同济大学机械设计总复
习重点
文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
同济机械学院《机械设计》复习要点
一、机械设计中的强度问题 1、几种稳定循环变应力 （1）变应力参数
最大压力 m ax σ 最小应力 min σ 应力幅 2
min
max σσσ-=a
平均应力 2
min
max σσσ+=m
应力比（循环特性） m ax
m in
σσγ=
（2）对称循环变应力：max min σσ-=、max σσ=a 、0=m σ、1-=γ （3）脉动循环变应力：0min =σ、2
max
σσ=a 、2
max
σσ=
m 、0=γ
（4）静应力
2、变应力下的强度条件
（1）不同循环次数N 时的疲劳极限
当0N N 时 N m N K N
N ⋅==γγγσσσ0
当0N N 时 γγσσ=N
（2）同一循环次数，不同应力比（循环特性）γ时的疲劳极限
已知材料的机械性能1-σ、0σ（σϕ）、s σ，可作出（材料的极限应力）γσ的简图 （σK ）零件的极限应力图 应力比：C =γ时 平均应力：C m =σ时 最小应力：C =min σ时 例：
二、机械传动 A 、带传动
1、带传动的工作情况分析
受力分析：0212F F F =+ e F F F =-21
αv f e F F =2
1
1201-=+=ααv v f f ec ec
e e F F F F 1
1
202-=-=αv f ec ec e F F F F
1
1
20lim
+-==ααv v f f ec f e e F F F
应力分析：拉应力 弯曲应力 离心拉应力
2min σσσ+=c 11max b c σσσσ++=
运动分析：
2、带传动的失效形式及设计准则：
3、带传动的设计：
4、张紧装置：定期张紧装置自动张紧装置张紧轮的布置例：P164习题8-1、8-2
B、齿轮传动
1、齿轮传动的失效形式：
轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨料磨损、齿面塑性变形2、设计准则
3、齿轮材料及热处理
对齿轮材料性能的基本要求：为齿面要硬、齿芯要韧 锻钢、铸钢、铸铁、非金属 4、直齿圆柱齿轮传动
（1）受力分析：力的大小 力的方向 （2）计算载荷：βαK K K K K V A = （3）齿轮强度条件：
齿面接触疲劳强度条件、齿根弯曲疲劳强度条件 （4）讨论：
1）接触应力与接触强度 2）弯曲应力与弯曲强度
3）齿形系数 ↓↑→F Y z
4）提高齿轮接触疲劳强度的措施：几何参数d 、b 、材料[]H σ 5）提高齿根弯曲疲劳强度的措施：几何参数m 、b 、材料[]F σ 5、斜齿圆柱齿轮传动
（1）斜齿轮强度计算的特点：当量齿轮 计算特点 （2）受力分析：力的分解 力的大小 力的方向 （3）斜齿轮的强度条件
尺寸相同时： 斜齿轮承载能力大于直齿轮 外载和材料相同时： 斜齿轮尺寸小于直齿轮 6、直齿圆锥齿轮传动
（1）直齿圆锥齿轮强度计算的特点：当量齿轮 计算特点 （2）受力分析： 力的大小 主、从动轮上力的关系 力的方向 7、齿轮设计中有关参数的选择原则 （1）材料与热处理方式 （2）精度等级 （3）齿数 （4）齿宽系数 （5）模数 （6）分度圆螺旋角 例：P236习题10-1、10-7 8、蜗杆传动
蜗杆传动的类型及其特点：
主要参数
蜗杆传动的失效形式和设计准则
材料及热处理
普通圆柱蜗杆传动
蜗杆传动的效率和热平衡计算
例：P272习题11-1
三、轴系零、部件 1、滑动轴承
（1）不完全液体润滑滑动轴承的失效形式及计算准则
（2）液体动力润滑径向滑动轴承的基本理论 1）压力油膜形成的原理 2）流体动力润滑的基本方程 一维雷诺方程
306h
h h v dx dp
-=η 讨论一：形成流体动力润滑（形成动压油膜）的必要条件： 由
306h
h h v dx dp
-=η 1）两工作表面必须形成收敛的楔形间隙 若0h h =，则
0=dx
dp
2）两工作表面必须有一定的相对运动，且V 方向是从大口到小口 3）间隙中必须连续充满具有一定粘度的润滑油
无粘度→各油层无速度→两板间油无流动→不能形成油膜压力
讨论二：径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程
（3）承载能力计算公式P C vB
F 2
2ψη=
1）当轴承结构（d ,B ,ψ,χ,η,v ）确定
由P C d B ⇒⎪⎭
⎪
⎬⎫χ，则可计算承受多大的径向载荷F
2）计算F vB
C P ηψ22
=
由χ⇒⎪⎭
⎪
⎬⎫P C d B ，则可计算承受径向外载荷F 时，要多大的()χψ-=1min r h
3）主要参数的选择 相对间隙r r R -=
ψ、宽径比d B 、偏心率r
R e
-=χ、 最小油膜厚度()χψ-=1min r h
4）热平衡计算
2、滚动轴承
（1）滚动轴承的主要类型：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承（2）滚动轴承的代号：基本代号
（3）滚动轴承的类型选择
1）载荷的大小、方向和性质
2）其它：转速、旋转精度、调心性能、装拆方便、价格
（4）滚动轴承的尺寸选择
（5）滚动轴承的组合设计
1）轴系支承的结构形式：
双支点各单向固定
一支点双向固定、另一支点游动
两端游动支承
2）轴系支承设计的两个特殊问题
（6）滚动轴承的疲劳寿命计算
1）寿命计算公式
2）轴承的当量动载荷：考虑实际工况，引入载荷系数
f
P
3）角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷
F的计算
a
4
）轴承寿命计算步骤
例：P338例13-1、13-2
3、轴 （1）轴的类型 （2）轴的强度计算
1）按扭转强度计算（初估轴径）
3
0n
P A d ≥ 2）按弯扭合成强度计算（一般轴）
将T 产生的扭剪应力转化为对称循环变化来考虑()22T M M ca α+=
[]1-≤=
σσW
M ca
ca 3）按安全系数校核计算（重要轴）
[]S S S S S S ca ≥+=
2
2τστ
σ []S K S m a ≥+=
-σϕσσσσσ1 []S K S m
a ≥+=-τϕτττττ1
考虑应力集中、绝对尺寸、表面质量及强化措施对轴疲劳强度的影响
（3）轴系结构设计 例：P383习题15-4、15-6
四、机械连接 1、螺纹连接 （1）螺纹副的受力 1）螺纹副的效率：()
v ϕψψ
η+=
tan tan
三角形螺纹效率低、用于连接，矩形、梯形、锯齿形螺纹用于传动。
2）螺纹的自锁条件：v ϕψ≤
三角形螺纹v ϕ最大，自锁性好，用于连接 细牙螺纹螺距p 小，升角ψ小，易满足自锁条件 （2）螺纹连接的基本类型
螺栓连接 双头螺柱连接 螺钉连接 紧定螺钉连接 （3）单个螺栓连接的强度计算 1）松螺栓连接：[]σπσ≤=
4
21d F
2）受横向载荷的紧螺栓连接： 普通螺栓连接：f F
K F s =0 []σπσ≤=4
3.1210d F ca 铰制孔用螺栓连接 螺栓杆受剪：[]τπτ≤=
4
2
0d F 杆与壁受挤压：[]
p p h d F
σσ≤=0 3）受轴向载荷的紧螺栓连接：
螺栓和被连接件的受力与变形
螺栓所受总拉力2F =工作拉力F +剩余预紧力1F 总拉力F C C C F F m b b ++
=02 剩余预紧力F C C C F F m
b m
+-=01
减小总拉力变化幅度
若工作拉力变化：0~F ；则总拉力变化： 0F ~F C C C F m
b b
++0
减小b C ；增大m C 强度条件：[]σπσ≤=
4
3.1212
d F ca 保证连接的紧密性：剩余预紧力01 F （4）螺栓组连接设计
受力分析： 例：P92例题，P101习题5-5 （5）防松措施
防松的根本问题：防止螺旋副在受载时发生相对转动 摩擦防松 机械防松
破坏螺旋副运动关系防松 2、键连接 （1）平键连接
键的剖面尺寸b 、h 按轴径d 从标准中选取 键的长度l 根据轮廓宽度确定
（2）花键连接特点3、联轴器、离合器和制动器。