武汉理工考研机械设计内部讲义

武汉理工大学《机械设计》2013年考研强化讲义

第一部分 指定教材

机械设计考试教材基本上没有什么变化，历年制定用书情况如下： 2009 《机械设计》彭文生 华中理工大学出版社 第二版 2008 《机械设计》彭文生 华中理工大学出版社 第二版 2007 《机械设计》彭文生 华中理工大学出版社 第二版 《机械设计》濮良贵 高等教育出版社，1989

2006 《机械设计》彭文生 华中理工大学出版社 第二版 《机械设计》濮良贵 高等教育出版社，1989 补充资料：1.机械设计02年到08年考研真题 2.机械设计本科教学课件

3.机械设计课程设计指导书（选看） 推荐使用教材：

《机械设计》彭文生 李志明 黄华梁， 高等教育出版社 《机械设计学习指导与习题集（第二版）》杨昂岳，孙立鹏 杨武山等，华中科技大学出版社 《机械设计与机械原理考研指南（上）》（第二版） 彭文生 杨家军 王均荣 ，华中科技大学出版社

第二部分 分数线、录取人数、公费情况

武汉理工大学机电学院每年录取研究生160名左右，其中免试生占35人左右，强军计划5人左右，除掉以上人数，统考生录取人数约120左右。公费比例60%左右（含免试生），统考生公费比例约45%，但09今天武汉理工大学研究生教育全面改革，将取消公费制度，取而代之的是奖学金制度，具体细则还未确定。但人人都有奖学金，每年按成绩排名重新调整奖学金档次。近三年的录取分数线如下：

20011武汉理工大学复试分数线 院系所码 009 009 009 院系所码 009 009 009 院系所码 009 009 009 学院名称 机电学院 机电学院 机电学院 学院名称 机电学院 机电学院 机电学院 学院名称 机电学院 机电学院 机电学院 专业名称 机械电子工程 机械设计制造及自动化 机械设计及理论 专业名称 机械电子工程 机械设计制造及自动化 机械设计及理论 专业名称 机械电子工程 机械设计制造及自动化 机械设计及理论 总分 320 320 320 总分 306 306 306 总分 305 305 308 政治、英语线 专业课线 43 43 43 62 62 62 2007汉理工大学复试分数线 政治、英语线 专业课线 41 41 41 62 62 62 2006汉理工大学复试分数线 政治、英语线 专业课线 45 45 45 68 68 68 由于从09年起机电学院把机械电子工程、机械设计制造及自动化、机械设计及理论这三个专业合并成机械工程统一招生，且专业排名也统一排名，这对外校的学生争取奖学金提供一个个较好的机会。

第三部分 专业课复习进度安排

结合自己考研总体复习的情况，有计划的组织复习。建议如下：

12月1日---12月20日：重点看教材和课件，结合讲义，逐章按知识点复习，弄清基本概念和常考点。

12月20日---1月9日：做02---08年真题，理解背诵06、07、08三年内部范围，以及大题的答题演练。

第四部分 知识点串讲及强化 （知识点串讲见课件，知识点强化如下）

第一篇 机械设计总论 第一章机械设计总论

考题类型

选择题，填空题，问答题

重点、常考点

1机械零件设计准则 2应力分类

3机械零部件中的磨损 4机械零部件中的润滑

考题、真题回顾

一、机械设计的基本要求是什么？

1实现预定的功能，工作可靠

2经济性好：设计和制造周期短、成本低，产品生产效率高、能耗低、维护管理费用少 3操作方便，运行安全

4标准化、系列化程度高：以便简化设计工作，提高产品质量 5其他要求：环保、噪音、外观等

二、机械零件的主要失效形式有哪些？

断裂：1过载断裂：工作应力超过材料的强度极限σB引起

2疲劳断裂：工作应力超过零件的疲劳极限σr引起 变形：1塑性变形：工作应力超过材料的屈服极限σS引起

2过大弹性变形：零件的刚度不够引起

表面失效：1压溃、过度磨损：零件接触表面上的压应力p过大

2表面疲劳损坏：零件表面接触应力σH过大引起 3胶合：零件工作温升△t过高引起

三、（0701）通常典型的应力变化规律有哪几种？绝大多数转轴中的应力状态属于哪一种？

1.应力比不变2.平均应力不变3.应力最小应力不变转轴中的应力属于应力比等于常数这一类型

①r=-1的对称循环应力②r=0的脉动循环应力③0

四、按摩擦的状态不同，摩擦可以分为哪几种？

1干摩擦：表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦，摩擦系数一般大于0.1 2边界摩擦：表面间被极薄的润滑膜所隔开，且摩擦性质与润滑剂的粘度无关而取决于两表面的特性和润滑油油性的摩擦，摩擦系数约在0.01～0.1

3流体摩擦：表面间的润滑膜把摩擦副完全隔开，摩擦力的大小取决于流体分子内部摩擦力的摩擦，摩擦系数可达0.001～0.008

4混合摩擦：摩擦副处于干摩擦、边界摩擦和流体摩擦混合状态时的摩擦

五、0601磨损按机理分有哪几种类型？

1粘着磨损：摩擦表面的微凸体在相互作用的各点发生粘着作用，使材料由一表面转移到另一表面的磨损 2磨粒磨损：摩擦表面间的游离硬颗粒或硬的微凸体峰间在较软的材料表面上犁刨出很多沟纹的微切削过程

3表面疲劳磨损：摩擦表面受循环接触应力作用到达一定程度时，就会在零件工作表面形成疲劳裂纹，随着裂纹的扩展与相互连接，会造成许多微粒从零件表面上脱落下来，致使表面上出现许多浅坑，这种磨损过程即为疲劳磨损； 4腐蚀磨损（机械化学磨损）：在摩擦过程中金属与周围介质发生化学反应而引起的磨损 5流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损（冲蚀磨损） 6微动磨损（微动损伤）

六0603、机械零件的设计准则有哪些？

1．强度准则性：针对零件断裂、塑性变形或表面疲劳损坏失效。 强度的计算准则为：σ≤[σ] MPa 或τ≤[τ]针对断裂或塑性变形σH≤[σH ]针对表面疲劳损坏

2．刚度准则：针对过大弹性变形

刚度的计算准则为:y ≤[y ]，θ≤[θ]，υ≤[υ ]式中，y，θ和υ挠度、偏转角和扭转角；

3．耐磨性准则：针对过度磨损、胶合破坏

其验算式为： p ≤ [p]防止过度磨损；pv ≤ [pv]防止胶合破坏

4．振动和噪声准则：针对高速机械的振动失稳

防止共振的条件为：f p≤0.87 f或f p≥1.18 f（f p为激振频率，f为固有频率） 5．可靠性准则

6．热平衡准则。 其中影响寿命的主要因素为腐蚀，磨损和疲劳

七、0602润滑剂的主要作用是什么？常用的润滑剂有哪几种？

在摩擦面见加入润滑剂可以降低摩擦，减少或防止磨损保护零件不遭受锈蚀，而且采用 润滑时还能起到散热降温的作用，由于液体的不可压缩性，润滑油膜还具有缓冲、吸振的能力，使用膏状的润滑脂既可以防止内部的润滑剂外泄有可以阻止外部杂质侵如，避免加剧零件的磨损起到密封作用。

润滑剂可以分为气体、液体、半固体、固体四种基本类型。气体：任何气体。液体：矿物油，动植物油，合成油和各种乳剂半固体：润滑脂等，固体：石墨，二硫化钼，聚四氟乙烯等 评价润滑油的指标有哪些？1粘度2润滑性（油性）3极压性4闪点5凝点6氧化稳定性

八、0604、0203形成动压润滑（动压润滑）油膜的必要条件是什么？

1、两工作表面间必须构成楔形间隙；

2、两工作表面间应充满具有一定粘度的润滑油或其它流体；

3、两工作表面间存在一定相对滑动，且运动方向总是带动润滑油从大截面流进，小截面流出。

九、0605、0303试说明径向滑动轴承动压油膜的形成过程？

径向滑动轴承的轴颈与轴承孔间必须留有间隙，当轴颈静止时，轴颈处于轴承孔的最底位置，并与轴瓦接触。此时，两表面间自然形成一收敛的楔形空间。当轴颈开始转动时，速度较低，带入轴承间隙中的油量较少，这时轴瓦对轴颈摩擦力的方向与轴颈表面圆周速度方向相反，迫使轴颈在摩擦力作用下沿孔壁向右爬升。随着转速增大，轴颈表面的圆周速度增大，带入楔形空间的油量也逐渐加多。这时，右侧楔形油膜产生了一定的动压力，将轴颈便稳定在一定的偏心位置上。这时，轴承处于流体动力润滑状态，油膜产生的压力与外载荷向平衡。

第二篇 连接件设计 第二章 轴毂联接设计

考题类型

选择题，填空题，问答题，改错题

重点、常考点

键、花键的类型及其特点、应用。

考题、真题回顾

一、0501试述平键连接的类型和应用场合

平键类型1普通平键2薄型平键3导向平键4滑键。普通平键按构造分圆头（A型平头（B型）及单圆头（C型）1普通平键用于轴上零件与轴无相对移动的场合。 2薄型平键常用于薄壁结构，空心轴及一些径向尺寸受限制的场合

3导向平键用于被联接的毂类零件在工作过程中必须在轴上作轴向移动，且位移量不大的场合

4滑键用于零件需滑移的距离较大的场合

二、键是怎么选择的？

键的类型可根据联接的结构特点、使用要求和工作条件来选定。键的尺寸（键宽b和键高h）按轴的直径d由标准中选定；键的长度可以根据轮毂长度确定，键长等于或略小于轮毂长度，导向键按轮毂长度及滑动距离而定。键的长度还须符合标准规定的长度系列。

三、花键联接的优缺点，及应用场合

花键联接由于齿槽较浅，而具有对轴与轮毂的强度削弱较少，应力集中小，对中性好和导向性能好等优点。但需专用的加工设备、刀具和量具，成本较高。适用于承受重载荷或变载荷及定心精度高的静、动联接。

矩形花键联接轻系列常用与轻载或静联接，中系列多用于重载或动联接；渐开线花键连接的齿根较厚，强度高、寿命长。它常用于载荷较大，定心精度要求高及尺寸较大的联接。

四、平键联接的失效形式是什么？

工作面过度磨损（动联接）、工作面被压溃（静联接）和键的剪断等。对于实际采用的材料组合和标准尺寸来说，压溃和磨损是主要的失效形式。如果校核计算不满足强度条件，则要采用双键联接，两个普通平键布置形式是沿圆周按180对称布置。

五、平键、半圆键、楔键、切向键联接的特点个是什么？

1平键的两侧面是工作面，键的顶面与轮毂上键槽的地面则留有间隙，工作时靠键与键槽侧面的挤压传递转矩。平键连接的优点：结构简单、装拆方便、对中性好，因此应用十分广泛。 2半圆键连接用与静连接，键的侧面是工作面。半圆键的优点是工艺性好；缺点是轴上的键槽较深，对轴的强度削弱较大。它主要用于载荷较小的连接，也常用于锥形轴连接的辅助装置。采用双键连接时，两个半圆键的布置形式是沿轴在同一直线上。

3楔键连接只用于静连接，楔键上、下表面是工作面。楔键的优点是能在轴向固定轴上零件或承受单向轴向力；缺点是在楔紧时破坏了轴与轮毂的对中性。它主要用于对中精度不高、载荷平稳和低速场合。采用双键连接时，两个键连接的布置是沿圆周按90-120度布置。 4切向键连接只能传递单向转矩，工作面为上下两面，其中一面在通过轴心的平面内。两对使用时，沿圆周按120-130布置。切向键用于载荷很大，对中精度要求不高的场合。

第三章 螺纹联接于螺旋传动设计

考题类型

问答题、计算题

重点、常考点

1螺纹联接的基础知识 2螺纹联接的基本类型 3螺纹联接的预紧和防松 4提高螺栓连接强度的措施 5单个螺栓连接的强度计算 6螺栓组连接的受力分析和计算

考题、真题回顾

一、0702螺纹联接的主要类型有哪几种？各用于什么场合？

螺纹联接的主要类型有1. 螺栓联接2. 螺钉联接3.双头螺柱联接4.紧定螺钉联接。 1螺栓联接广泛用于被连接件不太厚，周边有足够装配空间的场合。它又分为普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接，前者的特点是被联接件上的通孔和螺栓杆之间有间隙，螺栓受轴向拉力，而后者孔和螺栓杆之间多采用过渡配合。螺栓还手横向载荷

2螺钉联接适用于被联接件一薄一厚，受力不大，不需要经常装拆的场合

3双头螺柱联接适用于被联接件太厚不宜制成通孔，材料又比较软且需要经常装拆的场合 4紧定螺钉联接适用于力和转矩都不大的场合。常用于轴与轴上零件的联接

二、0502常用螺纹按牙型分为哪几种？各适用于那些场合？

常用螺纹按牙型分为三角形、矩形、梯形和锯齿形螺纹等。三角形螺纹牙型角α=60，当量摩擦系数较大，自锁性能好，主要用于连接。而矩形、梯形和锯齿形螺纹的牙型角分别为α=0、α=30和α=33传动效率较高，主要用于传动

三、余0505紧连接螺栓强度计算时，将拉伸载荷增加到原来的1.3倍，是什么原因？

由于螺栓为塑性材料，既受到拉伸和扭转复合应力。对于只受预紧力的紧螺栓联接来说，考虑扭切应力的影响需将拉伸载荷加大30%。

四、0402螺纹联接为什么要防松，防松方法有哪些？

在冲击、振动和变的作用下，螺纹之间的摩擦力可能瞬时消失，联接有可能自松，而影响正常工作，甚至发生严重事故。当温度变化较大或高温条件下工作时，由于螺栓与被联接件的温度变形差或材料的蠕变，也可能导致联接自松。因此，在设计螺纹联接时，必须考虑放松装置。放松的根本问题在于防止螺纹副的相对传动。

防松的措施：

1摩擦放松，如使用弹簧垫圈、对顶螺母，但这种方法不十分可靠，故多用于冲击和振动不剧烈的场合。

2机械防松：如采用槽形螺母和开口销，止动垫圈，串联钢丝

3破坏螺纹副关系。如采用冲点发和粘接法

五、0403提高螺栓联接疲劳强度的方法有哪些？

1改善螺纹牙间的载荷分配。如采用钢丝螺套。 2减小螺栓的应力幅

3采用合理的制造工艺：如可采用冷镦头部和滚压螺纹的螺栓。

4避免附加弯曲应力。可采用凸台与沉头座、球面垫圈等来保证螺栓联接的装配精度 5减小应力集中的影响。可采用较大的过渡圆角半径，或将螺纹收尾改为退刀槽等

六、螺栓联接预紧的目的是什么？

预紧的目的是，增强联接的刚性、紧密性和放松能力。对于受拉螺栓，适当增加预紧力，还可提高螺栓的疲劳强度；对于受剪螺栓联接，预紧可增大联接中的摩擦力。

七、螺纹联接失效形式和计算准则是什么？

对单个螺栓联接而言，其受力的形式为受轴向载荷或横向载荷。在轴向载荷的作用下，螺栓杆和螺纹部分可能发生塑性变形或断裂；而在横向载荷的作用下，当采用铰制孔螺栓时，螺栓杆与孔壁间可能发生压溃或螺栓杆被剪断等。对于受拉螺栓，其主要失效形式为螺栓部分发生断裂，因而其计算准则是保证螺栓的静力拉伸强度；对于受剪螺栓，起主要破坏形式为螺栓杆和孔壁间压溃或螺栓杆被剪断，其计算准则是保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度，其中连接的挤压强度对联接的可靠性起决定性作用。

第三篇 传动设计 第四章 带传动设计

考题类型

选择题、填空题、问答题、作图题

重点、常考点

1带传动的失效形式，设计准则

2V带的张紧，带传动的应力分布分析 3带传动的两种滑动（弹性滑动和打滑）

考题、真题回顾

一、0703、0301、9701试述带传动中的两种滑动，以及它们对带传动工作的影响。

1.弹性滑动: 是带的弹性变形量的变化而引起带与带轮之间微量相对滑动的现象，称为弹性滑动。弹性滑动原因：带是弹性体，受力后会产生弹性变形，在带的弹性极限内，变形：δ=F/EA，当带的截面积A一定时，F增大，则δ增大，又因为摩擦型带传动依靠摩擦里传递运动和动力，必然存在拉力差，即：紧边拉力F1大于松边拉力F2，则带在紧边的伸长量δ

1大于松边的伸长量δ2。弹性滑动对传动的影响：1降低传动效率，使带与带轮摩损增加和温度升高。2使从动轮的圆周速度v2低于主动轮的圆周速度v1即v2< v1 。

2打滑：当实际传递的载荷超过极限有效拉力Flim时，过载引起的带与小带轮接面间将发生显著的相对滑动。打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急剧降低，甚至使传动失效。 弹性滑动与打滑的本质区别： 弹性滑动：是带传动正常工作时不可避免的固有特性；只发生在带离开带轮前的那部分接触弧上

打滑：是带传动的失效形式，设计时必须避免；发生在带和带轮的全部接触弧上。

二、0606为什么在普通V带传动中要规定小带轮直径d1必须大于最小带论直径dmin？但为什么小带轮的直径又不能过大？

若d1小于最小带轮直径dmin，将使带的弯曲应力σb1过大导致带的疲劳强度降低过多，并且传动效率较低。当传递的转矩一定时，采用较大的小带轮直径可使带传递的有效拉力减小、带的跟数减少。但小轮直径过大时，将使传动外廓尺寸过大。

三、0503、0205、0206说出带传动工作时所受的各种应力，并画出带工作时的应力分布图。带传动的主要失效形式是什么？带传动的计算准则是什么？

带传动工作时所受有 拉应力：1紧边拉应力 2松边拉应力 3离心拉应力 弯曲应力

画图见课件

带传动的失效形式 ：1）过载打滑：当实际传递的载荷超过极限有效拉力Flim时，过载引起的带与小带轮接面间将发生显著的相对滑动。打滑将使带的磨损加剧，从动轮转速急剧降低，甚至使传动失效。2）疲劳破坏（脱层和疲劳断裂）

带传动的计算准则是：保证带传动不打滑的前提下，充分发挥带的传动能力，并使传动带具有足够的疲劳强度和寿命。

11即应满足：不打滑条件：F实传≤ Felim?F)??1A(1?)1(1?ef?1ef?1疲劳强度条件： ?max??1??c??b1????

四、影响极限有效拉力Felim的因素有哪些？

1）初拉力F0 —— F0↑，正压力↑，∑Ffmax↑， Felim↑但F0↑↑，磨损加快，带的寿命↓；

2）小轮包角α1——α1↑，包围弧↑，∑Ffmax↑，Felim↑α1大小取决于设计参数i、d1、d2及a；

3）摩擦系数f —— f↑，∑Ffmax↑，Felim↑，f取决于带和带轮的材料

五、提高V带传动承载能力的措施有哪些？

1. 增加V带根数

2. 提高单根V带的额定功率[P]

3. 增大摩擦系数 —— fv铸铁带轮—皮革带=0.595，fv铸铁带轮—胶带=0.51； 4. 采用新型带：多楔带，齿形带。

第五章 链传动设计

考题类型

选择题、填空题、问答题、

重点、常考点

1链传动的失效形式，设计准则

2链传动的多边形效应，以及动载荷的系数的类型 3链传动的张紧

考题、真题回顾

一、0704链传动应该怎样布置？连传动中的动载荷主要与什么参数有关？高速重载下选择何种参数的链条？

链传动的布置是否合理，对传动的质量和使用寿命有较大的影响。布置时链传动的两轴应平行，两链轮应处于同一平面内；一般宜采用水平或接近水平布置，并使松边在下。

二、0608滚子链传动的主要失效形式有哪些？链传动中的内部附加动载荷产生的因数有哪些？

滚子链传动的主要失效形式有：

1链的疲劳破坏，如链板疲劳断裂，套筒，滚子表面出现疲劳点蚀 2链条铰链的磨损 3链条铰链的胶合 4链条静力拉断

5链轮轮齿磨损，塑性变形及断裂。

链传动内部产生附加动载荷原因：

1链传动在工作过程中，链条和从动链论都是作周期性的变速运动，因而造成和从动链轮向连的零件也产生周期性的速度变化，从而引起动载荷

2由于链条横向分速度也在作周期性的变化，将是了条发生横向振动，甚至发生共振 3链节和链轮啮合瞬间的相对速度也将引起冲击和动载荷 4链轮与链条的制造误差

5链条用了一段时间应力松弛，当链启动，制动，反转，突然加载和卸载时会产生动载荷。

三、滚子链传动中，当滚速v》0.6m/s时，按功率曲线设计计算，当v<0.6m/s时，按静强度设计计算

四、链传动跟带传动和齿轮传动相比有什么特点。

链传动跟齿轮传动相比，链传动较易安装，成本低廉；其结构要比齿轮传动轻便得多。只有在要求传动中心距小、传动比恒定、转速高、躁声小的场合下，链传动才不如齿轮传动。与带传动相比，链传动的传动比相对准确；传动效率较高；压轴力小；结构尺寸紧凑；能在低速重载下较好的工作；能适应恶劣环境如多尘、有腐蚀性气体和高温等场合。但它的躁声大，需要润滑，若中心距很大、转速极高时，不及带传动。

五、链传动的运动“多边形效应”特性是什么？

与带传动相比，链传动是以多边形的形式包围链论，它使得链每转过一周，链速就重复一次循环变化。这种链速时快时慢、v1忽上忽下的变化，称为链传动的“多边形效应”。它使得传动不平稳，并产生周期性的振动。

六、链传动中中心距和链节数对传动有什么影响？

中心距对传动有很大影响，中心距小时，链节数少，链速一定时，单位时间内每一链节的应力变化次数和屈伸次数增多，因此，链的疲劳和磨损增加。同时，由于中心距小，链条在小链轮上的包角减小，每个轮齿上所受的载荷增大，容易出现跳齿和脱齿现象。中心距大时，链节数增多，中心距太大时，会发生链的颤抖现象，使运动的平稳性降低。

七、链条张紧的目的是什么？

链条张紧的目的，主要是为了避免链的悬垂度太大，啮合时链条产生横向振动，同时也是为了增加捏合包角。常用的方法有：1用调整中心距张紧2用张紧装置张紧，中心距不可调时用张紧轮。

第六章 齿轮传动设计

考题类型

选择题、填空题、问答题、计算题、作图题

重点、常考点

1齿轮传动的失效形式，设计准则 2齿轮传动受力分析

3圆柱齿轮强度计算中的重要基础概念。

考题、真题回顾

一、0705、0201齿轮传动的失效形式有哪些？各发生在什么场合？齿轮传动的优点和缺点？ 齿轮传动的失效形式有

1轮齿断裂。多发生在脆性材料轮齿根部

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