机械设计基础知识

机械设计基础知识大全

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　　1机械零件常用材料：普通碳素结构钢(Q屈服强度)优质碳素结构钢(20平均碳的质量分数为万分之20)、合金结构钢(20Mn2锰的平均质量分数约为2%)、铸钢(ZG230-450屈服点不小于230，抗拉强度不小于450)、铸铁(HT200灰铸铁抗拉强度).

　　2常用的热处理方法：退火(随炉缓冷)、正火(在空气中冷却)、淬火(在水或油中迅速冷却)、回火(吧淬火后的零件再次加热到低于临界温度的一定温度，保温一段时间后在空气中冷却)、调质(淬火+高温回火的过程)、化学热处理(渗碳、渗氮、碳氮共渗).

　　3机械零件的结构工艺性：便于零件毛坯的制造、便于零件的机械加工、便于零件的装卸和可靠定位 .

　　4机械零件常见的失效形式：因强度不足而断裂;过大的弹性变形或塑性变形;摩擦表面的过度磨损、打滑或过热;连接松动;容器、管道等的泄露;运动精度达不到设计要求 .

　　5应力的分类：分为静应力和变应力。最基本的变应力为稳定循环变应力，稳定循环变应力有非对称循环变应力、脉动循环变应力和对称循环变应力三种.

　　6疲劳破坏及其特点：变应力作用下的破坏称为疲劳破坏。特点：在某类变应力多次作用后突然断裂;断裂时变应力的最大应力远小于材料的屈服极限;即使是塑性材料，断裂时也无明显的塑性变形。确定疲劳极限时，应考虑应力的大小、循环次数和循环特征.

　　7接触疲劳破坏的特点：零件在接触应力的反复作用下，首先在表面或表层产生初始疲劳裂纹，然后再滚动接触过程中，由于润滑油被基金裂纹内而造成高压，使裂纹扩展，最后使表层金属呈小片状剥落下来，在零件表面形成一个个小坑，即疲劳点蚀。疲劳点蚀危害：减小了接触面积，损坏了零件的光滑表面，使其承载能力降低，并引起振动和噪声。疲劳点蚀使齿轮。滚动轴承等零件的主要失效形式.

　　8引入虚约束的原因：为了改善构件的受力情况(多个行星轮)、增强机构的刚度(轴与轴承)、保证机械运转性能.

　　9螺纹的种类：普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹.

　　10自锁条件：λ≤ψ即螺旋升角小于等于当量摩擦角.

　　11螺旋机构传动与连接：普通螺纹由于牙斜角β大，自锁性好，故常用于连接;矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹因β小，传动效率高，故常用于传动.

　　12螺旋副的效率：η=有效功/输入功=tanλ/tan(λ+ψv)一般螺旋升角不宜大于40°。在d2和P一定的情况下，锁着螺纹线数n的增加，λ将增大，传动效率也相应增大。因此，要提高传动效率，可采用多线螺旋传动.

　　13螺旋机构的类型及应用：

　　①变回转运动为直线运动，传力螺旋(千斤顶、压力机、台虎钳)、传导螺旋(车窗进给螺旋机构)、调整螺旋(测微计、分度机构、调整机构、道具进给量的微调机构)

　　②变直线运动为回转运动.

　　14螺旋机构的特点：具有大的减速比;具有大的里的增益;反行程可以自锁;传动平稳，噪声小，工作可靠;各种不同螺旋机构的机械效率差别很大(具有自锁能力的的螺旋副效率低于50%).

　　15连杆机构广泛应用的原因：能实现多种运动形式的转换;连杆机构中各运动副均为低副，压强小、磨损轻、便于润滑、寿命长;其接触表面是圆柱面或平面，制造比较简易，易于获得较高的制造精度.

　　16曲柄存在条件：

　　①最短杆长度+最长杆长度≤其他两杆之和

　　②最短杆为连架杆或机架.

　　17凸轮运动规律及冲击特性：

　　①等速：刚性冲击、低速轻载

　　②等加速等减速：柔性冲击、中速轻载

　　③余弦加速度：柔性冲击、中速中载

　　④正弦加速度：无冲击、高速轻载.

　　18凸轮机构压力角与基圆半径关系：r0=v2/(ωtanα)-s，其中r0为基圆半径，s为推杆位移量 .

　　19滚子半径选择：ρa=ρ-r，当ρ=r时，在凸轮实际轮廓上出现尖点，即变尖现象，尖点很容易被磨损;当ρr，通常取r≤0.8ρ，一般可增大基圆半径以使ρ增大.20齿轮传动的优缺点：

　　①优点：适用的圆周速度和功率范围广;传动比精确;机械效率高;工作可靠;寿命长;可实现平行轴、相交轴交错轴之间的传动;结构紧凑;

　　②缺点：要求有较高的制造和安装精度，成本较高;不适宜于远距离的两轴之间的传动.

　　21渐开线的特性：

　　①发生线在基圆上滚过的一段长度等于基圆上被滚过的弧长;

　　②渐开线上任一点的法线必与基圆相切，且N点位渐开线在K点的曲率中心，线段NK为其曲率半径;

　　③cosαk=ON/OK=rb/rk渐开线上各点的压力角不等，向径rk越大，其压力角越大，基圆上压力角为零;

　　④渐开线的形状取决于基圆大小，随着基圆半径增大，渐开线上对应点的曲率半径也增大，当基圆无限大时，渐开线成为直线，故渐开线齿条的齿廓为直线;

　　⑤基圆以内无渐开线

　　22齿轮啮合条件：必须保证处于啮合线上的各对齿轮都能正确的进入啮合状态，m1=m2=m;α1=α2=α即模数和压力角都相等;斜齿轮还要求两轮螺旋角必须大小相等，旋向相反;锥齿轮还要求两轮的锥距相等;涡轮蜗杆要求蜗杆的导程角与涡轮的螺旋角大小相等，旋向相同23轮齿的连续传动条件：重合度ε=B1B2/ρb>1(实际啮合线段B1B2的长度大于轮齿的法向齿距)124齿廓啮合基本定律：作平面啮合的一对齿廓，它们的瞬时接触点的公法线，必于两齿轮的连心线交于相应的节点C，该节点将齿轮的连心线所分的两个线段的与齿轮的角速成反比。

　　25根切：

　　①产生原因：用齿条型刀具(或齿轮型刀具)加工齿轮时。若被加工齿轮的齿数过少，道具的齿顶线就会超过轮坯的啮合极限点，这时会出现刀刃把齿轮根部的渐开线齿廓切去一部分的现象，即根切;

　　②后果：使得齿轮根部被削弱，齿轮的抗弯能力降低，重合度减小;

　　③解决方法：正变位齿.

　　26正变位齿轮优点：可以加工出齿数小于Zmin而不发生根切的齿轮，使齿轮传动结构尺寸减小;选择适当变位量来满足实际中心距得的要求;提高小齿轮的抗弯能力，从而提高一对齿轮传动的总体强度.

　　27齿轮的失效形式：齿轮折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损;开式齿轮主要失效形式为齿轮磨损和轮齿折断;闭式齿轮主要是齿面点蚀和轮齿折断;蜗杆传动的失效形式为轮齿的胶合、点蚀和磨损.

　　28齿轮设计准则：对于一般使用的齿轮传动，通常只按保证齿面接触疲劳强度及保证齿根弯曲疲劳强度进行计算.

　　29参数选择：

　　①齿数：保持分度圆直径不变，增加齿数能增大重合度，改善传动的平稳性，节省制造费用，故在满足齿根弯曲疲劳强度的条件下，齿数多一些好;闭式z=20~40开式z=17~20;

　　②齿宽系数：大齿轮齿宽b2=b;小齿轮b1=b2+(2~10)mm;③齿数比：直齿u≤5;斜齿u≤6~7;开式齿轮或手动齿轮u可取到8~12.

　　30直齿轮传动平稳性差，冲击和噪声大;斜齿轮传动平稳，冲击和噪声小，适合于高速传动.

　　31轮系的功用：获得大的传动比(减速器);实现变速、变向传动(汽车变速箱);实现运动的合成与分解(差速器、汽车后桥);实现结构紧凑的大功率传动(发动机主减速器、行星减速器).

　　32带传动优缺点：

　　①优点：具有良好的弹性，能缓冲吸振，尤其是V带没有接头，传动较平稳，噪声小;过载时带在带轮上打滑，可以防止其他器件损坏;结构简单，制造和维护方便，成本低;适用于中心距较大的传动;

　　②缺点：工作中有弹性滑动，使传动效率降低，不能准确的保持主动轴和从动轴的转速比关系;传动的外廓尺寸较大;由于需要张紧，使轴上受力较大;带传动可能因摩擦起电，产生火花，故不能用于易燃易爆的场合.33.影响带传动承载能力的因素：初拉力Fo包角a摩擦系数f带的单位长度质量q速度v.34.带传动的主要失效形式：打滑和疲劳破坏;设计准则：在不打滑的前提下，具有一定的疲劳强度和寿命。

　　33弹性滑动与打滑：打滑：由于超载所引起的带在带轮上的全面滑动，可以避免;弹性滑动：由于带的弹性变形而引起的带在带轮上的滑动，不可避免 .

　　34螺纹连接的基本类型：螺栓连接(普通螺栓连接、铰制孔用螺栓连接)、双头螺柱连接、螺钉连接、紧螺钉连接.

　　35螺纹连接的防松：摩擦防松(弹簧垫圈、双螺母、椭圆口自锁螺母、横向切口螺母)、机械防松(开口销与槽形螺母、止动垫圈、圆螺母止动垫圈、串连钢丝)、永久防松(冲点法、端焊法、黏结法).

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