濮良贵机械设计课件(第八版)完整版
濮良贵《机械设计》(第8版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(键、花键、无键连接和销连接)【圣才出品
6.1 复习笔记一、键连接1．键连接概述（1）功能：键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩；有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。
（2）主要类型：平键连接、半圆键连接、楔键连接、切向键连接。
①平键连接键的两侧面是工作面，工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩。
平键具有结构简单、装拆方便、对中性好的优点，但是平键连接不能承受轴向力，不能用于轴向固定。
其按用途可分为普通平键、薄型平键、导向平键和滑键。
a.普通平键按构造分为圆头（A型）、平头（B型）和单圆头（C型）；b.薄型平键与普通平薄的主要区别是键的高度约为普通平键的60～70%。
但薄型平键传递转矩的能力较低，常用于薄壁结构、空心轴及一些径向尺寸受限制的场合；c.导向平键长度较长，需用螺钉固定，为便于装拆，制有起键螺孔；d.滑移距离较大时，所需导向平键过长，制造困难，此时可采用滑键。
②半圆键连接半圆键工作时，靠其侧面来传递转矩。
优点：工艺性较好，装配方便，尤其适用于锥形轴端与轮毂的连接；缺点：轴上键槽较深，对轴的强度削弱较大，故一般只用于轻载静连接中。
楔键的上下两面是工作面，键的上表面和与它相配合的轮毂键槽地面均有1：100的斜度。
工作时，靠键的楔紧作用来传递转矩，同时还可以承受单向的轴向载荷。
由于楔键楔紧后，轴与轮毂的配合易产生偏心和偏斜，因此主要用于毂类零件的定心精度要求不高和低转速的场合。
④切向键连接切向键是由一对斜度为1：100的楔键组成，其工作面是由一对楔键沿斜面拼合后相互平行的两个窄面。
当需要传递双向转矩时，必须用两个切向键，两者之间的夹角为120°～130°。
2．键的选择和键连接强度计算（1）键的选择键的类型应根据键连接的结构特点、使用要求和工作条件来选择；键的横截面尺寸b×h按轴的直径d由标准中选定。
键的长度L一般可由轮毂的长度而定，即键长等于或略短于轮毂长。
（2）平键连接强度计算平键连接（静连接）的主要失效形式工作面被压溃，通常只按工作面上的挤压应力进行条件性强度计算导向平键连接和滑键连接（动连接）的主要失效形式是工作面的过度磨损，通常按工作面上的压力进行条件性强度计算式中，l 为键的工作长度，圆头平键ｌ=L -b ，平头平键l =L ；为键、轴、轮毂三者p σ⎡⎤⎣⎦中最弱材料的许用挤压应力；[p ]为键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用压力。
濮良贵《机械设计》(第8版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(铆接、焊接、胶接和过盈连接)【圣才出品
第7章 铆接、焊接、胶接和过盈连接7.1 复习笔记一、铆接铆钉连接（简称铆接）是将铆钉穿过被连接件的预制孔经铆合后形成的不可拆卸连接。
1．铆缝的分类、特性和应用（1）分类按铆钉的排数可分为：单排、双排和多排；按铆缝的性能可分为：强固铆缝、强密铆缝和紧密铆缝；按接头情况可分为：有搭接逢、单盖板对接缝和双盖板对接缝。
（2）特性和应用铆接工艺设备简单、抗振、耐冲击、传力均匀、牢固可靠，但结构一般较为笨重，被铆件的强度削弱较大，铆接时噪音大，劳动条件差。
因此，目前除在桥梁、建筑、飞机制造等部门中采用外，应用已渐减少，并为焊接、胶接所代替。
2．铆缝的受力及破坏形式、强度计算（1）受力及破坏形式铆接主要靠铆钉的剪切和与孔壁间的挤压传递作用力，其失效形式主要有铆钉被剪断、板边被剪坏或被撕裂、钉孔接触面被压坏、板沿钉孔被拉断。
（2）强度计算对于单排搭接铆缝的强度，主要进行静强度分析，包括以下几个方面：①被铆件的拉伸强度条件[]1()F t zd δσ=-②被铆件上孔壁的挤压强度条件2p []F dz δσ=③铆钉的剪切强度条件23[]4d z F πτ=式中，为被铆接件厚度；b 为板宽；d 为铆钉直径；z 为铆钉数目；、、δ[]σp σ⎡⎤⎣⎦分别为被铆接件的许用拉应力、许用挤压应力和铆钉的许用切应力。
[]τ3．铆缝的强度系数被铆件遭到钉孔削弱后的强度与完整时的强度之比，称为铆缝的强度系数，用表示。
ϕ二、焊接焊接是利用局部加热(或加压)的方法使被连接件接头处的材料熔融连接成一体。
1．类型、特性和应用（1）焊接的类型如图7-1（a ）所示，其中，电弧焊中焊缝的基本类型如图7-1（b ）所示。
图7-1（2）特性和应用与铆接相比，焊接具有强度高、工艺简单、附加质量小、劳动条件较好等优点。
另外，以焊代铸可节约金属，降低成本。
因此应用日益广泛。
2．焊接件常用材料及焊条（1）焊接的金属结构件常用的材料：Q215、Q235、Q255等；（2）焊接的零件常用的材料：Q275、15～50号碳钢，以及50Mn、50Mn2、50SiMn2等合金钢。
机械设计课件濮良贵版本02 机械设计总论
出现反反复复，在设计中要注意运用先进的设计方法、设计手段来进行设计，如
缩短开发周期，使产品尽快地进入市场、占领市场，获得最大的经济效益和社会
采用优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计等来提高设计质量，加快设计速度，
效益。
计划阶段 (提出问题) 方案设计阶段 (分析问题) 技术设计阶段 (解决问题)
市场调研、比较分析并拟定设计任务书如:开发的吨位、 市场的占有率、社会效益、经济效益、性能的先进性等 对机器进行功能分析，组合出设计方案以供选择，评价 决策、选择最终方案。如：四轮、三轮；柴油机、汽油 机；有无驾驶室；传动方案（皮带、链、传动轴）等 机器运动学设计：原动机参数--各运动构件的运动参数 机器动力学计算：由运动参数计算零件所受载荷的大小 零件工作能力设计：由载荷进行零件的初步设计 部件装配草图及总装配草图设计：绘图（总装图、部件 图、零件图 主要零件的校核 初步计算及设计 设计说明书、工艺文件、标准件、自制件、外协件明细 表、使用说明书等 样机试制、检测、验收、改进原型的设计
优越性： 1）提高质量，降低成本； 2）统一了材料和零件的性能指标，提高了零件性能的可靠性； 3）简化设计工作，提高设计质量，简化机器的维修。
系列化：对同一产品，为了适应不同的使用条件，在同一基本结构或基本尺寸
的条件下，规定出若干个辅助尺寸不同的产品，称为不同的系列（如：滚动轴 承的直径系列、宽度系列，工程机械的系列化）。
2）加工批量和加工费用；
3）材料的利用率； 4）局部品质原则；
5）节约稀有材料（尽量用廉价材料来代替价格相对昂贵的稀有材料）；
6）材料的供应状况。
§2-10 机械零件设计中的标准化
标准化：对零件的尺寸、结构要素、材料特性、检验方法、设计方法、制图要 求等制定出统一的共同遵守的标准（如：螺纹联接件，滚动轴承等用途最广的零 件进行大量的、集中制造，用户根据要求选用）。
机械设计小抄(第八版-濮良贵)
机械零件由于某种原因丧失工作能力或达不到设计要求的性能称为失效。
机械零件的主要失效形式有：整体断裂；过大的残余变形（塑性变形）；零件的表面破坏，主要是腐蚀、磨损和接触疲劳；破坏正常工作条件引起的失效机械零件的设计准则是指机械零件设计计算时应遵循的原则。
主要设计准则有：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则。
机械零件的基本设计要求有：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；质量小要求；可靠性要求。
机械零件的一般设计步骤是：（1）选择零件的类型和结构；（2）计算作用载荷；（3）选择材料；（4）确定基本尺寸；（5）结构设计；（6）校核计算；（7）绘图和编写技术文件。
机械零件金属材料的在选用时考虑因素：载荷、应力及其分布状况,零件的工作情况；零件的尺寸及质量；零件结构的复杂程度及材料的加工可能性；材料的经济性；材料的供应状况。
影响机械零件疲劳强度的因素有零件几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因素。
提高机械零件的疲劳强度措施：1）尽可能降低零件上应力集中的影响是提高零件疲劳强度的首要措施。
应尽量减少零件结构形状和尺寸的突变或使其变化尽可能地平滑和均匀。
在不可避免地要产生较大的应力集中的结构处，可采用减荷槽来降低应力集中的作用；2）选用疲劳强度大的材料和规定能够提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺；3）提高零件的表面质量；4尽可能地减小或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。
机械零件的一般磨损过程大致分为三个阶段：磨合阶段：新的摩擦副表面较粗糙，在一定载荷的作用下，摩擦表面逐渐被磨平，实际接触面积逐渐增大，磨损速度开始很快，然后减慢；稳定磨损阶段：经过磨合，摩擦表面加工硬化，微观几何形状改变，从而建立了弹性接触的条件，磨损速度缓慢，处于稳定状态；剧烈磨损阶段：经过较长时间的稳定磨损后，因零件表面遭到破化，湿摩擦条件发生加大的变化（如温度的急剧升高，金属组织的变化等），磨损速度急剧增加，这时机械效率下降，精度降低，出现异常的噪声及振动，最后导致零件失效。
机械设计(第八版)课后答案 濮良贵 纪名刚
得蜗轮的基本许用接触应力
.
蜗杆传动的工作寿命 Lh=12000h,蜗轮轮的应力循环次数为
寿命系数为 蜗轮齿面的许用接触应力为
3、计算中心距
,取中心距 a=125mm,因 i12=20,故从教材表 11-2 中取模数 m=5mm,蜗
杆分度圆直径 d1=50mm,这时 d1/a=0.4,由教材图 11-8 查得接触系数
蜗轮齿根圆 直径 蜗轮咽喉母圆半径 (3)校核齿根弯曲疲劳强度：
1、确定各计算系数。法量齿数
根据 x2=-0.375 和
，则教材图 11-19 查得齿形系数
。螺旋角影响系数
2、确定许用弯曲应力。由教材表 11-8 查得蜗轮的基本许用弯曲应力为
.
寿命系数
许用弯曲应力
3、校核计算 满足强度条件。 （4）热平衡计算。取润滑油的最高工作温度
提高轮齿抗弯疲劳强度的措施有：增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，可降 低齿根应力集中;增大轴和支承的则度，可减小齿面局部受载；采取合适的热处 理方法使轮世部具有足够的韧性；在齿根部进行喷丸、滚压等表面强度，降低齿 轮表面粗糙度，齿轮采用正变位等。 提高齿面抗 点蚀能力的措施有：提高齿面硬度；降低表面粗糙度；增大润滑油 粘度；提高加工、发装精度以减小动载荷 ；在许可范围内采用较大变位系数正 传动，可增大齿轮传动的综合曲率半径。 10-6 解（1）选用齿轮的材料和精度等级，由教材表 10-1 可知，大小齿轮材料均为 45 号钢调质，小齿轮齿面硬度为 250HBS,大齿轮齿面硬度为 220HBS. 选精度等级为 7 级。 （2）按齿面接触疲劳强度设计。 1、小齿轮传递的转矩
11-2
解：采用渐开线蜗杆（ZI），考虑到是低速中载的蜗杆，蜗杆用 45 呈钢，蜗杆螺旋齿面要不熟淬火，硬度为 45-55HRC， 蜗轮用铸锡磷青铜 ZCuSn10P1,金属模铸造。 （1）按齿面接触疲劳强度设计：
机械设计第八版西工课件
Ff为悬垂拉力，与链条松边的垂度和传动的布置方式有关。
在上述各式中，P 为传递的功率（kW)；v为链速(m/s)；q为单位长度链 条的质量(kg/m)。
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设计C时o，p链y节ri数gh以t取2为0偶19数-为2宜01，9这A样s可pose Pty Ltd.
避免使用过渡链节，因为过渡链节会使链的承 载能力下降。
滚子链的规格和主要参数
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§9-6 滚子链传动的设计计算 §9-7 链传动的布置、张紧和润滑
链传动的特点及应用
链传动是依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。
特点及应用1
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滚子链链轮的结构和材料
度的链传动中，链传动的承载能力主要取决于链板的疲劳强度；随着链轮
转速的增高，链传动的多边形效应增大，传动能力主要取决于滚子和套筒
机械设计濮良贵
非金属材料
橡胶：
弹性、绝缘性好 常用作弹性元件和密封元件、减震元件
塑料：
重量轻、易加工成形、减摩性好，强度 低
可作为普通机械零件、绝缘体
陶瓷：
电热性好，硬度高 复合材料
2、机械零件材料选用的原则
考虑三个方面的要求 使用要求（首要考虑）： 零件的工况 对零件尺寸和质量的限制 零件的重要程度 工艺要求： 毛坯制造 机械加工 热处理
同一零件发生失效的形式可能有数种
? 确定失效形式的方法： 1. 实践 2. 理论分析 3. 试验
? 失效分析步骤
? 确定可能的失效形式 ? 分析引起失效的原因 ? 针对失效原因建立数学模型 ? 得到设计参数与失效的定量关系（工作能力条
件，如强度条件，刚度条件，寿命条件等）
二、载荷和应力分类
? 1.载荷
F
?b
( 1?
1?
?
2 1
?
1?
?
2 2
),
E1
E2
[ ? H max ? ? H max ]
11 1 ??
? ?1 ?2
?1
?2
4.2 挤压强度
? P ? [? P ]
F ?P ? A
4.3 表面磨损强度
表面滑动，速度低，压力大，限制表面压强
p ? [ p]
速度较高，限制摩擦功，即限制温升
pv ? [ pv]
速度高，限制速度
v ? [v]
五、机械零件的刚度
? 刚度：零件材料抵抗弹性（扭转、弯曲）变形 的能力。
同类金属零件的弹性模量相差不大，以昂贵 的高强度合金钢代替普通碳钢来提高零件的刚度 不起作用。
六、机械零件的可靠性
机械设计课件濮良贵版本11
普通蜗杆传动的参数与尺寸
四、导程角g
在m和d1为标准值时, z1↑→g↑
五、传动比 i
六、蜗轮齿数z2
蜗轮齿数主要取决于传动比, 即z2= i z1 。 z2不宜太小（如z2＜26), 否则将使传动平稳性变差。 z2也不宜太大, 否则在模数一定时, 蜗轮直径将增大, 从而使相啮合的蜗杆支承间距加大, 降低蜗杆的弯曲刚度。 （Z1与Z2的荐用值表）
系统因摩擦功耗产生的热量为:
自然冷却从箱壁散去的热量为:
在热平衡条件下可得:
可用于系统热平衡验算, 一般to≤70~80℃
可用于结构设计
ad－箱体表面的散热系数, 可取ad ＝(8.15~17.45)W/(m2•℃)；
S －箱体的可散热面积(m2)；
t0－润滑油的工作温度(℃)； ta－环境温度(℃)。
普通蜗杆传动的效率、润滑与热平衡
一、蜗杆传动的效率
h1─计及啮合摩擦损耗的效率；
h2─计及轴承摩擦损耗的效率；
h3─计及溅油损耗的效率；
h1是对总效率影响最大的因素，可由下式确定:
所以 Z1↑→γ↑→η↑
效率与蜗杆头数的大致关系为: 蜗杆头数 １ ２ ４ ６ 总 效 率 0.70 0.80 0.90 0.95
蜗轮常用材料有：铸造锡青铜、铸造铝青铜、灰铸铁等。
普通蜗杆传动的承载能力计算
四、蜗杆传动的受力分析
蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮的受力分析相同, 轮齿在受到法向载荷Fn的情况下, 可分解出径向载荷Fr、周向载荷Ft、轴向载荷Fa。
蜗杆传动受力方向判断
五、蜗杆传动强度计算
在不计摩擦力时，有以下关系:
第十一章 蜗杆传动
§11-1 蜗杆传动概述
机械设计课件濮良贵版本
濮良贵版本的背景
1 专业经验
濮良贵教授是机械工程领域的权威，拥有超过20年的教学和实践泛关注，并在工程设计方面作出了重要贡献。
3 教材编写
濮良贵教授从实践出发，精心编写了这个课件，以便学生更好地理解机械设计。
课程目标
1 扎实基础
2 应用能力
通过学习本课程，你将掌握机械设计的核 心概念，建立坚实的基础。
机械设计课件濮良贵版本
欢迎来到机械设计课件濮良贵版本。将通过生动的教学方法和丰富的内容， 为你展示机械设计的核心概念和应用。
课程介绍
1 基础知识
掌握机械设计的基本原理和技术，为日后深入学习打下坚实的基础。
2 实践机会
通过项目和实验，将理论知识应用于实际情境，提升解决复杂问题的能力。
3 行业应用
了解机械设计在各个行业的应用，为未来就业做好准备。
结语
通过机械设计课件濮良贵版本，你将得到广泛的知识和技能，为未来的机械设计职业发展奠定坚实基石。 开始你的机械设计之旅吧！
你将学会将理论知识应用于实际问题，并 开发出创新的机械设计解决方案。
3 团队合作
4 职业发展
通过合作项目和讨论，培养团队合作和沟 通能力，为未来的工作做好准备。
本课程将帮助你了解机械设计行业的最新 趋势和发展机会，为就业做好准备。
课程大纲
热力学基础
掌握热力学概念和应用， 了解物体的热力学性质和 能量转化。
机械元件设计
学习各种机械元件的设计 原理和计算方法，包括轴 承、齿轮和联轴器等。
机械系统分析
通过系统分析方法，了解 机械系统的运行和性能优 化。
计算机辅助设计
使用计算机辅助设计软件进行机械设计，提 高效率和精度。
创新设计案例