靠近中心处的压力很高，对润滑极为不利；b．空心式轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式有所改善。
②单环式单环式是利用轴颈的环形端面止推，而且可以利用纵向油槽输入润滑油，结构简单，润滑方便，广泛用于低速、轻载的场合。
详细答案第三章 机械零件的强度p45习题答案3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数60105⨯=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。
[解] MPa 6.373107105180936910111=⨯⨯⨯==--N N σσN MPa 3.324105.2105180946920112=⨯⨯⨯==--N N σσNMPa 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。
[解])170,0('A)0,260(C012σσσΦσ-=-σΦσσ+=∴-1210MPa 33.2832.0117021210=+⨯=+=∴-σΦσσ得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D '根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。
如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。
[解] 因2.14554==dD ，067.0453==d r，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即()()69.1188.178.0111k =-⨯+=-α+=σσσq查附图3-2，得75.0=σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则35.211191.0175.069.1111k =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=q σσσσββεK ()()()35.267.141,67.141,0,260,35.2170,0D C A ∴根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =②C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。
详细答案第三章 机械零件的强度p45习题答案3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数60105⨯=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。
[解] MPa 6.373107105180936910111=⨯⨯⨯==--N N σσN M P a 3.324105.2105180946920112=⨯⨯⨯==--N N σσNM P a 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。
[解])170,0('A),260(C012σσσΦσ-=-σΦσσ+=∴-1210M P a 33.2832.0117021210=+⨯=+=∴-σΦσσ 得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D '根据点)170,0('A ，),260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。
如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。
[解] 因2.14554==dD ，067.0453==d r，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即()()69.1188.178.0111k =-⨯+=-α+=σσσq查附图3-2，得75.0=σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则35.211191.0175.069.1111k =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=q σσσσββεK ()()()35.267.141,67.141,0,260,35.2170,0D C A ∴根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =②C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。
