第二章机械设计总论
机械设计第十版考点知识点总结
第一章绪论1.机器是用来代替人们体力和部分脑力劳动的工具。
2.机器的基本组成要素是机械零件。
第二章机械设计总论1.原动机部分是驱动整部机器完成预定功能的动力源。
2.执行部分是用来完成机器预定功能的组成部分。
3.传动部分是用来完成运动形式、运动及动力参数转变的。
4.机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。
5.设计机器的一般程序：计划阶段、方案设计阶段、技术设计阶段、技术文件编制阶段、计算机在机械设计中的应用。
6.机器的主要要求：使用功能要求、经济性要求、劳动保护和环境保护要求、寿命可靠性的要求。
7.机械零件的主要失效形式：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏、破坏正常工作条件引起的失效。
8.设计机械零件时应满足的基本要求：避免在预定寿命期内失效的要求、结构工艺性要求、经济性要求、质量小的要求、可靠性要求。
9.避免在预定寿命期内失效要求：强度、刚度、寿命。
10.机械零件的设计准则：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则。
11.平均工作时间MTTF：对不可修复的零件，其失效前的平均工作时间。
12.平均故障间隔时间MTBF：对可修复的零件，其平均故障间隔时间。
第三章机械零件的强度1.机械中各零件之间力的传递，是通过两个零件的接触来实现的，接触分为外接触和内接触，也可分为点接触和线接触。
2.可以吧一切引起失效的外部作用的参数称为应力，把零件本身抵抗失效的能力称为强度。
第四章摩擦、磨损及润滑概述1.当在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力的影响而发生相对滑动，或有相对滑动的趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这一自然现象称为摩擦，产生的阻力称为摩擦力。
2.摩擦分为两类：一类是发生在物质内部，阻碍分子间相对运动的内摩擦；另一类是当相互接触的两个物体发生相对滑动或有相对滑动的趋势时，在接触表面上产生的阻碍相对滑动的外摩擦。
3.仅有相对滑动趋势时的摩擦称为静摩擦。
4.相对滑动进行中的摩擦称为动摩擦。
机械设计总论(ppt 95页)
3. 寿命要求 影响零件寿命的主要因素有
疲劳破坏 腐蚀 磨损
大部分零件工作在变应力下，疲劳破坏是引起 零件破坏的主要原因。影响疲劳强度的因素有
▲应力集中 ▲零件的尺寸大小 ▲零件表面质量及环境状况 零件处在腐蚀性介质中工作时，可能使材料遭到腐蚀。
2、经过优化的举升液压缸布置方式
3 举升运输装备结构设计
四、技术文件编制
技术文件
设计说明书 使用说明书 零件明细表 标准件汇总表
试验大纲 ……
湘电风能： 大型叶片举升运输装备
叶片水平运输时，运输装备图。
湘电风能： 大型叶片举升运输装备
叶片举升一定角度运输图。
§2-3 对机器的主要要求
设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下， 根据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何， 一般来说，对机器都要提出以下的基本要求：
机械零件失效实例：
潘存云教授研制
齿轮轮齿折断
潘存云教授研制
轮齿塑性变形
潘存云教授研制
轴承内圈破裂
潘存云教授研制
轴承外圈塑性变形
潘存云教授研制
轴瓦磨损
潘存云教授研制
齿面接触疲劳
失效原因: 强度、刚度4.79%; 腐蚀、磨损、疲劳破坏占73.88%，是主要失效原
机器实例
机器实例
控制部分——保证机器的启动、停止和正常协调动 作。
传感部分——将机器的工作参数，如位移、速 度、加速度、温度、压力等反馈给控制部分。
辅助部分——包括机器的润滑、显示、照明等。 也是保证机器正常工作不可缺少的部分
§2-2 设计机器的一般程序
一般而言，机器的设计阶段是决定机器好坏的 关键一环。机械设计是一个创造性的工作过程，实 践经验是保证设计质量的重要因素。因此，要求设 计者特别注意经验的积累。
机械设计第二章
破坏正常工作条件引起的失效 胶合
打滑、共振、
机械电子工程学院
机械零件失效的实例：
齿轮轴断裂 整体塑变
轮齿磨损
机械电子工程学院
机械零件失效的实例：
齿轮轮齿折断
轴承内圈破裂
轮齿塑性变形
机械电子工程学院
轴承外圈塑性变形
机械零件失效的实例：
被联件拉断
被联件相对滑移
机械电子工程学院
轴瓦磨损
齿面接触疲劳
机械电子工程学院
2. 经验设计
根据经验关系式，用类比的方法所进行的设计。如：箱
体的结构设计
2016/12/27
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机械电子工程学院
3. 模型实验设计
把初步设计的零、部件或机器作成小模型或小尺
寸样机进行实验。如：飞机、桥梁的风洞实验。
机械电子工程学院
第八节 机械零件设计的一般步骤
机械电子工程学院
机械电子工程学院
四、质量小的要求
减小零件质量的好处： 节约材料。 减小惯性；改善机器的动力性能。 便于运输。
机械电子工程学院
五、可靠性要求
机械零件设计过程中存在不确定因素 参数不确定性：尺寸参数（制造精度） 设计参数（数据不足）
模型不确定性： （1）材料各向同性；
（2）小变形及线弹性；
（3）简化的简支梁； （4）圆柱体接触； （5）齿轮都是刚性体。
编制技术文件
第二节
机器的运动学设计
设计机器的一般程序
根据确定的结构方案 确定原动件参数（功率、转速、线速度） 确定各运动部件的运动参数（转速、速度、加速度）
机器的动力学计算
计算各主要零件所受的名义载荷
零件的工作能力设计
依据零件的设计准则和名义载荷，确定零部 件的基本尺寸
机械设计习题解答
机械设计习题解答第2章机械设计总论一、填空题1．当机械零件出现疲劳断裂时，应按 A 准则计算。
A．强度； B.刚度； C.寿命； D.振动稳定性2.零件的工作安全系数为 B 。
A．零件的极限应力比许用应力； B.零件的极限应力比工作应力C.零件的工作应力比许用应力；D.零件的工作应力比极限应力3.对大量生产、强度要求高、尺寸不大、形状不复杂的零件，应选择 D 。
A．铸造； B.冲压； C.自由锻造； D.模锻二、是非题1.当零件可能出现塑性变形时，应按刚性准则计算。
（×）2．调质钢的回火温度越高，其硬度和强度将越低，塑性越好。
（√）3.机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。
（√）4.疲劳破坏是引起大部分机械零件破坏的主要原因。
（√）5.随着工作时间的延长，零件的可靠度总是不变。
（×）第3章机械零件的强度一、简答题1.弯曲疲劳极限的综合影响系数的含义是什么？它与那些因素有关？它对零件疲劳强度与静强度各有何影响？答：① 综合影响系数()D k σ的含义：在对称循环时，()D k σ是试件与零件疲劳极限的比值；在非对称循环时，()D k σ是试件与零件极限应力幅的比值。
② ()D k σ与零件的有效应力集中系数、尺寸系数、表面状态系数有关。
③ ()D k σ对零件的疲劳强度有影响，对零件的静强度没有影响。
2.零件的等寿命疲劳曲线与材料试件的等寿命疲劳曲线有何区别？零件和材料试件的失效形式是否总是相同的？为什么？答：① 零件的等寿命疲劳曲线相对于材料试件的等寿命疲劳曲线下移了一段距离。
② 在相同变应力作用下，两者的失效规律并不总是相同的，因为零件疲劳曲线中疲劳破坏的范围增大了。
3.试说明承受循环变应力的机械零件，在什么情况下可按静条件强度计算？在什么情况下按疲劳强度条件计算？答：承受循环变应力的机械零件，当应力循环次数310N ≤时，按静强度条件计算；当极限应力点与疲劳极限应力曲线中的屈服曲线相交时，也按静强度计算。
机械设计期末知识点总结
第一章绪论1.通用零件、专用零件有哪些？P4通用零件：传动零件——带、链、齿轮、蜗轮蜗杆等；连接零件——平键、花键、销、螺母、螺栓、螺钉等；轴系零件——滚动轴承、联轴器、离合器等。
专用零件：汽轮机的叶片、内燃机的活塞、纺织机械中的纺锭、织梭等。
第二章机械设计总论1.机器的组成。
P5机器的组成：原动机部分、传动机部分、执行部分、测控系统、辅助系统。
2.机械零件的主要失效形式有哪些？P13①整体断裂；②过大的残余变形；③零件的表面破坏；④破坏正常工作条件引起的失效。
3.机械零件的设计准则有哪些？P16①强度准则；②刚度准则；③寿命准则；④振动稳定性准则；⑤可靠性准则。
第三章机械零件的强度1.交变应力参数有哪些？应力比r的定义是什么？r = -1、r =0、r=1分别叫什么？P27最大应力σmax、最小应力σmin、平均应力σm=σmax+σmin2、应力幅度σa=σmax−σmin2、应力比（循环特性系数）r=σminσmax。
最小应力与最大应力之比称为应力比（循环特性系数）。
r = -1：对称循环应力、r =0：脉动循环应力、r =1：静应力。
第五章螺纹连接和螺旋传动1.连接螺纹有哪些？各有哪些特点？P71①普通螺纹。
牙型为等边三角形，牙型角α=60°，内、外螺纹旋合后留有径向间隙。
同一公称直径螺纹按螺距大小可分为粗牙螺纹和细牙螺纹。
②55°非密封管螺纹。
牙型为等腰三角形，牙型角α=55°。
管螺纹为英制细牙螺纹。
可在密封面间添加密封物来保证密封性。
③55°密封管螺纹。
牙型为等腰三角形，牙型角α=55°。
螺纹旋合后，利用本身的变形就可以保证连接的紧密型。
④米制锥螺纹。
牙型角α=60°，螺纹牙顶为平顶。
2.传动螺纹有哪些？各有哪些特点？P72①矩形螺纹。
牙型为正方形，牙型角α=0°。
传动效率比其他螺纹高。
②梯形螺纹。
牙型为等腰梯形，牙型角α=30°。
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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。
机械设计各章选择题及答案
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____3___。
(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__4___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__2___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__2__。
(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_2___。
(1) 屈服点(2) 疲劳极限(3) 强度极限(4) 弹性极限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_3____。
(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___。
(1) 较高(2) 较低(3) 相同3-3 零件的表面经淬火，渗氮，喷丸，滚子碾压等处理后，其疲劳强度__1_____。
(1) 增高(2) 降低(3) 不变(4) 增高或降低视处理方法而定第四章摩擦，磨损及润滑概述一．选择题4-1 现在把研究有关摩擦，磨损与润滑的科学与技术统称为__4_____。
(1) 摩擦理论(2) 磨损理论(3) 润滑理论(4) 摩擦学4-2 两相对滑动的接触表面，依靠吸附的油膜进行润滑的摩擦状态称为__4_____。
《机械设计(3D版)》张继忠第2章 机械设计总论
对机器的主要要求
（五）其他专用要求
设计机器时，在满足前述共同的基本要求的前提下，还应着重地 满足机器的特殊要求，以提高机器的使用性能。
零件是组成机器的基本要素，零件和机器是局部和整体的关系。 因此，机器的各项要求的满足，是以组成机器的机械零件的正确设计 和制造为前提的。亦即零件设计的好坏，将对机器使用性能的优劣起 着决定性的作用。
5. 可靠性要求
在设计零件时需要考虑保证零件的可靠性。零件可靠度的定义和 机器可靠度的定义是相同的，即在规定的使用时间（寿命）内和给 定环境条件下，零件能够正常地完成其功能的概率。
§2-6 机械零件的设计准则
机械零件的计算准则1
设计零件时，首先应根据零件的失效形式确定其设计准则以及相 应的设计计算方法。一般来讲，有以下几种准则：
设计机器的一般程序
（二）方案设计阶段
方案设计阶段对设计的成败起着至关重要的作用。在这一阶段中 也充分地表现出设计工作有多个解（方案）的特点。
实现机器的功能是机器设计的核心。此阶段，对设计任务书提 出的机器功能中必须达到的要求、最低要求及希望达到的要求进行 综合分析，这些功能能否实现，多项功能间有无矛盾，相互间能否 替代等。在此基础上最终确定出功能参数，并作为进一步设计的依 据。
§2-4 机械零件的主要失效形式
机械零件的主要失效形式1
机械零件常见的失效形式有：整体断裂、过大的残余变形、零件 的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。 （一）整体断裂
整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应力超过零件的 强度极限而导致的断裂，或在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断 裂。
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原动机
传动装置
执行机构
控制系统
原动机―驱动整部机器完成预定功能的动力源。 现代机器动力机：电动机、热力机。 运动特点：旋转运动、第直二线章机运械设动计。总论
润滑、显示、照明等辅助系统
原动机
传动装置
执行机构
控制系统
传动装置―在原动机与执行机构之间传递运动、转换运动 方式的装置。机械传动装置是本课程研究的主要内容之一。
第二章机械设计总论
• 目前世界上有名的多用户群的制图软件：
UG, Pro-E, SolidWorks, SolidMAX, Catia, Alias, MasterCAM, Autocad • UG Catia Pro/E是以前的三维界三巨头 ，solider是 近几年才出现的，发展势头比较好，简单实用，上 手比较快，如果只是做简单的机械设计是足够了， 但是作模具，曲面可能有些不足，不过简单易学， 和caxa很像。
执行机构―完成机器预定功能的组成部分，位于传动路线的
终点。
第二章机械设计总论
润滑、显示、照明等辅助系统
原动机
传动装置
执行机构
传感器
控制系统
控制系统―保证机器的启动、停止和正常协调动作。
传感器－将机器的工作参数，如位移、速度、加速度、温度、 压力等反馈给控制系统。
辅助系统－包括机器的润滑、显示、照明等。也是保证机器 正常工作不可缺少的部分第二章机械设计总论
第二章机械设计总论
§2-2 设计机器的一般程序
机械设计的一般过程： ▲ 计划阶段 ▲ 方案设计阶段 ▲ 技术设计阶段 ▲ 技术文件编制阶段 ▲ 试制阶段 ▲ 投产销售
第二章机械设计总论
一、计划阶段
机械设计的任务是根据生产和市场需求提出的。 此时, 对所要设计的机械只是个模糊的概念。 包括：需求分析、明确功能、制定设计任务书。
优点：CAE简单集成了NX Nastran和I-DEAS MasterFEM，运动 学分析加入了ADAMS。加工与Cimatron、Delcam齐名，是目 前最好的三大软件之一。UG提供了丰富且简便的二次开发工 具，可以很轻松的添加功能。他的知识专家系统KF也是CAD 中最优秀的。
掌握UG更容易进入汽车、模具，以及欧洲机械电子类工厂等高 薪行业。
设计任务书
机器的功能 经济性估计 制造要求的大致估计 基本使用要求 预计的设计周期
第二章机械设计总论
二、方案设计阶段
对机器的功能进行综合分析、确定功能参数、提出实现方案。
在制定功能参数时一定要注意恰当处理需要与可能、理想与现 实、长远目标与当前目标等之间的关系。 一般而言，实现同一个功能，有多种可能的方案。以螺纹制 造为例：有车削、滚压、板牙加工等方法。方法不同，其执 行部分的工作原理也不同。
第二章机械பைடு நூலகம்计总论
• catia 做的曲面设计不错， 一般都是用了设计飞机。 3D软件中是上流，但最近才有针对中小用户的软 件，现在设计公司用的不多。
• catia的参数关联性、曲面 、分析、知识专家都是比 UG强。同时Catia对硬件的要求也是比UG高的，特 别耗内存。
• ug的特征建模的方法比较简便，2维作图比较容易。
技术文件
设计说明书 使用说明书 零件明细表 标准件汇总表 产品验收条件 ………….
第二章机械设计总论
提出任务
计
划
分析对机器的要求
确定任务要求
机器功能分析
明确构形要求 结构化
选择材料、确定尺寸 评价
提出可能的解决办法 方
决策—确定结构形状与尺寸
案
组合几种可能的方案 设
技
零件设计
评价
计
术
设
部件设计
决策----选定方案
第二章 机械设计总论
基本要求： 1、明确本课程的内容、性质、特点以及相应的学
习方法，对整个课程有一个大致的了解。 2、了解机械零件设计的基本步骤，弄清零件设计 在机械设计中的地位。 3、了解机械设计的基本原则和设计程序。
第二章机械设计总论
§2-1 机器的组成
人们为了满足生产和生活的需要，研制了类型繁多、功能各异 的机器。尤其是蒸汽机出现之后，使机器具有了完整的形态。
计
第二章机械设计总论
总体设计 编制技术文件
注意的几个问题 着重学习零件的设计方法以及零件参数的合理选择。 除了理论分析和计算以外，更应重视零件结构设计的学习。 ──设计决非只是计算。 性能要求与经济性 ──永远是一对矛盾，应学会合理地解决这一对矛盾。 经验设计与现代设计 ──二者均重要，前者是后者的基础。
动分析、加工不是强项。
第二章机械设计总论
• UG可全参，可无参，可变参，造型思路灵活，如果应用熟练， 复杂零件和装配后期修改非常方便，可去参，可加参，可改参， 实在不行对单个零件推倒重来而不影响整体。曲面有 Imageware的集成，自由曲面造型效果好，曲面功能更强，做 18阶函数以上的曲面更显优势。主要用于汽车、航空航天及相 关模具设计、分析、制造。
第二章机械设计总论
• Pro/E全参（参数化），造型思路严谨，简单零 件和装配在后期修改比较方便。曲面方面有 Style，从CDRS中吸收了很多自由曲面造型的 方法。功能比较强。主要用于消费电子行业及 其模具，属于中流。
缺点是二维图有点麻烦，复杂零件和复杂装配 在前期全参造型速度较慢，后期修改参数很容 易导致更新失败，相对UG工资较低。CAE、运
第二章机械设计总论
•
三维CAD是数字化设计、制造与管理的基础，是现代产品
方案评价原则：经济性、技术上可行。
费用
总费用
使用费用
设计制 造费用
第二章机械设计总论
复杂程度
三、技术设计阶段
绘制总装配草图、部件装配草图，由草图确定零部件的外形、 基本尺寸和零件工作图。
1）机器的运动学设计 确定原动机的参数（功率、转速、线速度等）。求解构件的 运动参数（转速、速度、加速度等）。
2）机器的动力学设计
计算构件所受公称载荷（名义载荷）的大小和特性。
3）零件的工作能力设计 根据工作能力准则作零部件的初步设计。得出零件的基本尺寸。
4）部件装配草图及总装配草图的设计----结构设计
5）主要零件的校核计算
以结构设计尺寸为依据，对零件进行精确的受力分析和工作能
力校核计算
第二章机械设计总论
四、技术文件编制
技术文件----用来说明产品性能、设计、制造、操作使用、 维护、或其它所有与产品相关的文档资料。