1、机 械 设 计,教师：陈 丰 邮箱： 电话：15855052191,2017年机械设计期末考试,考试题型及分值分配,一、填空题（10分）：每空1分共计10分,二、选择题（20分）：每题2分共计20分,三、简答题（30分）：3题共计30分,四、计算分析题（30分）：2大题共计30分,五、结构改错题（10分）：1小题,知识回顾和问题,知识回顾: 1、知道了“学什么，为什么学，如何学”的问题； 2、几个名词和概念； 3、机械设计的总体原则和一般程序； 4、零件设计的一般程序。,问题： 1、本课程的研究对象是什么？主要任务是什么？ 2、从功能方面谈谈机械的组成。 3、什么叫机械零部件的失效？,知识回顾
2、和问题,知识回顾:,1、零件简化极限应力图,如图 AB曲线上的点对应着不同应力循环特性下的材料疲劳极限,知识回顾和问题,2、单向稳定变应力时的疲劳强度计算：=C、m=C、min=C的疲劳强度校核。,3、摩擦、磨损及润滑相关知识，特别讨论了其在汽车上的应用。,知识回顾和问题,问题:,1、影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？ 2、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度如何计算？ 3、 摩擦、磨损和润滑的定义是什么？ 4、论述汽车中的摩擦、磨损现象，如何减少摩擦磨损？ 5、奇思妙想：公共汽车经常要进行刹车，如何把刹车损失的能量收集起来，转化成动力？,知识回顾和问题,知识回顾: 1、单个螺栓连接的强度计
3、算：失效形式、松螺栓连接； 2、螺纹连接的预紧与防松； 3、螺纹连接的类型及螺纹连接件； 4、螺纹的形成及分类。,问题： 1、按照牙型，螺纹可以分为哪些类型？如何选用？ 2、螺纹连接的主要类型有哪些？ 3、螺纹连接预紧的目的是什么？如何进行防松？ 4、单个螺栓连接的失效形式是什么？,知识回顾和问题,1、单个螺栓连接的强度计算，F0、F2，5点讨论； 2、螺栓组连接的设计受横向载荷螺栓组连接，受轴向载荷螺栓组连接，受扭矩螺栓组连接；受倾覆力矩螺栓组连接； 3、提高螺栓连接强度的措施（主要四个方面） ； 4、螺旋传动的特点、分类与应用；滑动螺旋传动的设计。,5、预紧力F0=? 总载荷F2=?,工程
4、实际应用难题：,奇瑞汽车发动机缸盖生产线某装配工位，该工位采用的螺栓规格为M8，强度等级9.8，原来表面采取发黑处理，后来为提高抗腐蚀能力改成表面镀锌，并换了一家供货厂，但在装配工艺完全不变的情况下，发生了下线总成中有少量的螺栓出现断裂的现象。断裂原因何在？ 如何解决？,知识回顾和问题,性能分析表：,强度等级：,性能等级分为：3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10个等级，8.8级以上为高强度等级螺栓。9.8级:抗拉强度900MPa，屈强比0.8，屈服强度9000.8=720MPa,知识回顾和问题,知识回顾和问题,知识回顾: 1、键连接的类型和构造； 2
5、、键连接的强度校核，键的选择； 3、花键连接、无键连接和销连接 ； 4、键连接的失效形式。,知识回顾和问题,问题: 1、平键联接的失效形式是什么？经校核若强度不够时，应采取哪些措施？ 2、按齿形分，花键分为哪几类？如何选择应用？,3、普通平键的工作面是什么？,1 ）带传动的类型、工作原理、特点、应用及目前汽车传动带最新技术进展。 2）带传动的受力分析、应力分析与应力分布图、弹性滑动和打滑的基本理论。 3 ）带传动的失效形式、设计准则、普通 V 带传动的设计计算方法和参数选择原则，带的张紧。,问题：,3）带传动的设计步骤与方法是什么？,1）弹性打滑与打滑有何区别？,2）带传动的主要失效形式是什么
6、？,4）V带传动设计的评价指标是什么？,知识回顾和问题,三、设计数据及内容,设计数据,设计内容,四、设计步骤与方法, 根据Pca、n1选择带型号, 确定计算功率Pca ：,P、n1、n2( i ) 传动位置要求（中心距a）工作条件等,带：型号、根数、长度 轮：直径、结构尺寸 轴压力Q等,工作情况系数见表8-7,根据计算功率查表,要求: 最佳带速V=2025m/s,V太小: 由P=FeV可知，传递同样功率P时，圆周力Fe太大，寿命 V太大: 离心力太大，带与轮的正压力减小，摩擦力，承载能力,知识回顾和问题,q,单位带长的质量,知识回顾和问题,评价,Z,V,FQ,F0,a,小,1020,适当,12
7、0,知识回顾和问题,1）齿轮传动的设计准则。 2）齿轮传动的计算载荷。3）直齿圆柱齿轮轮齿受力分析和齿根弯曲疲劳强度计算。,问题：,3）如何进行直齿圆柱齿轮受力分析？,1）齿轮传动的设计准则是什么？,2）载荷系数K代表的意义是什么？,4）齿根弯曲疲劳强度计算的校核公式中有哪些影响参数？,Fnc= K Fn,载荷系数：,知识回顾和问题,1、直齿圆柱齿轮传动的强度计算：轮齿的受力分析，齿根弯曲疲劳强度计算和齿面接触疲劳强度计算。,2、强度计算的计算说明，设计参数的选择，齿轮精度等级；,3、标准斜齿轮和标准锥齿轮的强度计算；,1、齿向载荷分布系数K的主要影响因素是什么？,2、在齿根弯曲疲劳强度计算的
8、设计公式中相关参数如何取？K、Z1、d、YFaYSa/F,1,2,3、如图所示一对标准斜齿圆柱齿轮传动，分析主动轮（右旋）1的轴向力？,1,知识回顾和问题,1、齿轮传动的失效形式；,1）轮齿折断闭式硬齿面齿轮的主要失效形式,2）齿面疲劳点蚀闭式软齿面齿轮的主要失效形式,3）齿面磨损开式齿轮的主要失效形式,4）齿面胶合高速重载齿轮的主要失效形式,5）齿面塑性变形低速重载齿轮的主要失效形式,齿轮失效案例： 高速双面印刷机中一过桥斜齿轮，材质系40Cr钢，经热处理。工作转速为10000rpm。在运行中发生失效，组件窜出，部分齿小块折裂。经化学分析，材质符合40Cr钢的技术条件。,知识回顾和问题,齿面
9、接触疲劳强度准则,齿根弯曲疲劳强度准则,软齿面齿轮（HBS350）,硬齿面齿轮（HBS350）,闭式齿轮传动,齿面疲劳点蚀,齿根弯曲疲劳折断,开式齿轮传动,齿面磨损,增大m和降低许用弯曲应力,2、齿轮传动的设计准则；,知识回顾和问题,3、齿轮传动的载荷计算；,载荷系数：,工作情况系数,动载荷系数,齿向载荷分布系数,齿间载荷分配系数,知识回顾和问题,1）齿向载荷分布系数K的主要影响因素是什么？,影响因素,(1) 支承情况对称布置好非对称布置差悬臂布置差,(2) 齿轮宽度 齿向载荷分布系数,(3) 齿面硬度越高，越易偏载，齿面较软时有变形退让。,(4) 制造、安装精度越高，齿向载荷分布系数越小。,
10、知识回顾和问题,1)在齿根弯曲疲劳强度计算的设计公式中相关参数如何取？K、Z1、YFaYSa/F,4、齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度计算公式参数表示的意义；,知识回顾和问题,2)接触疲劳强度的设计公式：,知识回顾和问题,1）如图所示一对标准斜齿圆柱齿轮传动，分析主动轮（右旋）1的轴向力？,Ft1=Ft2,Fr1=Fr2,Fa1=Fa2,主从动轮受力大小相等、方向相反。,Fn1=Fn2,5、斜齿圆柱齿轮传动轮齿的受力分析；,径向力：,圆周力：,轴向力：,法向力：,知识回顾和问题,1、蜗杆传动类型，特点及应用；,2、普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算;,3、蜗杆传动变位特点（自学）；,4
11、、蜗杆传动的失效形式、设计准则，常用材料及选择原则，蜗杆传动的受力分析。,圆周力：,轴向力：,径向力：,蜗杆主动时：,知识回顾和问题,3、下图所示传动机构，确定各轴的回转方向，蜗轮轮齿的螺旋方向，蜗轮蜗杆所受各力的方向和位置。,1、确定蜗杆的头数 zl 和蜗轮的齿数z2 应考虑哪些因素？,2、蜗杆传动的失效形式和设计准则是什么？,知识回顾和问题,例题：在图示传动系统中，件1和2均为斜齿圆柱齿轮，件3为蜗杆，件4为蜗轮。已知齿轮1轮齿螺旋线方向为左旋，其转向如图所示，输入轴转速n1=960 r/min，输入功率P=3kW，齿轮齿数，Z1=21，Z2 =62，法向模数mn=2.5mm，分度圆螺旋角
12、=8.849725，分度圆柱上的法面压力角 n =20。,请回答下列问题：,知识回顾和问题,1）齿轮2的轮齿螺旋线方向是 旋。（1分）,2）在图中画出齿轮1、齿轮2在节点A所受的轴向力Fa1和Fa2、圆周力Ft1和Ft2、径向力Fr1和Fr2的方向并计算其大小。（6分）,3）为使在轴上的齿轮2与蜗杆3的轴向力相互抵消一部分，蜗杆3的螺旋线方向应该是 旋，并在图中画出蜗杆的旋向；在节点B处画出蜗杆3所受的轴向力、圆周力和径向力的方向，在节点B处画出蜗轮4所受的圆周力和径向力的方向，在图中画出蜗轮4的转动方向。（8分）,知识回顾和问题,（1分）,（1分）,3）右旋；（1分），画出螺旋线方向(1分)
13、 蜗杆3和蜗轮4所受个分力方向如图所示，蜗轮4的转动方向如图所示。(6分),解：1）右旋。（1分）,（1分）,（1分）,2）,知识回顾和问题,知识回顾和问题,34,2、蜗轮蜗杆轮齿所受各力的方向与大小；,1、圆柱蜗杆传动的主要参数：m、Z1、Z2、d1、q、u、a。,圆周力：,轴向力：,径向力：,蜗杆主动时：,知识回顾和问题,35,3、圆柱蜗杆传动的强度计算：蜗轮齿面接触疲劳强度和轮齿弯曲疲劳强度计算， 蜗杆刚度计算,4、闭式蜗杆传动的热平衡计算和冷却措施,5、轴的用途与分类；,知识回顾和问题,36,1、一重物匀速升降装置采用如图a所示的电机+圆柱蜗杆传动系统，已知蜗杆传动的模数m =8mm，
14、蜗杆头数及分度圆直径分别为z1=1、d1=80mm，蜗轮齿数z2=50，卷筒直径D=250mm。重物匀速升降的速度v=40m/min，最大载重量W为4kN，工况系数KA按1.0计，试分析、计算下列问题：,知识回顾和问题,37,1）该装置以40m/min的速度匀速升起重物1m时，蜗杆应转多少转？并在图中标明蜗杆的转向、蜗轮轮齿旋向、节点位置处蜗杆及蜗轮的受力方向和大小。 2）若蜗杆与蜗轮齿面间当量摩擦系数f = 0.18，该机构能否自锁？ 3）若重物W=4kN，传动装置总的传动效率为 =0.5，试计算出电机的输出转矩Tm应是多少？,知识回顾和问题,答案：,1）蜗杆转63.69转，蜗杆、涡轮各受力
15、方向如图所示。,2）可以自锁,3）Tm为2104 Nmm,知识回顾和问题,4、轴的结构设计，包括轴设计的要求和内容、轴上零件的轴向定位和周向定位。,3、轴的失效形式和设计准则；,2、轴的材料及其选择原则；,1、轴的分类及软轴在汽车中的应用；,1、轴的设计主要包括哪些方面的内容？其要求如何？,2、轴的主要失效形式是什么？如何进行轴的设计即设计准则？,3、如何对轴上零件进行轴向定位和周向定位？,知识回顾和问题,40,0轴： 轴轴： 轴轴： 轴轴： 轴轴： 轴轴： 轴,传动轴,转轴,心轴,转轴,转轴,心轴,一 休 一 下 吧！,第九章知识回顾,1、轴的分类：,2、轴的材料及其选择 ；,碳素钢35,4
16、5,50钢(正火或调质)，常用45#。,合金钢力学性能高，贵，多用于有特殊要求的轴。,3、轴的失效形式和设计准则；,失效形式：疲劳断裂、塑性变形、脆性断裂、过度磨损和振动。,设计准则： 1）适合的材料、毛坯形式和热处理方法； 2）合理结构及尺寸，即进行轴的结构设计； 3）强度计算和校核； 4）刚度计算； 5）振动稳定性计算。,4、轴的结构设计：设计要求、设计内容、轴向定位、周向定位；,5、各轴段长度、直径和轴的结构工艺性；,6、轴的强度计算,1）按扭转强度条件计算（按许用切应力计算）,2）按弯扭合成强度条件计算（按许用弯曲应力计算）,知识回顾和问题,7、轴的刚度及振动稳定性；,8、汽车传动轴的
17、设计：长度、夹角、断面尺寸等；,9、轴的设计步骤：1）、2）、3）、4）、5）、6）、7）,10、提高轴的强度、刚度和减轻轴的重量的措施。,知识回顾和问题,1、完成图中轴系部件结构。,知识回顾和问题,2、图中有12处错误，请你指出来，并把正确的图画在下方。,知识回顾和问题,知识回顾：,1、滑动轴承在汽车中的应用；,4、发动机滑动轴承的失效形式。,3、滑动轴承油槽设计基本要求；,2、滑动轴承的材料及轴瓦结构；,问题：,1、滑动轴承的材料主要有哪些？如何选择？,2、滑动轴承油槽（沟）设计的基本要求是什么？,3、发动机滑动轴承的主要失效形式是什么？,知识回顾和问题,2、非全液体润滑径向滑动轴承的计算
18、；,3、滚动轴承的类型与特点；,4、滚动轴承的代号；,问题：,1、非全液体润滑径向滑动轴承的简化计算法的主要内容是什么？,2、根据接触角不同滚动轴承主要分为哪几种类型？,3、代号为7208AC轴承所表示的意义是什么？,1、滑动轴承的润滑；,知识回顾和问题,1、滚动轴承的选择原则；,2、滚动轴承的受力分析、失效形式和计算准则；,3、滚动轴承的动载荷和寿命计算 。,问题：,2、滚动轴承的失效形式和计算准则是什么？,1、滚动轴承的主要选择原则是什么？,3、某轴装有一个斜齿轮，两端支承为7206B轴承，假如已知斜齿轮的轴向力和径向力以及周向力，如何计算这一对轴承的寿命呢？,P=fp（XFr+YFa）,
19、知识回顾和问题,如图所示，某轴由一对7209 AC轴承支承，轴承采用面对面安装形式。已知两轴承径向载荷分别为Fr1=3000N，Fr2=4000N，轴上作用有轴向外载荷Fa=1800N。载荷平稳，在室温下工作，转速n=1000r/min。该轴承额定动载荷C=29800N，内部轴向力S=0.4Fr，e=0.68，试计算此对轴承的使用寿命。,例题：,Fa,知识回顾和问题,解题思路！,P = fp( XF r + Y Fa ),P?,fp，X和Y，Fr和Fa ？,根据题意，有表13-6可得fp， 根据表13-5可得X和Y,Fr和Fa ？,Fa/Fre，Fa/Fre,e ?,Fr1 Fa1 Fr2 F
20、a2,S1=0.4Fr1=1200N S2=0.4Fr2=1600N 因为Fa+S1S2 故 Fa1=S1=1200N Fa2=S1+Fa=3000N 比较两轴承受力，只需校核轴承2。,Fa,Fa,1、定方向：正装面对面，反装背靠背；,2、判松紧：判断“压紧”、“放松”轴承；,3、巧计算：,4、查系数：X、Y，fp，e，ft;,5、算载荷：,P = fp( XF r + Y Fa ),6、求寿命：,知识回顾和问题,4）若蜗轮轴采用如图b所示的两个角接触轴承7209 C支撑形式, L=100mm，蜗杆传动效率1 = 0.7，卷筒、联轴器(连接蜗轮轴与卷筒轴)、蜗轮轴上轴承的效率合计为2 = 0.
21、8，轴承7209 C的基本额定动载荷和基本额定静载荷分别为C = 29800N、C0 = 23800N, 其内部轴向力S=0.4Fr，径向载荷系数X和轴向载荷系数Y分别为0.44和1.36，fT=1.0，fP=1.5，试计算轴承II的寿命Lh为多少小时？（10分）,知识回顾和问题,1、滚动轴承支撑的结构形式：两端固定支撑、一端双向固定，一端游动、两端游动；,2、滚动轴承的轴向定位：内圈与轴、外圈与孔座；,3、滚动轴承支撑的刚度和孔座的同心度；,4、滚动轴承游隙和轴系轴向位置的调整；,5、滚动轴承的配合：轴承内圈与轴、轴承外圈与轴承孔座；,6、滚动轴承的预紧和装拆；,7、滚动轴承的润滑与密封；,8、联轴器和离合器概论，重点是联轴器和离合器的分类及不同类别的应用。,知识回顾和问题,1、学习自修之道2、掌握基础知识3、实践贯通4、培养兴趣5、积极主动人生观6、掌控时间7、为人处事,大学培养的七种能力,有志者，事竟成，破釜沉舟， 百二秦关终属楚；,苦心人，天不负，卧薪尝胆， 三千越甲可吞吴。,祝同学们：身体健康，生活快乐，学业有成！,
