机械设计强度要求

机械设计强度要求
机械设计强度要求

§2.1载荷与应力的分类
载荷的分类 应力的分类
火车轮轴
《机械设计(Ⅲ)(零件)》
第2章 机械零件的强度
第一 按载荷变化情况分类 第二 第二 项 静载荷:常指大小、 方向不随时间变化 项 项
或缓慢变化的载荷 变载荷: 循环变载荷 a) 稳定循环变载荷 b) 不稳定循环变载荷 随机变载荷
按载荷变量的使用情况分类
1)名义载荷F、T:理想工作条件下的载荷 2)计算载荷Fc、Tc:计入附加载荷的影响,载荷系数 KA Fc=KAF, Tc=KAT
§2.1载荷与应力的分类
载荷的分类 应力的分类
§2.1载荷与应力的分类
载荷的分类 a) 项基本参数 应力的分类 2、稳定循环变应力的基本参数和种类 第一
第一 1、应力种类 第二 第二 项 静应力:不随时间变化或缓慢变化的载荷 项 项 稳定循环变应力:对称、脉动、非对称
变应力:
第二 第二 项 项 最大应力σmax= σm+σa
最小应力σmin= σm?σa
应力幅σa=(σmax?σmin)/2 平均应力σm=(σmax+σmin)/2 不稳定变应力: 规律性不稳定变应力、随机变应力
σ
一个循环
σ
应力循环特性r = σmin/σmax
t
O
O
上述参数中,已知任意两个,可以得到其他参数
t
§2.1载荷与应力的分类
载荷的分类 应力的分类
§2.1载荷与应力的分类
载荷的分类 应力的分类
第一 b) 稳定循环变应力参数 第二 第二 项 对称循环变应力 项 项
r = –1
第一 注意:静应力只能由静载荷产生,而变应力可能由变载荷产 生,也可能由静载荷产生 第二 第二 项
脉动循环变应力
a

r=0
σ

a σ O t
不对称循环变应力
静应力 —— r =+1
O
t
3)名义应力和计算应力 -1< r<+1 名义应力——由名义载荷产生的应力 计算应力——由计算载荷产生的应力,用σ 或 τ 表示
1

§2.2静应力时机械零件的强度计算 静应力时机械零件的强度计算
单向、塑性 复合、塑性 单向、脆性 复合、脆性
2.2静应力时机械零件的强度计算 静应力时机械零件的强度计算
单向、塑性 复合、塑性 单向、脆性 复合、脆性
第一 σ ? σ σ]= 第二 ≤ [第二s]s 项 [ σ 强度条件: ? ? 项? 项 τ
? τ ≤ [τ ] = s ? [ s ]τ ?
应力微元
σ
第一 法一:第三或第四强度理论对弯扭复合应力进行强度计算 第二 第二 项 2 由第三强度理论 + 2 项 σ项 4τ ≤ [σ ] = σ s /[ s ] (最大剪应力理论)
由第四强度理论: 2 2 (最大变形能理论) σ + 3τ ≤ [σ ] = σ s /[ s ] 法二:安全系数法(Gough):
应力微元
σ τ

? σs ? s = σ ≥ [ s ]σ ? ? ? s = τ s ≥ [s] τ ? τ ?
σ 2 + 4τ 2 ≤ [σ ] = σ s /[ s ]
s=
τs =
σs
2
σs ≤ [ s] σ σ + ( s ) 2τ 2 τs sσ sτ s= ≤ [s] 2 sσ + sτ2
2
2.2静应力时机械零件的强度计算 静应力时机械零件的强度计算
单向、塑性 复合、塑性 单向、脆性 复合、脆性
2.2静应力时机械零件的强度计算 静应力时机械零件的强度计算
单向、塑性 复合、塑性 单向、脆性 复合、脆性
第一 脆性材料失效形式:断裂 第二 第二 项 项 项 脆性材料极限应力: σΒ (强度极限)
单向应力状态:
应力微元
第一 按第一强度条件:(最大主应力理论) 第二 第二 项 1 σ (σ + σ 2 + 4τ 2 ) ≤ [σ ] = B 项 [s] 2 项
s= 2σ B
σ
σB
[ s]σ
σ + σ 2 + 4τ 2
≥ [s]
σ τ
强度条件: σ ≤ [σ ] =
τ ≤ [τ ] =
sσ =
τB
[ s ]τ

σB ≥ [s]σ σ ca
注意:低塑性材料(低温回火的高强度钢) —强度计算应计入应力集中的影响 脆性材料(铸铁) —强度计算不考虑应力集中 一般工作期内应力变化次数<103(104)按静应力强度 计算
τ sτ = B ≥ [s ]τ τ ca
2.2机械零件的疲劳特性 机械零件的疲劳特性
疲劳破坏事故
第一 项
变应力作用下 失效特征 的失效特征
变应力作用下的
第二 第二 项 项
波音747-200
“惠灵顿”重型轰炸机
1、失效形式:疲劳(破坏)(断裂) 2、疲劳破坏特征: 1)断裂过程: ①产生初始裂纹 (应力较大处) ②裂纹尖端在切应力作用下,反复扩 展,直至产生疲劳裂纹。 2)断裂面:①光滑区(疲劳发展区) ②粗糙区(脆性断裂区) 3)无明显塑性变形的脆性突然断裂 4)破坏时的应力(疲劳极限)远小于材料的屈服极限 5)损伤积累到一定程度,零件突然断裂。
第一 项
材料疲劳曲线与 极限应力图
零件疲劳强度和 零件极限应力图
第二 第二 项 项
4、影响因素:不仅与材料性能有关,变应力的循环特性, 应力循环次数,应力幅都对疲劳极限有很大影响。
海上钻井平台 德国的ICE1高速列车
2

2.2机械零件的疲劳特性 机械零件的疲劳特性
变应力作用下的 失效特征
2.2机械零件的疲劳特性 机械零件的疲劳特性
变应力作用下的 失效特征
无限寿命区
rN
第一 1、材料疲劳曲线 第二 第二 项 σ 疲劳极限,一定r和N对 项 项 应的材料极限应力;
rN
材料疲劳曲线 失效特征 与极限应力图
变应力作用下的
零件疲劳强度和 零件极限应力图
σrN
低周 有限寿命区 高周
第一 σ 无限寿命区 项 有限寿命区高周 第二 第二 低周 项 项
σrN
材料疲劳曲线 失效特征 与极限应力图
变应力作用下的
零件疲劳强度和 零件极限应力图
2)无限寿命区 N ≥ N 0
σr—持久疲劳极限
对称循环 疲劳极限 (简称疲劳极限) 脉动循环 疲劳极限
σ rN = σ rNm + σ rNa
σr
疲劳寿命: N 疲劳极限: σ
rN
σrN
(τ r N )
O
10 (10 )
3
4
N
N0
N
N0— 循环基数 1)有限寿命区(0≤N ≤ N0 ):
材料疲劳曲线
O
σ ?1 τ ?1
N
σ0 τ
σr
0
10 (10 )
3
4
N
N0
材料疲劳曲线
注意:有色金属和高强度 合金钢无无限寿命区。
①当N <103(104)— 低周循环疲劳,接近于屈服极限; ②当N>103(104)— 高周循环疲劳
3)疲劳曲线方程
(10 3 (10 4 ) ≤ N ≤ N 0 )
m rN
σ
?N =σ
m r
?N0 = C
2.2机械零件的疲劳特性 机械零件的疲劳特性
变应力作用下的 失效特征
2.2机械零件的疲劳特性 机械零件的疲劳特性
变应力作用下的 失效特征
第一 N 第二0 σ 第二N 项 疲劳极限: σ rN = m r = K 项N 项
几点说明:
材料疲劳曲线 失效特征 与极限应力图
变应力作用下的
零件疲劳强度和 零件极限应力图
?σ r
K
N
=
m
N0 N
——寿命系数
2、材料疲劳极限应力图 第二 第二 项 1)同一种材料在不同的应力循环特性下的(持久)疲劳极限图 项 项 r, σr(r)
σa A C σ?1 σ0/2
第一
材料疲劳曲线 失效特征 与极限应力图
变应力作用下的
零件疲劳强度和 零件极限应力图
① No
硬度≤350HBS钢, No=107 ≥350HBS钢, No=(10 - 25)x107 有色金属(无水平部分),规定当No>25x107时,近似为无限寿命区 m=6——接触应力 m=8——接触应力
σra= σra(r)=(σr? rσr)/2 σrm=σrm(r)= σr?σra
45° O σ 0 /2 σs
φ S σB
B σm
塑性材料的疲劳极限应力图
σa A
② m—指数与应力与材料的种类有关。 钢 m=9——拉、弯应力、剪应力 青铜 m=9——弯曲应力
③ 应力循环特性越大,材料的疲劳极限与持久极限越大,对零 件强度越有利。对称循环(应力循环特性=-1)最不利
σm为横坐标,σa为纵 坐标,r为参数,绘制 σrm-σra曲线图
σ?1
B O σ0/2 S σB σm
脆性材料的疲劳极限应力图
2.2机械零件的疲劳特性 机械零件的疲劳特性
变应力作用下的 失效特征
2.2机械零件的疲劳特性 机械零件的疲劳特性
变应力作用下的 失效特征
2)材料疲劳极限应力曲线的特殊点 第二 第二 项
σa A C
第一
材料疲劳曲线 失效特征 与极限应力图
变应力作用下的
零件疲劳强度和 零件极限应力图


σ?1
A:对称疲劳极限点: r=-1, tan(φ)=∞,σra=σ-1, σrm=0 ; B:强度极限点: r=1, tan(φ)=∞; σra=0 ,σrm=σB, ; C:脉动疲劳极限点;r=0, tanφ=-1;
第一 3)塑性材料材料的简化极限应力线图 第二 第二 项 材料的简化极限应力线图,可根据材料的和三个试 项 验数据σ-1、σ项 σs而作出 0 和
σa
材料疲劳曲线 失效特征 与极限应力图
变应力作用下的
零件疲劳强度和 零件极限应力图
σa
A C D σ?1 σ0/2
A C D σ?1
45° 45° C σs σB B σm
σ0/2
B S σm
O
σ 0 /2 σs σB
σ0/2
45°
φ
O
σ 0 /2
B O σs σB C σm
tan( ) = φ
1? r σra =? σrm 1+ r
σra=σ-1/2 ,σrm=σ-1/2 ;
S:屈服 极限点
基氏简化
哥氏简化
折线以内为疲劳和塑性安全区,折线以外为疲劳和塑性失效 区,工作应力点离折线越远,安全程度愈高。
3

2.2机械零件的疲劳特性 机械零件的疲劳特性
变应力作用下的 失效特征
2.2机械零件的疲劳特性 机械零件的疲劳特性
变应力作用下的 失效特征
1、影响零件疲劳强度的主要因素
第二 第二 应力集中的影响:截面形状突然变化(孔、键槽、凹槽等) 项 项 所致
第一 项
材料疲劳曲线 与极限应力图
零件疲劳强度和 失效特征 零件极限应力图
变应力作用下的
2、零件极限应力图
第一 项
材料疲劳曲线 与极限应力图
零件疲劳强度和 失效特征 零件极限应力图
变应力作用下的
应力集中系数kσ (kτ) 当零件有几个应力集中源时,取最大应力集中系数计算 尺寸效应:零件尺寸越大,疲劳强度越低 原因:尺寸大,材料晶粒粗,出现缺陷的概率多,冷做表 面硬化层相对薄 尺寸系数εσ(ετ) 表面状态的影响:表面粗糙度(车、磨等),表面处理情况(淬 kσ 火、渗碳等) 综合影响系数: K σ = 表面状态系数β 由实验得知:上述各因素仅对应力幅有影响,而对平均应力 无影响。
Kσ表示了材料极限应力 项 幅与零件极限应力幅的 比值。
第二 第二 项
σa σ?1/K σ
A(0,σ?1) C(σ0/2,σ0/2) E Ce Ee
A e(0,σ?1/K σ)
简化材料极限应力图(基氏) k Kσ = σ βε σ 简化零件极限应力图(基氏)
σ0/2K σ
45° O σ0/2
135° S(σs,0) σm
βε σ
简化方法: 获得零件对称循环疲劳极限点Ae(0,σ?1/Kσ) 获得零件脉动循环疲劳极限点Ce(σ?1/2,σ?1/2/Kσ) 绘制直线AeCe,延长交直线SE于Ee 折线AeEeS即为简化零件极限应力线
2.2机械零件的疲劳特性 机械零件的疲劳特性
变应力作用下的 失效特征
2.3机械零件的疲劳强度计算 机械零件的疲劳强度计算
单向稳定变应力 复合稳定变应力
r=
σ?1/K σ
直线AeEe上任意点N(σ′m,σ′a,)满 第二 第二 σ 项 足方程 : σ ?1 ′ 项 ′ = σ a +ψ σe ? σ m 项 kσ ′ ′ 或 σ ?1 = kσ σ a + ψ σ ? σ m
第一
材料疲劳曲线 与极限应力图
零件疲劳强度和 失效特征 零件极限应力图
变应力作用下的
非稳定变应力
1) r=常数且已知,如转轴等;
A(0,σ?1) C (σ0/2,σ0/2) A e(0,σ?1/K σ) Ce N (σ'm,σ'a) Ee M (σ''m,σ''a) 135° S(σs,0) σm E
a
第一 第二 第二 项 ①当零件工作应力点n位于三角区域 项 项 OA E 内时;(疲劳强度区)
e e
σ min σ m ? σ a = =常数; σ max σ m + σ a
σ a 1+ r = =常数 ; σ m 1? r
′ σ max OAe σ K σ ?1 = = ?1 σ = σ max OQ σ a +ψσeσ m Kσσ a +ψσσ m
ψ σ ——标准试件中的材料特性
σ0/2K σ
σa
ψ σe =
ψe

=
1 2σ ?1 ? σ 0 ? kσ σ0
σ?1/K σ
ψσ e
ψσ =
2σ ?1 ? σ 0
45° O σ0/2
Sσ =
A e(0,σ?1/K σ) N (σ'm,σ'a) E e(σmEe,σaEe) Q n(σm,σa) 135°
′ σ max σ ?1 = ≥ [Sσ ] σ max Kσσ a +ψσσ m
Kσ σ a +ψ σ σ m
——零件的材料特性
σ0
σmax = σa +σm σ max = σ ?1 (σ a + σ m ) ≥ [Sσ ] ′
σ max ≤
σm
′ σ max
[Sσ ] [Kσ (1 ? r ) +ψ σ (1 + r )][Sσ ]
=
2σ ?1
直线SEe上任意点M(σ′′m,σ′′a,)满足方程 :
′ ′′ σ a′ + σ m = σ s
O
S(σs,0)
2.3机械零件的疲劳强度计算 机械零件的疲劳强度计算
单向稳定变应力 复合稳定变应力 非稳定变应力
2.3机械零件的疲劳强度计算 机械零件的疲劳强度计算
单向稳定变应力
m
复合稳定变应力
非稳定变应力
第一 ②当零件工作应力点n位于三角区域 第二 项0E S 内时;(静强度区) 第二 静强度区判别: 项 σ = K σ ?σ , 项
e
mEe
σa σs-σ-1/K σ A e(0,σ?1/K σ) E e(σmEe,σaEe) σ?1/K σ n(σm,σa) βEe N (σ'm,σ'a)
σ ?ψ σ β Ee = arctan ?1 σ s , K σ σ s ? σ ?1
静强度条件:
Kσ ? ψ σ
σ
s
?1
σ aEe
σ ?ψ σ σ s = ?1 Kσ ?ψ σ
第一 2) σ 第二 第二 项 =常数且已知,如车辆减振弹簧; ①当零件工作应力点n位于四边形区域 项 项
OAeEeE内时;(疲劳强度区)
A(0,σ?1) A e(0,σ?1/K σ) N (σ'm,σ'a) Ee σ?1/K σ σa
′ ′ σ m = σ m ; σ a = (σ ?1 ?ψ σ σ m ) Kσ
′ ′ ′ σmax = σa +σm =
σ max ≤
′ σ max
σ-1 + (Kσ ?ψσ )σm

Kσ [Sσ ]
′ ′ ′ σ max = σ m + σ a = σ s σmax = σa +σm
σm
[Sσ ]
=
σ ?1 + ( Kσ ?ψ σ )σ m
135° O S(σs,0)
Sσ =
′ σ max σs = ≥ [Sσ ] σ max σ a + σ m
σmax = σa +σm
n(σm,σa) 135° S(σs,0) σm
Sσ =
σ max ≤
[Sσ ]
σs
O
E
′ σ max σ ?1 + (Kσ ?ψσ )σ m = ≥ [Sσ ] σ max Kσ (σ a + σ m )
4

2.3机械零件的疲劳强度计算 机械零件的疲劳强度计算
单向稳定变应力 复合稳定变应力 非稳定变应力
2.3机械零件的疲劳强度计算 机械零件的疲劳强度计算
单向稳定变应力 复合稳定变应力 非稳定变应力
第一 ②当零件工作应力点n位于三角区域 第二 第二 项 E ES 内时;(静强度区) 项 项
e
′ ′ ′ σ max = σ m + σ a = σ s
σa A(0,σ?1) A e(0,σ?1/K σ) Ee σ?1/K σ N (σ'm,σ'a) n(σm,σa) O E 135° σm
σmax = σa +σm
Sσ = ′ σ max σs = ≥ [Sσ ] σ max σ a + σ m
第一 3) σmin=σm-σa=常数,且已知,如气缸盖等; 第二 第二 项 ①当零件工作应力点n位于四边形区域 项 项 σ σ′ =
OAeEeF内时;(疲劳强度区)
m
?1
σa
+ Kσ σ min σ ?ψ σ σ min ; σ a = ?1 ′ ; Kσ + ψ σ Kσ +ψ σ
′ σ max =
A e(0,σ?1/K σ) N (σ'm,σ'a) Ee σ?1/K σ n(σm,σa) 135° E S(σs,0) σm
45°
2σ ?1 + ( Kσ + ψ σ )σ min ; Kσ + ψ σ
σ max ≤
[Sσ ]
σs
σ max ≤
′ σ max
[Sσ ]
=
2σ ?1 + ( Kσ ?ψ σ )σ min (Kσ +ψ σ ) /[Sσ ]
σmax = σa +σm = 2σa ?σmin
Sσ =
S(σs,0)
O
σmin
F
′ σ max 2σ ?1 + (Kσ ?ψσ )σ min = ≥ [Sσ ] σ max (Kσ +ψσ )(2σ a + σ min )
2.3机械零件的疲劳强度计算 机械零件的疲劳强度计算
单向稳定变应力 复合稳定变应力 非稳定变应力
2.3机械零件的疲劳强度计算 机械零件的疲劳强度计算
单向稳定变应力 复合稳定变应力 非稳定变应力
第一 ②当零件工作应力点n位于三角区域 第二 第二 项 E ES 内时;(静强度区) 项 项
e
第一 = S ca 项
′ ′ ′ σ max = σ m + σ a = σ s
Sσ Sτ ≥ [ S ] (r=常数) 2 第二 第二 Sσ + Sτ2
σa A(0,σ?1) A e(0,σ?1/K σ) Ee σ?1/K σ N (σ'm,σ'a) n(σm,σa) O E 135° σm
σmax = σa +σm
Sσ = ′ σ max σs = ≥ [Sσ ] σ max σ a + σ m
Sσ——零件只受循环正应力 时的安全系数


Sσ——零件只受循环切应 力时的安全系数
Sσ =
σ max ≤
[Sσ ]
σs
′ σ max σ ?1 = σ max Kσ σ a +ψ σ σ m
材质安全性 好 中等 差 工艺质量 好 中等 一般
Sτ =
′ τ max τ ?1 = τ max Kσ τ a +ψ σ τ m
[S]推荐值 1.3~1.4 1.4~1.7 1.7~3
载荷计算 精确 不够精确 精确性差
S(σs,0)
2.3机械零件的疲劳强度计算 机械零件的疲劳强度计算
上述计算均为按无限寿命进行零件设计,若按有限寿 第一 命要求设计零件时,即应力循环次数103(104)2.3机械零件的疲劳强度计算 机械零件的疲劳强度计算
单向稳定变应力 复合稳定变应力 非稳定变应力
第二 第二 项时,这时上述公式中的极限应力应为有限寿命的疲 项 项
劳极限即应
σa A(0,σ?1) C (σ0/2,σ0/2) A e(0,σ?1/K σ) Ce E
第一 1、疲劳损失累积理论
第二 第二 项 零件或材料内部的损伤是不断累积的,当损伤累 项 项 积到一定的程度则产生失效。
σi——当循环特性 为r时各循环作用的 最大应力; Ni——各应力相对 应的累积循环次 数; N’i——各应力相对 应的极限循环次 数;
σ-1N =kNσ-1 代替σ-1 , σoN =kNσ0 代替 σo
Sσ =
Ee M (σ''m,σ''a) 135° S(σs,0) σm
′ σ max kNσ ?1 = ≥ [ Sσ ] σ max Kσσ a +ψσσ m
kNσ?1/K σ kNσ0/2K σ
N (σ'm,σ'a)
规律性非稳定变应力直方图
45° O kNσ0/2
塑性材料零件条件极限应力曲线
5

2.3机械零件的疲劳强度计算 机械零件的疲劳强度计算
单向稳定变应力 复合稳定变应力 非稳定变应力
2.3机械零件的疲劳强度计算 机械零件的疲劳强度计算
单向稳定变应力 复合稳定变应力 非稳定变应力
第一 Miner提出线性损伤累积理论 第二 第二 项 应力每循环一次,造成零件一次寿命损伤 ,其总寿 项 项
命损伤率为 :
第一 非稳定变应力下零件的疲劳强度计算是先将非稳定 第二 第二 项 变应力折算成单一的与其总寿命损伤率相等的等效 项 项 稳定变应力σv ,然后再按稳定变应力进行疲劳强度
计算。 Nv——σv对应的极限 循环次数 nv ——σv对应的循环 次数
零件达到疲劳寿命极限时 ,理论上总寿命损伤率为 1
n1 n2 + + N1 N 2
+
nn n = v Nn Nv
2.3机械零件的疲劳强度计算 机械零件的疲劳强度计算
单向稳定变应力 复合稳定变应力 非稳定变应力
n ?σ ? nv = ∑ ? i ? N i i =1 ? σ v ? m
2.4机械零件的表面强度计算 机械零件的表面强度计算
表面挤压强度 表面磨损强度 表面接触强度
第一 n1 n2 + + N1 N 2 项
+
nn n = v N n 第二 Nv
m 项 σ im N i = σ v N v =σ rm N 0 =C
第二 ∑σ 项
n i =1
m i
N i = σ vm nv
第一 面接触静应力: 塑性材料——表面塑性变形, 第二 第二 项 脆性材料——表面压碎。 项 项 如:基座与地基、铰制孔用螺栓杆与螺栓孔、平键与键槽等
表面挤压强度公式:
0 寿命系数: k N = m n v 强度条件(有限寿命):
N
Sσ =
k Nσ ?1 K σσ va +ψ σσ vm
(r=C)
Sσ =
k Nσ ?1 K σσ a
(r=-1)
σ P = F / A ≤ [σ P ]
注:通常取转化后的等效应力 σv 等于非稳定变应 力中的最大应力或作用时间最长的应力
2.4 机械零件的表面强度计算
表面挤压强度 表面磨损强度 表面接触强度
2.4 机械零件的表面强度计算
表面挤压强度 表面磨损强度 表面接触强度
F
第一 第二 第二 项相对运动接触表面因摩擦产生磨损,当磨损量超过容许 限后,零件失效。 项 项
工程上一种简化条件性计算方法:
第一 1)接触应力 第二 第二 项 高副零件接触部分的局部应力 项 项 计算
a)两圆柱体接触
σH
p = F / A ≤ [ p]
v ≤ [v ]
ρ1
L
1
σ
H
=
F πL
ρ1
[(
±
1
σH
ρ2
ρ2
2a
2 1 ? v 12 1 ? v2 )+ ( )] E1 E2
b)两球接触
σH =
6F
1
π
ρ1
2 1
±
1
F
2 2
ρ2
3
1? v 1? v [( )+( )] E1 E2
6

2.4 机械零件的表面强度计算
表面挤压强度 表面磨损强度 表面接触强度
2.5 提高机械零件强度的措施
1)提高疲劳强度的措施
第一 2项 )失效形式
第二 第二 项 项 变应力:疲劳点蚀——齿轮、滚动轴承的常见失效形式。
第一 减小应力集中(避免形状突变、孔、槽,使用 项 卸载槽) 第二 第二 项 项 提高零件表面加工质量
表面热处理及强化提高材料疲劳强度
3)接触疲劳强度计算
σ H ≤ [σ H ]
2)提高接触疲劳强度的措施
提高接触表面硬度,改善表面加工质量 增大综合曲率半径 ρΣ 改外接触为内接触,点接触→线接触 采用高粘度润滑油
据实验,各种材料的接触疲劳曲线与应力疲劳曲线形状和变化 规律相似。
σ =C
m H
σ N =σ
m H
m H lim
N0
7

机械设计基础公式计算例题

一、计算图所示振动式输送机的自由度。 解:原动构件1绕A 轴转动、通过相互铰接的运动构件2、3、4带动滑块5作往复直线移动。构件2、3和4在C 处构成复合铰链。此机构共有5个运动构件、6个转动副、1个移动副,即n =5,l p =7,h p =0。则该机构的自由度为 3-2) 3-3) 同理,当设a >d 时,亦可得出 得c d ≤b d ≤a d ≤ 分析以上诸式,即可得出铰链四杆机构有曲柄的条件为:

(1)连架杆和机架中必有一杆是最短杆。 (2)最短杆与最长杆长度之和不大于其他两杆长度之和。 上述两个条件必须同时满足,否则机构中便不可能存在曲柄,因而只能是双摇杆机构。 通常可用以下方法来判别铰链四杆机构的基本类型: 四、从动件位移s与凸轮转角?之间的关系可用图表示,它称为位移曲线(也称? S曲线) -位移曲线直观地表示了从动件的位移变化规律,它是凸轮轮廓设计的依据 凸轮与从动件的运动关系 五、凸轮等速运动规律

???? ? ?? ?? == ====00 0dt dv a h S h v v ? ?ω?常数从动件等速运动的运动参数表达式为 等速运动规律运动曲线 等速运动位移曲线的修正 ,两轮的中心距α=630mm ,主动带轮转速1n 1 450 r/min ,能传递的最大功率P=10kW 。试求:V 带中各应力,并画出各应力1σ、σ2、σb1、σb2及σc 的分布图。 附:V 带的弹性模量E=130~200MPa ;V 带的质量q=0.8kg/m ;带与带轮间的当量摩擦系数fv=0.51;B 型带的截面积A=138mm2;B 型带的高度h=10.5mm 。

935机械设计基础

2018年硕士学位研究生招生考试业务课考试大纲 考试科目:机械设计基础 一、机械原理部分 1.平面机构的结构分析 构件、运动副及机构的概念;机构具有确定运动的条件和机构自由度的计算;平面机构的高副低代方法和Ⅱ级、Ⅲ级杆组的结构特点,平面机构的组成原理和结构分析方法。 2.平面机构的速度分析 速度瞬心的概念;机构速度瞬心的数目和瞬心位置的确定方法;速度瞬心法在机构速度分析中的应用。 3.平面连杆机构及其设计 平面四杆机构的基本型式及其演化;平面四杆机构的主要工作特性(平面四杆机构有曲柄的条件,急回运动、行程速度变化系数及极位夹角,压力角和传动角,死点位置);平面四杆机构设计图解法。 4.凸轮机构及其设计 凸轮机构的类型和特点;凸轮机构从动件的常用运动规律及其特性;凸轮机构偏心、凸轮基圆、推程运动角、远休止角、回程运动角、近休止角、理论轮廓与实际轮廓、从动件行程及机构压力角等概念,并能在图中标出;了解直动从动件盘形凸轮机构正配置、负配置对压力角的影响;理解基圆半径与压力角的定性影响关系;掌握按给定运动规律设计各类盘形凸轮轮廓曲线,重点是图解法;凸轮机构基本尺寸确定的原则(压力角、基圆半径和滚子半径)。 5.齿轮机构及其设计 齿轮机构的类型;齿廓啮合基本定律;渐开线的性质及渐开线齿廓的特点;渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算;渐开线标准直齿圆柱齿轮啮合传动应满足的条件(正确啮合的条件、无侧隙啮合条件及标准安装、连续传动的条件);渐开线齿轮的切齿原理、根切现象及最少齿数;平行轴斜齿圆柱齿轮机构(啮合特点、斜齿轮的基本参数、几何尺寸计算和当量齿数、斜齿轮传动的正确啮合条件和传动特点)。 6.轮系及其设计 定轴轮系、周转轮系和复合轮系传动比的计算方法。 7.其他常用机构 棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构的组成、工作原理及运动特点。 8.刚性回转件的平衡 刚性回转件的静平衡与动平衡的原理和计算方法。 9.机械速度波动的调节 机械速度波动的基本知识及其调节方法。 8.回转件的平衡

第三章机械设计编程基础

第三章 机械设计编程基础 2.1 编程和图表处理的基本方法 一、编制机械设计计算程序的基本方法 (1) 设计数据 (2) 表格、线图及标准规范 (3) 算法设计 [] p p dlh T σσ≤= 4 式中,T 为转矩; h 为键高度; l 为键的工作长度; [σp ]为轮毂的许用挤压应力。 表1 平键(摘自GB1096-90) 轴径 mm d mm b mm h 自6~8 2 2 >8 ~10 3 3 >10~12 4 4 >12~17 5 5 >17~22 6 6 >22~30 8 7 >30~38 10 8 >38~44 12 8 >44~50 14 9

二、设计图表处理的基本方法 1.表格(手册中的)分为两类:? ?? ..:;:着某种联系表格中的数据之间存在列表函数任何联系表格中的数据之间没有数表 2.表格处理的基本方法: (1) 表格的程序化:将数表中的数据以数组形式存储和检索,直接编 在解题的程序中。 (2) 表格的公式化:对于列表函数,可用曲线拟合的方法形成数学表 达式并直接编于程序中。 2-2 设计数表的处理 一、表格的程序化 1. 数表 一维(元)数表:所查取的数据只与一个变量有关的数表; 二维(元)数表:所查取的数据与两个变量有关的数表; 它们均可用一维和二维数组的形式存入计算机,以备程序使用。 一维(元)数表程序化

示例1 : 示例2 : int I; float GAMA[ ] ={ 7.87,7.85,8.30,7.75}; printf( “1. 工业纯铁\ n”); printf( “1. 钢材\ n”); printf( “2. 高速钢\ n”); printf( “3. 不锈钢\ n”); printf( “选择材料类型:”); scanf( “ % d”,&I); printf( “3. 不锈钢\ n”); printf( “材料的密度:% f\ n”,GAMA[I -1]); 表2 材料的密度 材 料 密度 / (g.。cm -3) 工业纯铁 7。87 钢 材 7。85 高 速 钢 8。30 不 锈 钢 7。75

机械设计理论与方法的研究

邓灿 (机械设计制造及其自动化六班) 摘要:机械设计是机械工程的重要组成部分,机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。自古至今,新的设计理论和方法不断形成,最大程度地满足了社会和人们的需要。本文阐述了机械设计理论与方法的历史变演、发展现状以及未来趋势,提出了继承与创新相结合的重要性。 关键词:机械设计理论方法发展

邓灿 (机械设计制造及其自动化六班) 摘要:机械设计是机械工程的重要组成部分,机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。自古至今,新的设计理论和方法不断形成,最大程度地满足了社会和人们的需要。本文阐述了机械设计理论与方法的历史变演、发展现状以及未来趋势,提出了继承与创新相结合的重要性。 关键词:机械设计理论方法发展 0 前言 为了满足机器的使用功能要求、经济性要求以及劳动保护和环境保护要求等,设计人员必须有一个科学的设计过程。机械设计是对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算,并将其转化为具体的描述以人为制造依据的工作过程。自机械学科开创以来,设计学领域就占据着非常重要的位置,在不同的阶段它都有一套完整的理论和方法,进过积累和创新,不断闪现出新的亮点,最大程度地满足社会和人们对产品的需求。下面介绍了机械设计理论与方法的历史进程、研究现状,通过调研、分析和总结对未来的发展趋势做出了展望。 1 历史回顾 机械设计是为生产机械所必须进行的技术决策活动,由于基础薄弱、积累的经验少等原因,这门学科的确立相对较晚。按照机械界的说法,20世纪60年代以前的机械设计理论与方法称为传统机械设计,其理论与方法都是根据常规的思路和步骤,目前我们所使用的《机械原理》及《机械设计》等教材主要讲述的是常规设计技术,虽然比之现代设计技术它存在着明显的局限性,但是它是学习、应用发展现代设计技术的基础,它的经典性是每一个机械设计人员所不敢轻视和忽略的。 1.1传统机械设计的经典理论 (1)理论基础 机械设计需要观念指导,传统的设计方法能适应和满足当时人们的要求,则必然存在一套公认的理论。这套理论的基础有两点: 1)、静态解析和稳定性解析的观念; 在传统设计理论形成时期,牛顿力学的思维方式总是将处于变动状态之中的事物,抽象为处于相对稳定状态(包括静态)之中来描述;再加之受当时的实验和模拟技术水平的限制,所以就把复杂状态的问题采取近似的、粗略的简化处理,以便进行实验模拟和数值处理。 2)、合格设计的观念 传统的机械设计着重于实现机械本身预定的功能,最大程度地满足机器的工作能力,而对工艺和成本等考虑得较少。整个设计往往是根据任务和目标,先做出第一个方案,甚至造出样机,然后通过评定与考核,进行修改,形成第二轮方案,如此反复,直到满意为止。 (2)概念体系 针对这个理论基础,传统的设计论还建立了自己的经典概念,从而形成了静态解析的理论体系。其概念的建立,大致有两种模式: 1)将客观的变动状态抽象为稳定状态 或静态,进而建立概念,如“载荷” 的概念; 2)对具有随机性的现象,略去其分散 趋势的统计特征,仅只抓住集中趋 势的统计特征来建立概念,如“应 力”概念和“强度”的概念。 (3)设计准则

机械设计转动惯量计算公式-参考模板

1. 圆柱体转动惯量(齿轮、联轴节、丝杠、轴的转动惯量) 8 2 MD J = 对于钢材:3 410 32-??=g L rD J π ) (1078.0264s cm kgf L D ???-M-圆柱体质量(kg); D-圆柱体直径(cm); L-圆柱体长度或厚度(cm); r-材料比重(gf /cm 3)。 2. 丝杠折算到马达轴上的转动惯量: 2i Js J = (kgf·cm·s 2) J s –丝杠转动惯量(kgf·cm·s 2); i-降速比,1 2 z z i = 3. 工作台折算到丝杠上的转动惯量 g w 22? ?? ??? =n v J π g w 2s 2 ? ?? ??=π (kgf·cm·s 2) v -工作台移动速度(cm/min); n-丝杠转速(r/min); w-工作台重量(kgf); g-重力加速度,g = 980cm/s 2; s-丝杠螺距(cm) 2. 丝杠传动时传动系统折算到驱轴上的总转动惯量: ()) s cm (kgf 2g w 122 221??? ??? ??????? ??+++=πs J J i J J S t J 1-齿轮z 1及其轴的转动惯量; J 2-齿轮z 2的转动惯量(kgf·cm·s 2); J s -丝杠转动惯量(kgf·cm·s 2); s-丝杠螺距,(cm); w-工件及工作台重量(kfg). 5. 齿轮齿条传动时折算到小齿轮轴上的转动惯量 2 g w R J = (kgf·cm·s 2) R-齿轮分度圆半径(cm); w-工件及工作台重量(kgf)

6. 齿轮齿条传动时传动系统折算到马达轴上的总转动惯量 ???? ??++=2221g w 1R J i J J t J 1,J 2-分别为Ⅰ轴, Ⅱ轴上齿轮的转动惯量(kgf·cm·s 2); R-齿轮z 分度圆半径(cm); w-工件及工作台重量(kgf)。 马达力矩计算 (1) 快速空载时所需力矩: 0f amax M M M M ++= (2) 最大切削负载时所需力矩: t 0f t a M M M M M +++= (3) 快速进给时所需力矩: 0f M M M += 式中M amax —空载启动时折算到马达轴上的加速力矩(kgf·m); M f —折算到马达轴上的摩擦力矩(kgf·m); M 0—由于丝杠预紧引起的折算到马达轴上的附加摩擦力矩(kgf·m); M at —切削时折算到马达轴上的加速力矩(kgf·m); M t —折算到马达轴上的切削负载力矩(kgf·m)。 在采用滚动丝杠螺母传动时,M a 、M f 、M 0、M t 的计算公式如下: (4) 加速力矩: 2a 106.9M -?= T n J r (kgf·m) s T 17 1= J r —折算到马达轴上的总惯量; T —系统时间常数(s); n —马达转速( r/min ); 当 n = n max 时,计算M amax n = n t 时,计算M at n t —切削时的转速( r / min )

(完整word版)机械设计考试题库(带答案)

机械设计模拟题 一、填空题(每小题2分,共20分) 1、机械零件的设计方法有理论设计经验设计模型试验设计。 2、机器的基本组成要素是机械零件。 3、机械零件常用的材料有金属材料高分子材料陶瓷材料复合材料。 4、按工作原理的不同联接可分为形锁合连接摩擦锁合链接材料锁合连接。 5、联接按其可拆性可分为可拆连接和不可拆连接。 6、可拆联接是指不需破坏链接中的任一零件就可拆开的连接。 7、根据牙型螺纹可分为普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹。 8、螺纹大径是指与螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径,在标准中被定为公称直径。 9、螺纹小径是指螺纹最小直径,即与螺纹牙底相切的假想的圆柱直径。 10、螺纹的螺距是指螺纹相邻两牙的中径线上对应两点间的轴向距离。 11、导程是指同一条螺纹线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴线距离。 12、螺纹联接的基本类型有螺栓连接双头螺栓连接螺钉连接紧定螺钉连接。 13、控制预紧力的方法通常是借助测力矩扳手或定力矩扳手,利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。 14、螺纹预紧力过大会导致整个链接的结构尺寸增大,也会使连接件在装配或偶然过载时被拉断。 15、螺纹防松的方法,按其工作原理可分为摩擦防松、机械防松、破坏螺旋运动关系防松。 16、对于重要的螺纹联接,一般采用机械防松。 17、受横向载荷的螺栓组联接中,单个螺栓的预紧力F?为。 18、键联接的主要类型有平键连接半圆键连接楔键连接切向键连接。 19、键的高度和宽度是由轴的直径决定的。 20、销按用途的不同可分为定位销连接销安全销。 21、无键联接是指轴与毂的连接不用键或花键连接。 22、联轴器所连两轴的相对位移有轴向位移径向位移角位移综合位移。 23、按离合器的不同工作原理,离合器可分为牙嵌式和摩擦式。 24、按承受载荷的不同,轴可分为转轴心轴传动轴。

机械设计强度计算

第3章 剪切和挤压的实用计算 剪切的概念 在工程实际中,经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图3-1a),构件的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面(n m -面)发生相对错动(图3-1b)。 图3-1 工程中的一些联接件,如键、销钉、螺栓及铆钉等,都是主要承受剪切作用的构件。构件剪切面上的内力可用截面法求得。将构件沿剪切面n m -假想地截开,保留一部分考虑其平衡。例如,由左部分的平衡,可知剪切面上必有与外力平行且与横截面 相切的内力Q F (图3-1c)的作用。Q F 称为剪力,根据平衡方程∑=0Y ,可求得F F Q =。 剪切破坏时,构件将沿剪切面(如图3-la 所示的n m -面)被剪断。只有一个剪切面的情况,称为单剪切。图3-1a 所示情况即为单剪切。 受剪构件除了承受剪切外,往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。在图3-1中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部内力,而只是给出了主要的受力和内力。实际受力和变形比较复杂,因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析是困难的。工程中对这类构件的强度计算,一般采用在试验和经验基础上建立起来的比较简便的计算方法,称为剪切的实用计算或工程计算。 剪切和挤压的强度计算

剪切强度计算 剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。图3-2a 为一种剪切试验装置的简图,试件的受力情况如图3-2b 所示,这是模拟某种销钉联接的工作情形。当载荷F 增大至破坏载荷b F 时,试件在剪切面m m -及n n -处被剪断。这种具有两个剪切面的情况,称为双剪切。由图3-2c 可求得剪切面上的剪力为 2F F Q = 图3-2 由于受剪构件的变形及受力比较复杂,剪切面上的应力分布规律很难用理论方法确定,因而工程上一般采用实用计算方法来计算受剪构件的应力。在这种计算方法中,假设应力在剪切面内是均匀分布的。若以A 表示销钉横截面面积,则应力为 A F Q =τ (3-1) τ与剪切面相切故为切应力。以上计算是以假设“切应力在剪切面上均匀分布”为基础的,实际上它只是剪切面内的一个“平均切应力”,所以也称为名义切应力。 当F 达到b F 时的切应力称剪切极限应力,记为b τ。对于上述剪切试验,剪切极限应力为 A F b b 2= τ 将b τ除以安全系数n ,即得到许用切应力

机械设计及理论.doc

机械设计制造及其自动化专业培养方案 一、培养目标 本专业立足于国家及地方经济建设和行业发展的需要,培养基础宽厚、实践动手能力强、综合素质高、视野开阔、具有创新精神和社会责任感的应用型高级专门人才;使学生在机械工程相关领域内,具有运行管理、应用研究、设计制造、科技开发和经营销售等方面的能力。学生毕业后主要在公路、铁路、港口、市政、建筑、制造企业等部门生产第一线从事机械设备的管理、运用、控制、设计、机械化施工、产品研发等工作。 二、专业特色及实现途径 (一)专业特色 本专业为国家管理专业和湖南省特色专业,依托的“机械工程”学科为湖南省“十二五”重点建设学科,学校具有“机械工程”一级学科硕士学位授予权和“工程车辆 轻量化与可靠性技术”湖南省高校重点实验室。本专业已形成一支学术水平高、教学科研能 力强、知识与年龄结构合理、教学科研经验丰富的师资队伍,教师中大多数具有机械设计制造企业工作经历。本专业依托行业优势,设置工程机械、机电一体化两个专业方向,以创新实践能力培养为重点,不断优化专业结构,提高人才的培养质量。几十年来,已培养了近三千名本科生,形成了“立足交通和工程机械行业,传承‘铺路石’精神;夯实基础知识,突出机电一体化;强化工程实践与动手能力,培养面向基层的高级应用型人才”的专业特色。(二)实现途径 1、坚持“立足交通和工程机械行业,服务基层”的人才培养理念 50多年的办学历史,数千名毕业生工作在公路建设施工或工程机械行业的第一线,传承脚踏实地、艰苦奋斗、乐于奉献、锐意进取的“铺路石”精神,获得了社会的广泛认可。毕业生就业主要在路桥、水利、港航等交通施工企业及三一重工、中联重科、柳工等工程机械制造企业。因此,本专业在人才培养目标定位上,始终以“紧密依托交通行业,面向基层,服务区域经济发展”为宗旨,坚持将我校的“铺路石”精神融入到人才培养的各个环节,培育、磨练和培养学生“下得去、用得上、干得好、留得住”的思想品质。 2、更新教学理念,改革教学方法,优化课程体系和教学内容,注重基础知识教育 长期以来,本专业积极开展教育教学创新,不断更新教学理念,与产业、行业专家共同研究、完善与生产实践、社会发展需要相适应的宽口径、厚基础、重实践的课程体系。坚持工程机械的特色专业方向,学科优势贯穿于课堂教学和创新实践中,将典型的科研成果凝练

机械设计轴Ⅱ强度计算

轴Ⅱ强度计算 1) 由作用力与反向作用力可求得: 周向力F t2=1999.028N ;径向力F a2=727.587N ;轴向力F r2=748.192N 2) 求水平面的支座反力(图4-0-3a) ??? ????=??? ????+=-=-=??? ????-=-=N N l d F F F N N l d F F F a r RHD a R RHC 771.10501362967.252587.7272192.74822579.3021362967.252587.7272192.74822222222 3) 求水平面弯矩M H ,作水平面弯矩M H 图(图4-0-3b) M HQ1=F RHA ×2l 错误!未找到引用源。=-302.579×1000 2136? N ?m=-20.575N ?m M HQ2=F RHB ×2l =1050.771×1000 2136?错误!未找到引用源。N ?m=71.452N ?m 4) 求垂直面支座反力(图4-0-3c),作垂直弯矩M V 图(图4-0-3d) F RVC =F RVD =22 t F 错误!未找到引用源。=999.514N M VQ =F RVC ×2l 错误!未找到引用源。=999.514×13821000 ?错误!未找到引用源。N ·m=64.697N ?m 5) 作合成弯矩M 图(图4-0-3e) m N m N M M M HQ VQ Q ?=?+= +=013.71575.20697.64222121 m N m N M M M HQ VQ Q ?=?+= +=615.98452.71697.64222222 6) 作转矩T 图(图4-0-3f) T =T Ⅱ=245.306N ?m 7) 作当量弯矩M E 图(图4-0-3g) 因为是单向传动,可认为转矩为脉动循环变化,故校正系数][][11b b +-=σσα=0.59,则危险截面Q 处的当量弯矩 M eQ =()22T M HQ α+=()2 2306.24559.0576.98?+N ?m 错误!未找到引用源。=186.178N ?m 危险截面C 、D 处当量弯矩 M eC =M eD =T α =0.59×245.306N ?m=144.731N ?m 8) 计算危险截面处的轴径 截面Q 处直径 mm mm M d b eQ Q 696.3155 1.0175134][1.0331=?=?≥-σ

机械设计原理

第1章 绪 论 教学提示:初步介绍机械设计基础课程研究的内容和机械零件设计的基本要求。 教学要求:掌握构件、零件、机构、机器、机械等名词的含义及机械零件的工作能力计算准则。 1.1 机器的组成 在人们的生产和生活中,广泛使用着各种机器。机器可以减轻或代替人的体力劳动,并大大提高劳动生产率和产品质量。随着科学技术的发展,生产的机械化和自动化已经成为衡量一个国家社会生产力发展水平的重要标志之一。 1.1.1 几个常用术语 1. 机器、机构、机械 尽管机器的用途和性能千差万别,但它们的组成却有共同之处,总的来说机器有三个共同的特征:①都是一种人为的实物组合;②各部分形成运动单元,各运动单元之间具有确定的相对运动;③能实现能量转换或完成有用的机械功。同时具备这三个特征的称为机器,仅具备前两个特征的称为机构。若抛开其在做功和转换能量方面所起的作用,仅从结构和运动观点来看两者并无差别,因此,工程上把机器和机构统称为“机械”。 以单缸内燃机(如图1.1所示)为例,它是由气缸体l、活塞2、进气阀3、排气阀4、连杆5、曲轴6、凸轮7、顶杆8、齿轮9和齿轮10等组成。通过燃气在气缸内的进气—压缩—爆燃—排气过程,使其燃烧的热能转变为曲轴转动的机械能。 单缸内燃机作为一台机器,是由连杆机构、凸轮机构和齿轮机构组成的。由气缸体、活塞、连杆、曲轴组成的连杆机构,把燃气推动的活塞往复运动,经连杆转变为曲轴的连续转动;气缸体、齿轮9和10组成的齿轮机构将曲轴的转动传递给凸轮轴;而由凸轮、顶杆、气缸体组成的凸轮机构又将凸轮轴的转动变换为顶杆的直线往复运动,进而保证进、排气阀有规律的启闭。可见,机器由机构组成,简单的机器也可只有一个机构。 2. 构件、零件、部件 组成机器的运动单元称为构件;组成机器的制造单元称为零件。构件可以是单一的零件,也可以由刚性组合在一起的几个零件组成。如图1.1所示中的齿轮既是零件又是构件;而连杆则是由连杆体、连杆盖、螺栓及螺母几个零件组成,这些零件形成一个整体而进行运动,所以称为一个构件,如图1.2所示。 在机械中还把为完成同一使命、彼此协同工作的一系列零件或构件所组成的组合体称为部件,如滚动轴承、联轴器、减速器等。

机械设计强度计算.doc

第 3 章剪切和挤压的实用计算 3.1剪切的概念 在工程实际中,经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴 线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用( 图 3-1a) ,构件的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面( m n 面)发生相对错动( 图3-1b) 。 图3-1 工程中的一些联接件,如键、销钉、螺栓及铆钉等,都是主要承受剪切作用的构 件。构件剪切面上的内力可用截面法求得。将构件沿剪切面 m n 假想地截开,保留一部分考虑其平衡。例如,由左部分的平衡,可知剪切面上必有与外力平行且与横截面 相切的内力 F Q(图3-1c) 的作用。 F Q称为剪力,根据平衡方程Y 0 ,可求得F Q F 。剪切破坏时,构件将沿剪切面( 如图 3-la 所示的m n面 ) 被剪断。只有一个剪切面的 情况,称为单剪切。图3-1a 所示情况即为单剪切。 受剪构件除了承受剪切外,往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。在图3-1 中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部内力,而只是给出了主要的受力和 内力。实际受力和变形比较复杂,因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析 是困难的。工程中对这类构件的强度计算,一般采用在试验和经验基础上建立起来的 比较简便的计算方法,称为剪切的实用计算或工程计算。 3.2 剪切和挤压的强度计算 3.2.1剪切强度计算 剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。图3-2a为一种剪切试验装置的简图,试件的受力情况如图3-2b所示,这是模拟某种销钉联接的工作情 形。当载荷 F 增大至破坏载荷F b时,试件在剪切面m m 及 n n 处被剪断。这种具 有两个剪切面的情况,称为双剪切。由图3-2c 可求得剪切面上的剪力为 F F Q 2

机械设计及理论

机械设计及理论 080203 (一级学科:机械工程) 机械设计及理论是研究机械科学中具有共性的基础理论和设计方法的学科,原名为机械学学科。本学科1982年获得硕士学位授予权,2000年获得博士学位授予权。随着科学技术的不断发展,动态设计、优化设计、可靠性设计、有限元设计、智能设计、虚拟设计、计算机辅助设计、创新设计等现代化设计方法完善和发展了传统的设计理论与设计方法。机械学科与仿生学、电子学、控制理论、信息学、生物学、材料科学等许多种学科相互交叉、渗透,形成了多种与机械学科密切相关的边缘学科。与其它学科的相互交叉、渗透、融合,促进了机械设计及理论学科的新发展。 本学科的主要研究方向如下。 1.机构学与机器人机械学:平面机构及空间机构的分析与综合理论,机构组合理论,机构创新设计理论与方法,广义机构与仿生机构,空间并联机构,机器人机械学与仿真技术,数学机械化在机器人与机械设计中的应用。 2.机械传动与摩擦学:机械传动理论、设计方法,传动系统故障监控与诊断,机械传动仿真技术,摩擦、磨损和润滑机理,摩擦学理论与设计,摩擦学测试技术,流体润滑技术与应用,特殊轴承润滑。 3.机械系统运动学与动力学:机械系统的动力学模型与动态仿真,液压系统、机械振动分析与控制,模态分析与动态测试、减振降噪。振动与冲击理论在车辆、航天器、飞行器中的应用。 4.运动生物力学:机构学、生物学、力学、医疗学交叉、渗透形成的边缘学科,涉及到人体结构、功能,人体的运动学、动力学、动态测试与分析、人机工程;主要研究冲击与振动环境下的人体安全与防护问题。 5.计算机图形图像学:计算机图形图象处理的基本理论,包括图形算法、图象处理、仿真显示、可视化,图形库。图像技术在微观材料、复杂形体、运动形体的应用。 一、培养目标 硕士研究生应热爱祖国,热爱人民,有道德、开拓进取,具有严谨的学风。在本学科上掌握坚实的基础理论和系统的专门知识,具有从事科学研究工作和独立担负专门技术工作的能力。成为机械设计及理论领域内适合21世纪经济发展的、学术型、应用型的复合型高级技术人才。 二、课程设置

机械设计(8.4.1)--轴的强度计算

已知:作用在轴上的转矩T 适用: 1. 传动轴的设计; 2. 弯矩较小的转轴; 3. 粗(初)估轴的直 8-4 轴的强度计 算一、按扭转强度条件 轴的强度计算通常是在初步完成轴的结构设计后进行校核计算。 8-4 轴的强度计算 一、按扭转强度条件

[]23N/mm 2.01095503 T T T d n P W T ττ≤?==τT ——轴的扭转应力,N/mm ,T ——轴传递的扭矩,N.mm W T ——轴的抗扭截面模量,mm 3;P ——轴传递的功率,kW ;n ——轴的转速,r/min ; [τT ]——许用扭转应力,N/mm ; 8-4 轴的强度计算 一、按扭转强度条件

[]mm 2.0109550 3 .03 .3 n P A n P d T =?≥τ轴的最小直径设计公式: A 0——由轴材料及承载情况确定的系数,A 0=110~160, 材质好、弯矩较小、无冲击和过载时取小值;反之取大值。 β——空心轴内外径的比值,常取0.5~0.6。当轴上有键槽时,应适当增大轴径:单键增大 3%-5% 8-4 轴的强度计算 一、按扭转强度条件 实心圆轴[]mm )1( )1(2.0109550 3 .4 03.43 n P A n P d T βτβ-=-?≥空心圆轴

已知:各段轴径,轴所受各力、轴承跨 距 计算:轴的强度 步骤:可先画出轴的弯矩扭矩合成图,然后计算危险截面的最大弯曲应力。 二、按弯扭合成强度计算主要用于计算一般重要,受弯扭复合的轴。计算精度中等。

[]2 2 2N/mm 4b T b ca στσσ≤+=第三强度理论 []b T ca T T b W T M W T W M W T d T W T d M W M σστσ≤+=??? ? ??+??? ??==≈=≈=2 2 2 3 3 2422.01.0

2019年全国硕士研究生入学考试《机械工程理论基础(含机械原理和机械设计)》考试大纲.doc

2019年全国硕士研究生入学考试 《机械工程理论基础(含机械原理和机械设计)》考试大纲 第一部分考试说明 考试形式与试卷结构 (一)答卷方式:闭卷,笔试 (二)答题时间:180分钟 (三)考试题型及比例 基础知识测试题(简答或选择) 30% 设计计算题 55% 结构分析及应用题 15% (四)参考书目 李树军, 机械原理. 北京:科学出版社.2009 王丹,等. 机械原理学习指导与习题解答. 北京:科学出版社.2009 孙志礼,等,机械设计(第二版),北京:科学出版社,2015年 修世超,等, 机械设计习题与解析(第二版), 北京:科学出版社,2015年 第二部分考查要点 一、《机械原理》部分 (一)机构的组成原理及结构分析 1.机构的组成 2.平面机构运动简图的绘制 3.平面机构的自由度计算 4.机构具有确定运动的条件 5.平面机构的组成原理与结构分析

(二)平面机构的运动分析 平面机构速度分析的速度瞬心法 (三)平面连杆机构及其设计 1.平面连杆机构的特点及类型 2.平面四杆机构的设计基础 3.平面连杆机构的设计(图解方法) 4.多杆机构 (四)凸轮机构及其设计 1.凸轮机构的类型及基本名词术语 2.从动件的运动规律 3.凸轮轮廓曲线的设计 4.凸轮机构基本参数的确定 (五)齿轮机构及其设计 1.齿轮的应用和分类 2.齿廓啮合基本定律 3.渐开线直齿圆柱齿轮基本参数及几何尺寸计算 4.渐开线齿轮的啮合传动原理 5.渐开线齿轮齿廓的切制原理及变位原理 6.渐开线直齿圆柱齿轮设计 7.斜齿圆柱齿轮的基本参数与几何尺寸的计算(六)轮系及其设计 1.轮系的分类 2.定轴轮系的传动比计算 3.周转轮系的传动比计算 4.复合轮系的传动比计算 5.行星轮系各轮齿数和行星轮数的选择 (七)其它常用机构 1.万向联轴节

机械设计强度计算

第3章 剪切和挤压的实用计算 3.1 剪切的概念 在工程实际中,经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图3-1a),构件的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面(n m -面)发生相对错动(图3-1b)。 图3-1 工程中的一些联接件,如键、销钉、螺栓及铆钉等,都是主要承受剪切作用的构件。构件剪切面上的内力可用截面法求得。将构件沿剪切面n m -假想地截开,保留一部分考虑其平衡。例如,由左部分的平衡,可知剪切面上必有与外力平行且与横截面 相切的内力Q F (图3-1c)的作用。Q F 称为剪力,根据平衡方程∑=0Y ,可求得F F Q =。 剪切破坏时,构件将沿剪切面(如图3-la 所示的n m -面)被剪断。只有一个剪切面的情况,称为单剪切。图3-1a 所示情况即为单剪切。 受剪构件除了承受剪切外,往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。在图3-1中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部内力,而只是给出了主要的受力和内力。实际受力和变形比较复杂,因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析是困难的。工程中对这类构件的强度计算,一般采用在试验和经验基础上建立起来的比较简便的计算方法,称为剪切的实用计算或工程计算。 3.2 剪切和挤压的强度计算 3.2.1 剪切强度计算 剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。图3-2a 为一种剪切试验装置的简图,试件的受力情况如图3-2b 所示,这是模拟某种销钉联接的工作情形。当载荷F 增大至破坏载荷b F 时,试件在剪切面m m -及n n -处被剪断。这种具有两个剪切面的情况,称为双剪切。由图3-2c 可求得剪切面上的剪力为 2 F F Q =

机械设计基础练习题

练习题 绪论,机械零件强度 1.机械设计课程研究的对象只限于____________。 (1)专用零件和部件 (2)在高速、高压、环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件 (3)在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件 (4)标准化的零件和部件 2.根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计,称为 设计 (1)经验 (2)理论 (3)模型实验 3.下列四种叙述中__________是正确的。 (1)变应力只能由变载荷产生 (2)静载荷不能产生变应力 (3)变应力是由静载荷产生的 (4)变应力可能由变载荷产生的,也可能由静载荷产生 4.进行材料的疲劳强度计算时,极限应力应为取其_____。 (1)屈服极限 (2)疲劳极限 (3)强度极限 (4)弹性极限 5.零件的计算安全系数为___________之比。 (1)零件的极限应力与许用应力 (2)零件的极限应力与零件的工作应力(3)零件的工作应力与许用应力(4)零件的工作应力与零件的极限应力 6.机械零件的强度条件可以写成___________。 (1)σ≤[σ],或Sca ≤S (2) σ≥[σ],或Sca ≥S , (3) σ≤[σ],]或Sca ≥S , (4) σ≥[σ],或Sca ≤S 7. ________=0的应力为对称循环变应力。 (1) a σ (2) m σ (3) max σ (4) min σ 8. 影响零件疲劳强度的主要因素k σ、εσ、βσ分别表示与______等因素有关。 (1)零件加工方法、应力集中、过载状态(2) 零件应力循环特性、应力集中、加载状态 (3) 零件应力集中、绝对尺寸、表面状态 (4) 零件的材料、热处理方法、绝对尺寸。 连接 1.在常用的螺纹中,传动效率最高的螺纹是________。 (1)三角形螺纹 (2)梯形螺纹 (3)锯齿形螺纹 (4)矩形螺纹 2. 在常用的连接螺纹中,自锁性能最好的螺纹是__________。 (1)三角形螺纹 (2)梯形螺纹 (3)锯齿形螺纹 (4)矩形螺纹 3.___________螺纹最适合联接螺纹。 (1)矩形 (2)锯齿形 (3).梯形 (4)普通 4 当两个被连接件之一太厚,不宜制成通孔,且需要经常拆装时,往往采用__________。 (1)螺栓连接 (2)螺钉连接 (3)双头螺柱连接 (4)紧定螺钉连接 5.紧连接中,被连接件结合面间不用垫片或采用硬垫片的目的是为了增大 。 (1)螺栓的刚度 (2) 被连接件刚度 (3)螺栓的相对刚度 6. 有一气缸盖螺栓连接,若气缸内气体压力在0~2MPa 之间循环变化,则螺栓受__________作用。 (1)对称循环变应力 (2)脉动循环变应力 (3)非对称循环变应力 7.被联接件受横向载荷作用时,若采用一组普通螺栓联接,则载荷靠__________来传递。

《机械设计基础》试题库

《机械设计基础》 一.填空题: 1.机械设计课程主要讨论通用机械零件和部件的设计计算理论和方法。 2.机械零件设计应遵循的基本准则:强度准则、刚度准则、耐磨性准则、震动稳定性准则。 3.强度:零件抵抗破裂(表面疲劳、压溃、整体断裂)及塑性变形的能力。 1.所谓机架是指机构中作为描述其他构件运动的参考坐标系的构件。 2.机构是机器中的用以传递与转换运动的单元体;构件是组成机构的运动单元;零件组成机械的制造单元。 3.两构件组成运动副必须具备的条件是两构件直接接触并保持一定的相对运动。 4.组成转动副的两个运动副元素的基本特征是圆柱面。 5.两构件通过面接触而形成的运动副称为低副,它引入2个约束,通过点线接触而构成的运动副称为高副,它引入1个约束。 6.机构的自由度数等于原动件数是机构具有确定运动的条件。 7.在机构运动简图上必须反映与机构运动情况有关的尺寸要素。因此,应该正确标出运动副的中心距,移动副导路的方向,高副的轮廓形状。 1.铰链四杆机构若最短杆与最长杆长度之和小于等于其余两杆长度之和则可能存在曲柄。其中若最短杆是连架杆,则为曲柄摇杆机构;若最短杆是连杆,则为双摇杆机构;若最短杆是机架,则为双曲柄机构;若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和则不存在曲柄(任何情况下均为双摇杆机构) 2.最简单的平面连杆机构是两杆机构。 3.为保证连杆机构传力性能良好,设计时应使最小传动角γmin≥[γ] 4.机构在死点位置时的传动角γ=0°. 5.平面连杆机构中,从动件压力角α与机构传动角γ之间的关系是α+γ=90°. 6.曲柄摇杆机构中,必然出现死点位置的原动件是摇杆。

机械设计习题及答案

机械设计习题及答案 第一篇总论 第一章绪论 一.分析与思考题 1-1 机器的基本组成要素是什么? 1-2 什么是零件?什么是构件?什么是部件?试各举三个实例。 1-3 什么是通用零件?什么是专用零件?试各举三个实例。 第二章机械设计总论 一.选择题 2-1 机械设计课程研究的内容只限于_______。 (1) 专用零件的部件 (2) 在高速,高压,环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件 (3) 在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件 (4) 标准化的零件和部件 2-2 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,起重机的起重吊钩,火车车轮,自行车的链条,纺织机的纱锭。其中有_____是专用零件。 (1) 3种 (2) 4种 (3) 5种 (4) 6种 2-3变应力特性可用σmax,σmin,σm, σa, r 等五个参数中的任意_____来描述。 (1) 一个 (2) 两个 (3) 三个 (4) 四个 2-4 零件的工作安全系数为____。 (1) 零件的极限应力比许用应力 (2) 零件的极限应力比零件的工作应力 (3) 零件的工作应力比许用应力 (4) 零件的工作应力比零件的极限应力 2-5 在进行疲劳强度计算时,其极限应力应为材料的____。 (1) 屈服点 (2) 疲劳极限 (3) 强度极限 (4) 弹性极限 二.分析与思考题 2-1 一台完整2-3 机械零件主要有哪些失效形式?常用的计算准则主要有哪些? 2-2 机械零件主要有哪些失效形式?常用的计算准则主要有哪些? 2-3 什么是零件的强度要求?强度条件是如何表示的?如何提高零件的强度? 2-4 什么是零件的刚度要求?刚度条件是如何表示的?提高零件刚度的措施有哪些? 2-5 机械零件设计中选择材料的原则是什么? 2-6 指出下列材料的种类,并说明代号中符号及数字的含义:HTl50,ZG230-450,2-7 机械的现代设计方法与传统设计方法有哪些主要区别? 第三章机械零件的强度 一.选择题 3-1 零件的截面形状一定,如绝对尺寸(横截面尺寸)增大,疲劳强度将随之_____。 (1) 增高 (2) 不变 (3) 降低 3-2 零件的形状,尺寸,结构相同时,磨削加工的零件与精车加工相比,其疲劳强度______。 (1) 较高 (2) 较低 (3) 相同

机械设计及理论【重点】

《机械原理》,孙桓,高等教育出版社;《机械设计》,濮良贵,高等教育出版社 211·北京工业大学 ·北京化工大学 ·北京交通大学 ·北京科技大学 ·北京理工大学 ·北京林业大学 ·北京邮电大学 ·长安大学 ·大连理工大学 ·电子科技大学 ·东北大学 ·东 北林业大学 ·东北农业大学 ·东华大学 ·东南大学 ·福州大学 ·广西大学 ·贵州大学 ·哈尔滨工程大学·哈尔滨工业大学 ·合肥工业大学 ·河北工业大学 ·河海大学 ·华北电力大学 ·华北电力大学(保定) ·华东理工大学 ·华南理工大学 ·华中科技大学 ·吉林大学 ·江南大学 ·南昌大学 ·南京航空航天大学 ·南京理工大学 ·南京农业大 学 ·山东大学 ·上海大学 ·上海交通大学 ·石河子大学 ·四川大学 ·苏州大学 ·太原理工大学 ·天津大学 ·同济大学 ·武汉大学 ·武汉理工大学 ·西安电子科技大学 ·西安 交通大学 ·西北工业大学 ·西北农林科技大学 ·西南交通大学 ·厦门大学 ·新疆大 学 ·延边大学 ·浙江大学 ·郑州大学 ·中国地质大学(北京) ·中国地质大学(武汉) ·中国矿业大学(北京) ·中国矿业大学(江苏) ·中国农业大学·中国石油大学(北京) ·中国石油大学(华东) ·重庆大学 985·北京理工大学 ·大连理工大学 ·电子科技大学 ·东北大学 ·东南大学 ·哈尔滨工业大学 ·华南理工大学 ·华中科技大学 ·吉林大学 ·山东 大学 ·上海交通大学 ·四川大学 ·天津大学 ·同济大学 ·武汉大学 ·西安交通大学 ·西北工业大学 ·西北农林科技大学 ·厦门大学 ·浙江大学 ·中国农业大学 ·重庆大学 34北京大学清华大学上海交通大学大连理工大学中国科学技术大学山东大学复 旦大学中国人民大学北京航空航天大学北京理工大学天津大学南开大学中国 农业大学北京师范大学哈尔滨工业大学吉林大学同济大学南京大学华中科技 大学西安交通大学东北大学东南大学浙江大学华南理工大学西北工业大学厦门大学湖南大学武汉大学兰州大学电子科技大学中山大学中南大学重庆大学四川大学机械工程一级学科所属的经典二级学科有四个:机械制造及其自动化、机械设计及理论、机械电子工程以及车辆工程。其中机械制造以工艺流程、工装夹具为主,机械设计以人机工程、结构设计为主,机械电子工程以信息处理、自动控制为主,车辆工程以汽车技术、设计理论为主。四个学科各有所长,偏重不同,优势互补,在近几年机械类考研不断升温的大环境下并驾齐驱,势头正猛。机械制造及其自动化——新面貌,就业面广机械制造及其自动化 是一门研究机械制造理论、制造技术、自动化制造系统和先进制造模式的学科。该学科融合了各相关学科的最新发展,使制造技术、制造系统和制造模式呈现出全新的面貌。机械制造及其自动化目标很明确,就是将机械设备与自动化通过计算机的方式结合起来,形成一系列先进的制造技术,包括CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、FMC(柔性制造系统)等等,最终形成大规模计算机集成制造系统(CIMS),使传统的机械加工得到质的飞跃。具体在工业中的应用包括数控机床、加工中心等。这些专业方向要求学生在本学科领域内具有扎实、系统的基础理论知识,较深的专业知识和熟练的实验技能。特别值得注意的是,这

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